《光源的色度学》课件.ppt

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1、第二章 光源的色度学,光的本质光与色的关系*标准光源*光源的色温*光源的颜色与视觉的关系,1.1 光的本质,人们对光的本质的认识，最早可以追溯到十七世纪。从牛顿的微粒说到惠更斯的弹性波动说，从麦克斯韦的电磁理论，到爱因斯坦的光量子学说，以至现代的波粒二象性理论。,光按其传播方式和具有反射、干涉、衍射和偏振等性质来看，有波的特征；但许多现象又表明它是有能量的光量子组成的，如放射、吸收等。在这两点的基础上，发展了现代的波粒二象性理论。,在电磁波辐射范围内，只有波长380nm到780nm的辐射能引起人们的视感觉，这段光波叫做可见光。光的物理性质由它的波长和能量来决定。波长决定了光的颜色，能量决定了光

2、的强度。光映射到我们的眼睛时，波长不同决定了光的色相不同。波长相同能量不同，则决定了色彩明暗的不同。,1.2 色与光的关系,英国科学家牛顿在1666年所做的色散实验,可见光谱:,颜色是物体对光的选择性吸收后反射或透射出的光进入人眼形成的感觉。没有光就没有色，光是人们感知色彩的必要条件，色来源于光。光是色的源泉，色是光的表现。,色与光的关系?,物 体,光,光色试验,1.3 标准光源,能自行发光的物体叫做光源。光源的种类繁多，可以分为自然光源和人造光源。自然光源受自然气候条件的限制，光色瞬息万变，不易稳定，如太阳。人造光源有各种电光源和热辐射光源，如电灯光源等。,标准光源工作台,同一物体在不同的光

3、源下呈现的颜色不同,测量颜色 时必须在光谱性能稳定的光源下进行,为了统一测量标准,CIE规定了色度学的标准照明体A、B、C、D,和标准光源A、B、C。,一般的光源是不同波长的色光混合而成的复色光，如果将它的光谱中每种色光的强度用传感器测量出来，就可以获得不同波长色光的辐射能的数值。,分光辐射度计,在分光辐射度计的接收器上记录的是光谱中各种不同波长色光的辐射能。若以e表示光的辐射能，表示光谱色的波长，则定义：在以波长为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比称为光谱密度。e()=ded（W/nm）,光谱密度,光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小,光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布

4、。在实用上以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布，称为相对光谱能量（功率）分布，记为S（）。相对光谱能量分布通常是取波长=555nm处的辐射能量为100，作为参考点，与之进行比较而得出的。若以光谱波长为横坐标，相对光谱能量分布S（）为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。,相对光谱能量分布,GB/T3978-94:照明体：在影响物体颜色视觉的整个波长范围内所定义的相对光谱功率分布标准照明体：由CIE用相对光谱功率分布定义的照明体A、B、C、D。标准光源：由CIE规定的人工光源，他们的辐射近似标准照明体。,标准照明体与标准光源,标准照明体,标准照明体A：代表完全辐射体在28

5、56K发出的光（X=109.87，Y=100.00，Z=35.59）；标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光（X=99.09，Y=100.00，Z=85.32）；标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光，光色近似阴天天空的日光（X=98.07，Y=100.00，Z=118.18）；标准照明体D65：代表相关色温大约为6504K的日光（X=95.05，Y=100.00，Z=108.91）；标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其它日光D50、D55、D75（5003K,5503K,7504K)。,标准光源,CIE推荐下列人造光源实现标准照明体：标准光源A：色温为2856

6、K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。标准光源B：色温为4874K，由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。光色相当于中午日光。标准光源C：色温为6774K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光。滤光器由无色光学玻璃做成溶液池 溶液C1:硫酸铜3.412g 甘露糖醇 3.412g 吡啶ml 加蒸馏水配成ml,标准照明体与标准光源,标准照明体与标准光源有何不同,CIE标准照明体A、B、C由标准光源A、B、C来产生 CIE标准照明体D（D50,D55,D65,D75)称为典型日光，光谱功率分布与实测日光接近。模拟标准照明体的人工光源，根本问题是复制它的光谱功率分布。完全模拟非常困难

7、，标准光源A与标准照明体A的光谱分布仍存在差别，标准照明体D目前还不能由真实光源准确再现。（国际上正在研究）,CIE标准光源A、B、C的相对光谱能量分布曲线,1.4 光源的色温,不同的光源，由于发光物质不同，其光谱能量分布也不相同。一定的光谱能量分布表现为一定的光色，对光源的光色变化，我们用色温来描述(定量)。,根据能量守恒定律：物体吸收的能量越多，加热时它辐射的本领愈大。黑色物体对光能具有较大的吸收能力。如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射，那么这个物体称为绝对黑体。绝对黑体的吸收本领是一切物体中最大的，加热时它辐射本领也最大。天然的、理想的绝对黑体是不存在的。人造黑体是用耐火

