應(yīng)用光學(xué)第六章色度學(xué)基礎(chǔ)

應(yīng)用光學(xué)第六章色度學(xué)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日作業(yè)：

1.有兩薄透鏡L1和L2的口徑分別為6cm和4cm,,在L1和L2距L2為2cm處有一直徑為6cm的小孔光闌，物點(diǎn)位于L1前方12cm處，求孔徑光闌、入射瞳孔、出瞳的位置及大小2.(選作)兩個(gè)薄透鏡L1、L2的孔徑為4.0cm，L1為凹透鏡，L2為凸透鏡，它們的焦距分別為8cm和6cm，鏡間距離為3cm，光線平行于光軸入射。求系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳及視場(chǎng)光闌

3.照相物鏡，對(duì)2m遠(yuǎn)處目標(biāo)照相，假定底片上像點(diǎn)彌散斑直徑小于0.05mm仍可認(rèn)為成像清晰，問(wèn)物空間能清晰成像的最遠(yuǎn)、最近距離各位多少？第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日4.人工照明下閱讀時(shí)，紙面光亮度應(yīng)大于10cd/m2,假定白紙的漫反射系數(shù)為0.75，用60w充氣鎢絲燈照明，光視效能為15lm/w,求當(dāng)燈泡離紙面距離不大于多少時(shí)，才能產(chǎn)生所要求的光亮度（假定紙面與照射光線方向垂直）？5.面積為1cm2的單面發(fā)光圓盤是一個(gè)朗伯光源，光亮度為1500lm/(m2·sr),求①最大發(fā)光強(qiáng)度I0，與發(fā)光面法線30度角方向上的發(fā)光強(qiáng)度I30②圓盤發(fā)出的總光通量及光出射度第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§6.1顏色的分類和特性一顏色及其分類顏色：不同波長(zhǎng)可見(jiàn)光輻射作用于人的視覺(jué)器官后所產(chǎn)生的心里感受顏色和波長(zhǎng)的關(guān)系并不是完全固定的光譜上除572nm（黃）、503nm(綠)和478nm(藍(lán))是不變的顏色外，其它顏色在光強(qiáng)增加時(shí)都略向紅色或藍(lán)色變化“貝楚德－樸爾克效應(yīng)”色度學(xué)則是將主觀的顏色感受和客觀的物理刺激聯(lián)系起來(lái)的科學(xué)第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日非彩色:白色、黑色及灰色彩色:各種光譜色顏色形成的物理機(jī)制光源色：自發(fā)光形成的顏色物體色：自身不發(fā)光，憑借其它光源照明，通過(guò)反射或透射而形成的顏色熒光色：物體受光照射激發(fā)所產(chǎn)生的熒光與反射或投射光共同形成的顏色第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日二顏色的表觀特征明度：表示顏色明亮的程度對(duì)于光源色，明度值與發(fā)光體的光亮度有關(guān)物體色，和物體的透射比或反射比有關(guān)色調(diào)：區(qū)分不同彩色的特征飽和度：顏色接近光譜色的程度，彩色的純潔性第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日彩色具備以上3個(gè)特征非彩色只有明度值差別、沒(méi)有色調(diào)區(qū)分，飽和度為0用一個(gè)三維紡錘體可將顏色的三個(gè)基本特征表示出來(lái)第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§6.2顏色混合顏色混合:兩種或幾種顏色相互混合，形成不同于原色的新色色光混合：加混色，不同顏色光的直接混合色料混合：色料是對(duì)光有強(qiáng)烈選擇吸收的物質(zhì)，在白光照明下呈現(xiàn)一定的顏色。從白光中去除某些色光，又稱減混色。第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日格拉斯曼顏色混合定律H.Grassman于1953年總結(jié)出色光混合的基本定律①人的視覺(jué)只能分辨顏色的三種變化：明度、色調(diào)和飽和度②兩種顏色混合，如果一種顏色成分連續(xù)變化，混合色的外貌也連續(xù)變化補(bǔ)色律：每一種顏色都有相應(yīng)補(bǔ)色中間色律：兩種非互補(bǔ)顏色混合，將產(chǎn)生兩顏色的中間色，其色調(diào)決定于兩顏色的比例第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日R+G=YR+B=M(Magent洋紅、品紅)G+B=C（Cyan青）R+G+B=W兩種顏色以一定的比例相混合產(chǎn)生白色或灰色，則此兩顏色為互補(bǔ)色某一顏色與其補(bǔ)色以適當(dāng)比例混合便產(chǎn)生白色或灰色R+C=WG+M=WB+Y=W第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日③顏色外貌相同的光，不管它們的光譜組成是否一樣，在顏色混合中等效

