第七章光源的色度學第1頁，課件共27頁，創作于2023年2月第一節光源的色溫一、絕對黑體不同的光源有著不同的光譜能量分布，同時不同的光譜能量分布又決定著光源有不同的顏色。光源的顏色特性取決于發出的光線中不同波長的相對能量的比例。光源的光譜分布既是它本身光色的的決定因素，又是影響物體呈色的重要因素之一。為了能夠對光源的光色做出一個定量的描述，在此引入一個光源色溫的概念。人們把光源的光與黑體的光相比較來表達光源的光色。

第2頁，課件共27頁，創作于2023年2月黑體是對入射的輻射光能全部吸收的物體，也是物體中發光本領最強的物體，在輻射作用下既不反射也不透射，而是能把落在它上面的輻射全部吸收，又稱作完全輻射體。物體對輻射的吸收能力與發射能力是成正比的。吸收本領大的物體，發射本領也較大，吸收能力小的物體，發射本領也相對小一些。黑體的吸收能力在所有物體中是最大的。第3頁，課件共27頁，創作于2023年2月一個黑體被加熱時，其單位面積表面輻射的光譜功率的大小及其分布完全由它的溫度來決定。當黑體被加熱時，它就會向外輻射能量，隨著加熱溫度不斷提升，它的光譜功率分布急劇上升。同時黑體發出的輻射光的光色也隨著溫度的升高而發生變化，溫度從低到高，光色按紅、黃、白、藍的順序變化。這說明黑體的相對光譜功率分布的最大功率部位將由長波向短波方向變化。人們就用黑體加熱到不同溫度時所發出的不同色光來表達一個光源的顏色，稱為該光源的顏色溫度，簡稱色溫。第4頁，課件共27頁，創作于2023年2月在自然界中，完全理想的黑體是不存在的。可以利用耐火材料人工制造黑體。在一個封閉的容腔中開一個小孔，從小孔射入空腔中的光經內部多次反射和吸收后很難再射出來。均勻加熱容器壁，并讓輻射能量通過壁上的小孔向外發射，這個小孔的輻射就相當于一個黑體的完全輻射。如圖：第5頁，課件共27頁，創作于2023年2月2004006008001000可見光區相對能量6000K5000K4000K3000K黑體的光譜輻射情況完全信賴于本身的溫度。黑體在不同溫度下相對光譜功率分布曲線如下圖。第6頁，課件共27頁，創作于2023年2月二、光源的色溫黑體在任何溫度下都能夠吸收全部的可見光，它的輻射能量很大并且非常穩定。當黑體吸收能量時它的溫度會不斷升高，并且它輻射光的顏色也隨著溫度的變化而變化。所以，在表達不同光源的光色時，可以將黑體作為一個穩定的參照標準。一定的光譜能量分布表現出一個固定的光色，而黑體輻射的光譜功率分布由溫度決定。將光源的相對光譜功率分布與某一溫度下黑體輻射的相對光譜功率分布相比較，如果某一光源與黑體在某一溫度時的相對光譜功率分布相吻合，這一光源的光色就可用此時黑體的溫度來表示，稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。色溫用絕對溫度表示，單位是K。第7頁，課件共27頁，創作于2023年2月有了色溫的概念，對于表達光源的光色提供了一個有效的方法。但是僅靠色溫并不能完全準確地表達所有光源的光色。一般來說，當光源的加熱情況與黑體的加熱情況相似時，光源的光色變化是基本符合黑體軌跡的。比如白熾燈這一熱輻射式的光源，當燈的鎢絲通過電流加熱時，近似黑體的加熱情況，所以色溫對白熾燈光源的表達恰如其分。但是有很多光源，其色度不一定能與黑體加熱時的色度完全相同，因此只能用與之最接近的黑體的溫度的色溫來確定光源的色溫。通過這種方法確定的色溫稱之為相關色溫。第8頁，課件共27頁，創作于2023年2月色溫表達的不是光源的溫度，而是表征了光源的的光譜特性，而光源的光譜分布又決定了光源的光色，所以色溫表達的是光源的光色。色溫高的光源，藍光的成分多，紅光的成分少，色溫越高，光源的光色越偏藍，相反色溫低的光源，紅光的成分多，藍光的成分少，色溫越低，光源的光色越偏紅。有了色溫的概念，就可以用一個確定的量值來表達光源的光色，使用起來極為方便。色溫是反映光源屬性的重要指標。第9頁，課件共27頁，創作于2023年2月了解光源的色溫，對印刷復制過程中選擇光源有著重要意義。要想得到準確的復制效果，在分色過程中用的光源的色溫應與分色膠片的感色性能相匹配，色溫過高或過低都會影響分色效果。一般情況下，分色用光源的色溫在5000-6500K之間較為合適。另外，在印刷工藝中用作觀察照明的光源的，色溫以5000K或6500K為好，否則，所呈現出的色彩將會出現較大的偏差。第10頁，課件共27頁，創作于2023年2月第二節標準照明體和標準光源人們認知物體要依靠光源，日常生活和工作也都是在日光或各種人造光源下進行的。