8、金属制成的具有小孔的空心容器，如图所示,进入小孔的光，将在空腔内发生多次反射，每次反射都被容器的内表面吸收一部分能量，直到全部能量被吸收为止，这种容器的小孔就是绝对黑体。,绝对黑体,色温定义,黑体辐射的发射本领只与温度有关。严格地说，一个黑体若被加热，其表面按单位面积辐射光谱能量的大小及其分布完全决定于它的温度。因此我们把任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较，来描述光源的光色。所以色温可以定义为：“当某一种光源的色度(色品）与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。,常见光源色温,色温用绝对温度“K”表示，绝对温度等于摄氏温度加273。如正午的日光具有色温为

9、6500K，就是说黑体加热到6500K时发出的光的颜色与正午的颜色相同。其它如白炽灯色温约为2600K。,色温的连续变化,色温是光源的重要指标，一定的色光具有一定的相对能量分布：当黑体连续加热，温度不断升高时，其相对光谱能量分布的峰值部位将向短波方向变化，所发的光带有一定的颜色，其变化顺序是红-黄-白-蓝。,色温的应用(一),根据色光的舒适感选择色温在漫长进化过程中,长期处于自然光环境,清晨黄昏,色温2000-4500,中午5000-7000K研究结果表明:人对光源的舒适感接近自然光对人产生的生理效果,在很低的照度下采用接近火焰的低色温的光源较舒适,在中等照度下采用接近或略高于黎明和黄昏的色温

10、的光源较舒适,在高的照度条件下采用接近中午阳光的色光较舒适.,照度水平与色光舒适感的程度(示意),2 10 50 200 1000 照明度(lx),色温,700060005000400030002000,舒适区,色温的应用(二),各种光源的不同色温的色光对人有一定的生理和心理效应,根据人的生理心理需求合理运用色温生理方面:红色使人兴奋,蓝色使人沉静;红黄光使人有近感,蓝青光有远感.心理方面:红系光可以增加食欲,蓝系光降低食欲;彩度高的比彩度低的更能使人产生激情;低色温光给人温暖的感觉,称暖色光,高色温光给人以冷的感觉,称冷色光.需要热烈激昂的气氛时选用-需要冷静沉稳的气氛时选用-温度高的时候.

11、温度低的时候.,色温的应用(三),根据不同的被照场所使用色温,如在餐厅:选用红黄为主的色光,给人金碧辉煌的感觉,食欲增强;在繁忙的车间:红选用高色温的冷色光源,缓解紧张情绪在卧室或者宾馆客房:采用低色温光源,使人具有休闲安逸温馨感觉在商店.,色温的应用(四),印刷行业对光源色温的要求:原稿拍摄:彩色胶片有日光型和灯光型,日光型用于室外拍摄,要求色温5500K,室内拍易发黄;灯光型用于室内拍摄,要求色温2800-3200K,在室外易发蓝.制版光源:色温5500K制版车间和印刷车间:观察透射样品,光源的相关色温5003K,观察反射样品,光源的相关色温6504K.,标准光源观察箱,透反射两用标准光源

12、工作台,1.5 光源颜色与视觉的关系,1 光源的颜色2 光源的显色性3 光源的显色指数及定量评价,1.光源的颜色,光源颜色的两个含义：人眼直接看到的光源的颜色，即光源的表色，如白炽灯的颜色黄红色。光源照射到物体上物体所产生的客观的颜色效果，称为光源的显色性。同一物体在不同的光源下颜色效果不相同。,在制版、印刷过程中光源的颜色是决定印刷复制质量的一个重要因素。,2.光源的显色性,显色性由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉，而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比较，显示同色能力的强弱叫做该人工

13、光源的显色性。光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。日光、白炽灯具有连续光谱，连续光谱的光源均有较好的显色性。通过对新光源的研究发现，由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如450nm的蓝光，540nm的绿光，610nm的桔红光以适当比例混合所产生的白光。,3.光源显色性评价,为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度，采用“一般显色性指数”作为定量评价指标。显色性指数最高为100。显色性指数的高低，就表示物体在待测光源下“变色”和“失真”的程度。光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分：,Ra值为10075 显色优良 7550 显色一般 50以下

14、 显色性差,1964年，CIE制定了光源显色性评价方法；1974年，经修订向世界推荐；1984年，我国采用了CIE推荐的评价方法；1986年，我国正式实施了自己的光源显色性评价方法；,我国光源显色性评价方法,定量评价任一光源显色性的方法,1、选定标准光源；我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”中规定用普朗克辐射体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。规定参考光源的显色指数为100。2、选定色样（15块）7.5R6/4,5Y6/4,5GY6/83、计算各自色差4、特殊显色指数Ri=100-4.6*色差5、取前8个色样的特殊显色指数的算术平均，即一般显色指数Ra,常见光源的显色性指数,光源 显色性指数白炽灯（500W)95-100碘钨灯（500W)95-100溴钨灯（500W)95-100荧光灯（日光色40W)70-80外镇高压汞灯（400W)30-40镝灯（1000W)85-95高压钠灯（400W)20-25,分组讨论:光源显色性的应用？,