凡是視覺(jué)上相同的顏色是等效的代替律：相似色混合，混合色仍相似顏色A=顏色B顏色C=顏色D顏色A+C=顏色B+D在混色中，某種顏色用外貌相同的另外顏色代替，最后效果不變④混合色的總亮度等于組成混合色的各顏色光亮度的總和

亮度相加定律：假定參加混色各色光亮度分別為L(zhǎng)1、L2…Ln,,則混合色光的光亮度L為L(zhǎng)=L1+L2+…+Ln第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§6.3顏色匹配一顏色匹配實(shí)驗(yàn)把兩個(gè)顏色調(diào)節(jié)到視覺(jué)上相同的方法叫顏色匹配色光混合匹配實(shí)驗(yàn)利用顏色光相加實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)紅、綠、蘭色光的強(qiáng)度，直到黑檔屏兩邊的視場(chǎng)呈現(xiàn)相同顏色，就完成了顏色匹配

第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日顏色匹配不受背景顏色的影響，即顏色匹配遵守顏色匹配恒常定律。但應(yīng)注意，眼受強(qiáng)光刺激時(shí)，此定律也會(huì)失效。對(duì)于飽和度很高的顏色，例如某些光譜色，常常不能用紅、綠、藍(lán)三種顏色直接混合得到。為了匹配，需把某種顏色轉(zhuǎn)加到被匹配顏色一方，然后用另二種顏色混合與降低了飽和度的顏色進(jìn)行匹配第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日高飽和度顏色匹配第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日二顏色匹配方程不能直接匹配，需把某種顏色加到被匹配顏色一方的情況例如用紅（R）、綠（G）、蘭（B）匹配光譜黃色，需把蘭色（B）加到黃色（C）一邊再進(jìn)行匹配(C)+B(B)=R(R)+G(G)(C)=R(R)+G(G)-B(B)第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)論紅、綠、蘭三種顏色以不同的量值（有的可能為負(fù)值）相混合，可以匹配任何顏色。紅、綠、蘭不是唯一的能匹配所有顏色的三種顏色。三種顏色，只要其中的每一種都不能用其它兩種混合產(chǎn)生出來(lái)，就可以用它們匹配所有的顏色。第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§6-4色度學(xué)中的幾個(gè)概念一、顏色刺激顏色刺激：引起顏色知覺(jué)的可見(jiàn)輻射的輻通量顏色刺激按波長(zhǎng)的分布，稱做顏色刺激函數(shù)，一般用φ(λ)表示。顏色刺激是純物理量二、三原色能夠匹配所有顏色的三種顏色，稱做三原色。匹配實(shí)驗(yàn)表明，能夠匹配所有顏色的三種顏色不是唯一的紅：700nm，綠：546.1nm，蘭：435.8nm

第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日三、三刺激值匹配某種顏色所需的三原色的量稱做該顏色的三刺激值。顏色方程中的R、G、B就是三刺激值三刺激值不是用物理單位，而是用色度學(xué)單位來(lái)度量。對(duì)于既定的三原色，每種顏色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值來(lái)表示顏色

第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日四、光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用紅、綠、蘭三種顏色可以匹配所有顏色，對(duì)于各種波長(zhǎng)的光譜色也不例外。匹配等能光譜色所需的三原色的量稱做光譜三刺激值。對(duì)于不同波長(zhǎng)的光譜色，其三刺激值顯然為波長(zhǎng)λ的函數(shù)，故也稱之為顏色匹配函數(shù)等能光譜是指各波長(zhǎng)輻射能量相等，只有在此條件下，所得到的光譜色三刺激值才是可比較和有意義的顏色匹配函數(shù)是重要的色度量，它是在顏色現(xiàn)像研究中把物理刺激與生理響應(yīng)結(jié)合起來(lái)的紐帶第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日五、色品坐標(biāo)及色品圖三刺激值各自在三刺激值總量中所占的比例，叫做顏色的色品

r+g+b=1用r為橫坐標(biāo)、g為縱坐標(biāo)，由r和g所決定的平面上的點(diǎn)均和某種顏色相對(duì)應(yīng)，這樣一個(gè)能表示顏色的平面，稱做色品圖