同一物體在不同的光源下呈現的顏色是不相同的，即便是同一光源下，所觀察到的物體的顏色效果也不一定是相同的。比如太陽這一固定光源，由于它具有不同的色相，所以觀察到物體的顏色也不相同。因此，測量物體表面的顏色，必須在一定的并且光譜性能穩定的光源下進行。為了統一顏色測量的標準，國際照明委員會規定了色度學的標準照明體A、B、C、D和標準源A、B、C。第11頁，課件共27頁，創作于2023年2月一、標準照明體為了統一顏色測量的標準，CIE推薦四種標準照明體A、B、C、D。標準照明體是指特定的光譜功率分布。這一光譜功率分布不是必須由一個光源直接提供，也不一定能用光源來實現。CIE標準照明體A、B、C由標準光源A、B、C來實現，則兩者的相對光譜功率分布應接近一致。標準照明體D,目前還不能由真實的光源準確地實現,國際上正在研究具有標準照明體D相對光譜功率分布的標準光源。第12頁，課件共27頁，創作于2023年2月標準照明體A，代表“1968年國際用溫標”。絕對溫度大約為2856K完全輻射體的光。它的色品坐標落在CIE1931色品圖的黑體軌跡上。標準照明體B，代表相關色溫大約為4874K的直接陽光，其色度點靠近黑體軌跡。標準照明體C，代表相關色溫大約為6774K的平均日光，它的色度點在黑體軌跡的下方。標準照明體D65，代表相關色溫為6504K的日光，它的色度點在黑體軌跡上方。標準照明體D，代表標準照明體D65以外的日光。第13頁，課件共27頁，創作于2023年2月二、標準光源標準光源是指被指定的能發光的物理輻射體，如白熾燈、太陽、火等。通過分析標準照明體A、B、C的相對光譜功率分布曲線可知，B和C兩條曲線不能正確地代表相應的日光，而用標準照明體A或D代表日光。在色度學應用中，A和D是推薦作為廣泛應用的標準照明體。第14頁，課件共27頁，創作于2023年2月CIE規定用下列人工光源來實現標準照明體。標準光源A，色溫2856K的充氣鎢絲燈，光色偏黃。標準光源B，由A光源加一組特定的戴維斯-吉伯遜液體濾光器,以產生相關色溫4874K，相當于中午的日光。

標準光源C，由A光源加另一組特定的戴維斯-吉伯遜液體濾光器,以產生相關色溫6774K的輻射，相當于有云的日光。第15頁，課件共27頁，創作于2023年2月三、標準照明體與標準光源CIE對標準照明體和標準光源加以區分，照明體是指特定的光譜功率分布，而光源則指具體的發光物體。CIE標準照明體A、B、C是由標準光源A、B、C來實現的，標準光源用具有一定光譜功率分布的燈或加濾光片的燈來產生。當某一標準照明體能用相應的標準光源實現，則兩者的相對光譜功率分布應接近一致。CIE規定的標準照明體D也叫典型日光或重組日光。典型日光與實測日光有非常接近的相對光譜功率分布，并且典型日光比標準照明體B和C更符合實際日光的色度點，所以CIE推薦用D50（5004K）、D55（5503K）、D65（6504K）、D75（7504K）的相對光譜功率分布作為代表日光的標準照明體。CIE建議盡可能用D65來代表日光。第16頁，課件共27頁，創作于2023年2月模擬某一種標準照明體的人工光源，最根本的問題就是復制出這種照明體的相對光譜功率分布，要把這一效果做到完全相同是非常困難的。對于標準照明體D，目前還不能由真實的光源準確地實現。國際上也正在研究具有標準照明體D相對光譜功率分布的標準光源。現在模擬D65的人工光源主要有三種。第一種是帶濾光器的高壓氙燈，它是目前最好的能模擬D65的人工光源。第二種是帶濾光器的白熾燈，但是它在紫外區的模擬不十分理想。第三種是熒光燈，它的相對光譜功率分布與D65還是存在較大區別。還有一種是帶濾光的白熾燈和熒光燈的混合光源，是用來模擬D75的人工光源，它與D75的相對功率分布較為接近。第17頁，課件共27頁，創作于2023年2月第三節光源顏色與視覺的關系一、光源的顏色日常生活用照明光源，不僅要求有良好的發光效率，而且還應有比較好的顏色。如果一個光源的顏色與標準光源的顏色有較大的差別，人眼就會覺得不舒服。另外，如果光源的顏色照在物體上使物體顏色嚴重失真，那么這一光源同樣不能反映事物的本來面目。在印刷的照相制版中，光源的顏色更是決定印刷復制質量的一個重要因素。光源的顏色有二個方面的含義；一是人眼直接看到的光源的顏色，稱為光源的表色，比如白熾燈的顏色就是黃紅色的;二是指光源照射到物體上物體所產生的客觀的顏色效果，這稱為光源的顯色性。色表和顯色性是評價光源質量的重要指標。

