色度学-期末总复习.ppt
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1、第一章 光与视觉,可见光谱视觉与生理基础明视觉与暗视觉视觉功能辐射度学和光度学的常用单位,CIE:明视觉和暗视觉光谱光效率函数代表不同波长的能量对人眼产生光感觉的效率,3、CIE 明/暗视觉光谱光效率函数,因此,波长的单色辐射的相对光谱光效率函数V(),是指当波长m和的单色光在引起明亮感觉相等时的辐通量之比:,明视觉/暗视觉响应曲线-光谱光视效率函数(视见函数),CIE将两条曲线的最大值归一化,明/暗视觉函数均成为相对数值,和 的相对值代表等能光谱波长的单色辐射所引起的明亮感觉程度。,明视觉:的最大值在555nm,即 555nm的黄绿部位最亮;暗视觉:的最大值在507nm处,即507nm处最亮
2、;曲线相对 向短波方向推移,且长波端的能见范围减小,短波端的能见范围略有扩大。,CIE明/暗视觉光谱光效率函数是光度学计算的重要依据,和)来评价的辐通量e 即为光通量v,辐通量与光通量的关系式为,流明/瓦,由于人眼对各个波长的感受性不同,各个波段产生的光感觉程度不同,因而,按照CIE标准光度观察者的视觉特性,对于明视觉,对于暗视觉,流明/瓦,光源在紫外和红外部分的光谱辐射是人眼感受不到的,所以其光谱光效率等于0。,4、辐通量与光通量,光视效能:K lm/W:人眼对不同波长的辐射能产生光感觉的效率,说明,即使辐射通量不变,光通量也随着不同波长而改变,K是比例,但不是常数,是随波长变化的,于是人们
3、又定义了光视效能,实验表明:,说明同样的辐射能,在555nm处引起的光通量最大,对人眼刺激最大,效率最高,那么如何表达人眼对辐射的感觉程度呢?光视效率,光视效能与其最大值之比,物理意义:以光视效能最大值为基准来衡量其他波长处引起的视觉在相同的辐射能下,看到的亮度不同。,具体某一波长的光视效率,叫光谱光视效率,国际上对光视效能和光视效能进行了研究,确定了统一规定的值,(通过不同地区,不同人种等大量实验统计出的结果),全光通量(Total Luminous Flux;v)lumens,光度学的单位 度量光的强弱(大小)和方向的一门科学.基本单位:光通量-发光体的 发光强度-发光体的 亮度-发光体
4、反射体-受照体照明后的反 射光 照度-受照体的,四个单位的图示:,第二章 颜色视觉,颜色视觉现象颜色的分类和特性颜色匹配色觉缺陷颜色视觉理论,彩色是指白黑系列以外的各种颜色彩色有三种特性:明度、色调、饱和度 明度 彩色光的亮度愈高,人眼就愈感觉明亮,或者说有较高的明度彩色物体表面的光反射率愈高,它的明度就愈高 色调 色调是彩色彼此相互区分的特性可见光谱不同波长的辐射在视觉上表现为各种色调,如红、橙、黄、绿、蓝等 饱和度 饱和度是指彩色的纯洁性可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色非彩色只有明度的差别,而没有色调和饱和度这两种特性,,彩色的特性,1.人的视觉只能分辨颜色的三种变化:明度、色调、饱和度
5、 2在由两个成分组成的混合色中。如果一个成分连续地变化,混合色的外貌也连续地变化。由这一定律导山两个定律:补色律 每一种颜色都有一个相应的补色如果某一颜色与其补色以适当比例混合,便产生白色或灰色:如果二者按其它比例混合,便产生近似比重大的颜色成分的非饱和色 中间色律 任何两个非补色相混合,便产生中间色,其色调决定于两颜色的相对数量,其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近,格拉斯曼(Grassmann)颜色混合定律,3颜色外貌相同的光,不管它们的光谱组成是否一样,在颜色混合中具有相同的效果 换言之,凡是在视觉上相同的颜色都是等效的自这一定律导出颜色的代替律:代替律 相似色混台后仍相似如果颜色A颜色