色品圖上表示顏色的各個(gè)點(diǎn)稱做色品點(diǎn)第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日三原色紅（R）、綠（G）和蘭（B）的色品點(diǎn)。此三點(diǎn)連線，構(gòu)成一個(gè)三角形，三角形里面部分是三原色以不同比例混合能產(chǎn)生的所有顏色色品點(diǎn)的集合。這個(gè)三角形叫做麥克斯韋顏色三角形光譜色的色品坐標(biāo)在色品圖上，各光譜色色品點(diǎn)形成一條馬蹄形曲線，稱之為光譜色品軌跡第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日六、色度學(xué)中常用的光度學(xué)概念光譜透射率——物體透過(guò)的光譜輻通量與入射光譜輻通量之比光譜反射率因數(shù)——在限定的方向上、在指定的立體角范圍內(nèi)，所考慮物體反射的光譜輻通量與相同照明、相同方向、在相同立體角內(nèi)由完全漫射反射體反射的光譜輻通量之比光譜反射率——物體反射的光譜輻通量與入射光譜輻通量之比第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§6.5

顏色相加原理及光源色和物體色的三刺激值

一、顏色相加原理假定有（C1）和（C2）兩種顏色相混合，混合色的三刺激值與參加混色顏色的三刺激值之間存在什么關(guān)系呢？

(C1)=R1(R)+G1(G)+B1(B)(C2)=R2(R)+G2(G)+B2(B)

兩種顏色混合后形成的混合色（C）為

(C)=(C1)+(C2)第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)代替律，有(C)=(C1)+(C2)=[R1(R)+G1(G)+B1(B)]+[R2(R)+G2(G)+B2(B)]=(R1+R2)(R)+(G1+G2)(G)+(B1+B2)(B)

顏色（C）也可用三刺激值R、G、B表示為

(C)=R(R)+G(G)+B(B)

得到R=R1+R2;G=G1+G2;B=B1+B2表明，混合色的三刺激值為各組成色相應(yīng)三刺激值之和。這就是顏色相加原理第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日二光源色和物體色的三刺激值第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§6.6

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)

國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)規(guī)定的顏色測(cè)量原理、基本數(shù)據(jù)和計(jì)算方法，稱做CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)的核心內(nèi)容是用三刺激值及其派生參數(shù)來(lái)表示顏色

任何一種顏色都可以用三原色的量，即三刺激值來(lái)表示。選用不同的三原色，對(duì)同一顏色將有不同的三刺激值。CIE對(duì)三原色做了規(guī)定光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)是用三刺激值表示顏色的極為重要的數(shù)據(jù)。對(duì)于同一組三原色，正常顏色視覺(jué)不同人測(cè)得的光譜三刺激值數(shù)據(jù)很接近，但不完全相同。CIE取多人測(cè)得的光譜三刺激值的平均數(shù)據(jù)做為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并稱之為標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者

第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日CIE對(duì)三刺激值和色品坐標(biāo)的計(jì)算方法作了規(guī)定。對(duì)于物體色，光源、照明和觀察條件對(duì)顏色有一定影響。為了統(tǒng)一測(cè)量條件，CIE對(duì)光源、照明條件和觀察條件也做了規(guī)定第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日一、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，是1931年在CIE第八次會(huì)議上提出和推薦的。它包括1931CIE-RGB和1931CIE-XYZ兩個(gè)系統(tǒng)（一）1931CIE-RGB

系統(tǒng)該系統(tǒng)用波長(zhǎng)分別為7×10-7米（紅）、5.461×10-7米（綠）和4.358×10-7米（蘭）的光譜色為三原色，并且分別用（R）、（G）、（B）表示。系統(tǒng)規(guī)定，用上述三原色匹配等能白光（E光源）三刺激值相等。R、G、B的單位三刺激值的光亮度比為1.000:4.5907:0.0601；輻亮度比為72.0962:1.3791:1.000

第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日（二）1931CIE－XYZ系統(tǒng)1931CIE－RGB

系統(tǒng)可以用來(lái)標(biāo)定顏色和進(jìn)行色度計(jì)算。但是該系統(tǒng)的光譜三刺激值存在負(fù)值，這既不便于計(jì)算，也難以理解。因此CIE同時(shí)推薦了另一色度學(xué)系統(tǒng)，即1931CIE－XYZ系統(tǒng)。1931CIE－XYZ系統(tǒng)選用(X)、(Y)、(Z)、為三原色。用此三原色匹配等能光譜色，三刺激值均為正值。該系統(tǒng)的光譜三刺激值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并定名為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，簡(jiǎn)稱“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