第18頁，課件共27頁，創作于2023年2月二、光源的顯色性光源顯色性是表征在光源下物體的顏色對人所產生的視覺效果。要想得到顯色性好的光源，關鍵是光源的光譜功率分布要與標準光源相接近。而光源的光譜分布又決定了光源的色溫。光源的色溫低，光源發出的光中長波部分所占的比例就大，光源偏紅色；光源色溫高，短波部分所點的比例大，光源偏藍色。現代的一些新型光源，如熒光燈、鈉燈、汞燈等，其色光與白熾燈或日光燈相似，但是其光譜功率分布卻與日光或白熾燈有著極大的差別，因此，人們在這些光源下看到的物體的顏色與在日光下或白熾燈下看到的物體的顏色是不相同的。

第19頁，課件共27頁，創作于2023年2月為了統一標準，CIE規定，將普朗克輻射體作為低色溫光源的參照標準，標準照明體D作為高色溫光源的參照標準，分別用來衡量其他光源照明下的顏色效果。所以光源的顯色性是指與參照標準照明體相比較，某一光源對物體顏色外貌所產生的效果。所以白熾燈和日光是顯色性最好的光源，而其他與這兩種光源的光譜分布有較大差別的光源則顯色性較差。對于顯色性差的光源，不論它的發光效率有多高，都不適于印刷、印染、文體、攝影、電影、電視等需要識別顏色的行業或場所，而只能用于一般要求不高的照明。第20頁，課件共27頁，創作于2023年2月三、光源的顯色指數及定量評價光源顯色性直接影響物體顏色外貌。所以它有著重大意義。為了對光源的顯色性做出一個準確的評價，通常用顯色指數來表征顯色性的優劣，用顯色指數對顯色性給予定量評價。顯色指數是待測光源下物體呈現的顏色與參照光源下物體所呈現顏色相符合程度的度量。1964年，CIE制定了一種光源顯色性評價方法，經1974年修訂正式向世界各國推薦采用。1984年，我國在制定光源顯色性評價方法的國家標準時，即采用了CIE推薦的光源顯色性評價方法，又考慮到我國人的膚色特征，在計算光源顯色性時增加了我國女性面部膚色。使我國的光源顯色性評價方法既具有國際通用性，又符合中國人的視覺心理。第21頁，課件共27頁，創作于2023年2月光源的顯色指數可以規定為三個范圍，顯色指數大于75的光源為優質顯色光源，越接近100，顯色性越好；顯色指數在50-75之間的光源，顯色性一般；顯色指數小于50的光源，顯色性較差。光源顯色指數較低，物體在這一光源下會發生變色或失真，顯色指數越低，變色或失真情況越嚴重。目前，印刷行業所用的光源的顯色指數一般不應低于90，彩色攝影、彩色影視等與顏色有關的工業部門也要求用顯色指數大于85的高顯色性的光源。第22頁，課件共27頁，創作于2023年2月光源名稱CIE色品坐標相關色溫（K）一般顯色指數（Ra）xyuv白熾燈（500W）0.4470.4080.2550.350290095-100碘鎢燈（500W）0.4580.4110.2610.351270095-100溴鎢燈（500W）0.4090.3940.2370.342340095-100熒光燈（白色光40W）0.3100.3390.1920.315660070-80外鎮高壓汞燈（400W）0.3440.4120.1840.340550070-80內鎮高壓汞燈（450W）0.3780.4340.2030.349440030-40鏑燈（1000W）0.3690.3670.2220.330430085-95高壓鈉燈（400W）0.5160.3890.3110.352190020-25常用光源的一般顯色指數第23頁，課件共27頁，創作于2023年2月雖然光源的顯色性和光源的色溫都是由光譜功率分布所決定的，但是它們之間并沒有必然的聯系。光源色溫的高低與顯色指數的高低無關。由上表可知：白熾燈的色溫較低，但是它的顯色指數卻很高，而熒光燈的色溫很高，但是它的顯色指數卻一般。光源的色溫及顯色性都是評價光源優劣的重要指標，而光源的顯色性具有重要的意義。光源的顯色性是由光源的能量分布所決定的。具有連續光譜的光源，如日光，或與之相似的連續光譜均有較好的顯色性。如果光源的能量分布很不連續，則光源的顏色肯定偏向某種顏色，光源的顯色性必然低，顏色失真度必然大。色溫的高低和光源的顯色性沒有必然的聯系，色溫的高低并不決定顯色指數的高低。對于從事顏色工作的人來說，光源的色溫和顯色性都很重要，但顯色性的重要性要更大一些。第24頁，課件共27頁，創作于2023年2月定量評價任一光源顯色性的方法首先：要選定標準參照光源r0并規定參照光源的顯色指數為100.參考光源不用具體的光源，而用參考照明體。因此，參考光源的光譜能量分布是可以用數學公式加以計算的。確定參照光源時可由待測光源的相關色溫來進行。接著：制定15種標準“測試色”樣品。其中前8塊色樣幾乎包括了所有的孟塞爾顏色空間的色相，有相同的明度指數；后6塊