6、B,颜色C颜色D,那么,颜色A十颜色C颜色B十颜色D 4混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和这一定定律叫做亮度相加律:亮度相加律 由几个颜色光组成的混合色的亮区是各颜色光亮度的总和,根据格拉斯曼颜色混合定津,外貌相同的颜色可以相互代替。相互代替的颜色可以通过颜色匹配实验来找到。把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配。在进行颜色匹配实验时,须通过颜色相加混合的方法,改变一个颜色或两个颜色的明度、色调、饱和度三特性,使二者达到匹配,2.3 颜色匹配,一、颜色匹配实验,颜 色 转 盘,把用来产生混合色的红、绿、蓝叫做三原色 把为了匹配一特定颜色所需的三原色数量叫做三刺激值,光
7、谱三刺激值 Tristimulus Values(color-matching functions),为匹配相等能量(等能)光谱色的三原色数量叫做光谱三刺激值,第三章 CIE标准色度系统,CIE 1931标准色度学系统CIE 1964补充色度学系统CIE 色度计算方法CIE 1960均匀色度标尺图CIE 1964 均匀颜色空间,3CIE1931色度图,根据颜色混合原理它用匹配某一颜色的三原色比例来规定这色,x色度坐标相当于红原色的比例,y色度坐标相当于绿原色的比例。图中没有z色度坐标,因为x+y+z1从光谱的红端到540nm一带的绿色,光谱轨迹几乎是直线此后光谱轨迹突然转弯,颜色从绿转为蓝-绿
8、,蓝-绿色又从510 nm到480nm伸展开来,带有一定的曲率,蓝和紫色波段却压缩在光谱轨迹尾部的较短范围。光谱轨迹的这种特殊形状是由人眼对三原色刺激的混合比例所决定的。连接400nm和700nm的直线是光谱上所没有的由紫到红的颜色光谱轨迹曲线以及连接光谱轨迹两端所形成的马蹄形内包括一切物理上能实现的颜色。而坐标系统的原色点,即三角形的3个角顶都落在这个区域之外。即,原色点的色度是假想的,在物理上不可能实现的。同样,凡是落在光谱轨迹和由红端到紫端直线范围以外的颜色也都是不能由真实光线产生的颜色。,Y=0的直线与亮度没有关系,即无亮度线光谱轨迹的短波端紧靠这条线,这意味着,虽然短波光刺激能够引起
9、标准观察者的反应,即在普通观察条件下产生蓝紫色感觉,但380-420 nm波长辐通量在视觉上只有很低的亮度。颜色三角形中心的E是等能白光,由三原色各1/3产生,其色度坐标为 xe=0.3333,ye=0.3333,ze=0.3333 c点是CIE标准光源c,相当中午阳光的光色;任何颜色在色度图中都占一确定位置。例如S、Q两个颜色,由c通过Q作一直线至光谱轨迹,在511.30m处与光谱轨迹相交,此处光谱轨迹的颜色相当于Q的色调(绿色),某一颜色离开c点(或E点)接近光谱轨迹的程度表明它的纯度,相当于饱和度颜色愈靠近c(或E)愈不纯,愈靠近光谱轨迹愈纯。,从色度图还可计算出由两种颜色相混合所得出的
10、各种中间色如Q和S相加,得出Q到S直线的各种过渡颜色。任何两个波长光相混合所得出的混合色或落在光谱轨迹上,或在光谱轨迹所包围的面积之内,而绝不会落在光谱轨迹之外。靠近长波末端700-770nm的光谱波段具有一个恒定的色度值,都是x0.7347,y0.2653,所以在色度图上只由一个点来代表只要将700-770nm这段光谱轨迹上的任何两个颜色调整到相同的明度,则这两个颜色在人眼看来都是一样的。540-700nm直线方程x+y=1,与XY边重合。意味着这段范围内的任何光谱色(饱和色)都可通过540nm和700nm二种波长的光线以一定比例混合而成。,光谱轨迹380-540nm一段是条曲线,它意味着,
11、在此范围内的一对光线的混合不能产生二者之间的位于光谱轨迹上的颜色,而只能产生光谱轨迹所包围面积内的混合色光谱轨迹上的颜色饱和度最高,而离开轨迹愈靠近c或等能白的颜色,饱和度愈低因此,在380-540nm波长范围内,随着两个光谱色波长间隔的增加,其混合色的饱和度就愈低在色度图上很容易确定一对光谱色的补色波长:从光谱轨迹的一点通过等能白(或c)点划一直线拓达对侧光谱轨迹的一点,直线与两侧轨迹的相交点就是一对补色的波长在色度图上可以看出,在380-494nm之间的光谱色的补色存在于570-700nm之间,反之亦然 但是,在494-570nm之间的光谱色的补色只能由至少两种光线混合而产生出来(一个取自
12、光谱轨迹长波部分,一个取自短波部分)因为494-570nm之间的色度点通过等能白(或c)点连成直线时,在对侧正好与连结光谱轨迹两端的直线相交,而这段直线是由光谱两端颜色相加的混合色的轨迹。,如果已知色光E的光谱功率分布,怎样来确定它的三刺激值及色度坐标呢?,光源的光谱功率,物体的光谱反射率因数,气体放电光源的亮线光谱功率,3.3 CIE 色度计算方法,一、色度坐标加权坐标法,3.3 CIE 色度计算方法,颜色相加原理:两个颜色的相加混合,可用三原色光数量的各自之和R,G,B匹配出来:即,任意一个光源的三刺激值应等于匹配改光源各波长光谱色的三刺激值各自之和,即,分别为第一、第二颜色的三刺激值,混
13、合色的三刺激值,回顾:,对一个光源的光谱,用特定的三原色光匹配每一波长的光谱色,所需的三刺激值比例是不同的但是对任何光源,匹配同波长光谱色的三刺激值比例关系却是固定的,只是在改变光源时,由于光源的光谱功率分布不同,就需要对匹配各个波长光谱色的固定三刺激值分别乘以不同的因数即已知标准观察者的光谱三刺激值,就可以此为标准去计算光谱功率分布不同的光源的三刺激值和色度坐标。,待测光光谱功率分布,为了计算光源色或物体色的色度坐标,首先须对光源的光谱功率分布或物体的光谱反射率因数进行测定,然后计算颜色的三刺激值,最后再由三刺激值转换为色品坐标 对于气体放电光源的亮线光谱,则须测出亮线光谱的功率,随同连续光
14、谱一起计算三刺激值和色度坐标,颜色三刺激值的计算方法是用颜色刺激函数()分别乘以CIE光谱三刺激值,并在整个可见光谱范围内分别对这些乘积进行积分,对于物体色:分别为物体的光谱透过率,辐亮度因数,光谱反射率。,对于照明体或光源:,光源三刺激值与色坐标,Y表示光源的绿原色对人眼的刺激值量,也表示光源的亮度,为了便于比较不同光源的色度,将Y调整为1或100,物体色三刺激值,()为物体光谱透射比,光谱辐亮度因数或光谱反射比,在大多数实际应用时,波长范围为380 nm至 780 nm,波长间隔 为 5 nm,甚至 10 nm。在计算物体色三刺激值时,应尽量采用CIE标准照明体,通常建议使用CIE标准照明
15、体D65。,计算出物体的三刺激值以后,再按下式的形式将其转换为物体的色度坐标,即,主波长(Dom.Wavelength)d 补色波长(Comp.wavelength)d,c兴奋纯度(Excitation Purity)Pe=OS1/OL,Pe=OS2/OPPe=(xs-xo)/(xL-xo)Or,Pe=(ys-yo)/(yL-yo)亮度纯度(Colorimetric Purity)Pc=Y/Y,Y 主波长光谱色亮度,Y样品色亮度Pc=(yL/ys)Pe,二、主波长与色纯度,Concepts:,1.主波长,定义:用某一光谱色按一定比例与一个确定的参照光源相混合而匹配出样品色,该光谱色的波长就是样
16、品的主波长。颜色的主波长大致相当于日常生活中观察到的颜色的色调,在色度图中心的O点代表等能白光,它由三原色的各三分之一单位混合而成的,可以把它当做参照照明体。S1代表某一实际颜色,连接O和S1并延长与光谱轨迹线相交于d点,则d为S1的主波长。根据定义,S1可以用WE和光谱波长为 d的光谱色相混合而获得。,但是,并不是所有的颜色都有主波长,色品图中连接白点和光谱轨迹两端点所形成的三角形区域内各色品点都没有主被长。补色波长:一种颜色S2的补色波长是指某一种光谱色的波长,此波长的光谱色与适当比例的颜色S2相加混合,能匹配出某一种确定的参照白光。补色波长用符号c或d表示。,在色度图中心的O点代表等能白
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