光、色基础知识培训.ppt

1、光学、色度学的基础培训,Z. F. Sun Tuesday, April 12, 2011,光的本质 人类要看见物体，就必须要有光，对于我们大多数人，光提供了一个充满视觉信息的世界，只有从物体反射出来的光到达我们的眼睛，刺激视神经，我们才能看到周围物体的形状和颜色。光是什么？光是能量存在的一种形式，也是宽广的电磁波谱中的一部分，天线电波、红外线、可见光、紫外线、伽马射线组成了电磁波，可见光在电磁波谱中是很窄的一部分。波长范围一般定义为380780nm。,光的本质 光的本质是一种电磁波,不同波长代表不同的颜色，人眼的可见波长是380nm-780nm。简单的说,光有不同的颜色。,太阳光谱,CIE标

2、准照明体和标准光源,在日常生活中，人们通常在不同时间的日光下或在人造光源下观察颜色。根据实际需要，CIE推荐了几种标准照明体和相应的标准光源，大家就在这几种约定的标准照明体（或光源）下来标定物体的颜色。 所谓光源，我们知道，就是能发光的物理辐射体。任何物理在高温下都会发光。变成光源。而且温度越高，发出的光就越强越亮。例如物体被加热到1000左右时就会发出红光，1500 时会发出黄光，到6000 时就变成黄白光 。加热的实质就是激发物体内部的原子并向它们提供能量，处于激发状态的原子回到了它的基态，就以辐射光子的形式释放出来。光的传播不需要介质。 而“照明体”则不同，它们只代表一些特定的光谱功率分

3、布。这些分布可能由某些光源通过适当的方法而得到，也可能在目前还不能由真实光源准确的体现出来。,一、标准照明体A 根据1968年国际实用温标，标准光源A代表绝对温度T=2856K的黑体辐射。黑体，旧称绝对黑体，是一个理想化了的物体,它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射。黑体辐射实际上是黑体的热辐射。标准照明体A可以由标准光源A来实现，该光源是色温为2856K的充气钨丝灯。,黑体辐射（标准黑体炉）的色温,二、标准照明体D65 标准照明体D65代表相关色温为6504K的自然日光，在色度学中，D65和A是被推荐作为最普遍应用的标准照明体。通常可以通过白炽灯来模拟。 三、其它标准照明

4、体 标准照明体B代表相关色温为4874K的直射阳光。标准照明体C代表相关色温为6774K的平均日光。标准照明体D则代表标准照明体D65以外的色温在4000100000K的其他日光的时相。 A光源加一组戴维斯-吉伯逊液体滤光器，就能产生相关色温为4874的辐射，即为B光源。加上另一组戴维斯-吉伯逊液体滤光器，就能产生色温为6774K的辐射，成为C光源。,人工光源与日光的色温,光的基本概念,光的检测是一门基本学科，也需要有广范的基础知识，要进行光的检测，光学方面的基本常识和概念，术语是必要的。 一、辐射通量 单位时间内光源表面面积之辐射的所有波长的光能量也就是光源的辐射功率， 单位为W。 二、光通

5、量 表征光源表面的客观辐射通量对人眼所引起的视觉强度，单位为lm。,光的基本概念,三、光强 表征光源一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量。定义为点光源在单位立体角中发出的光通量的数值。单位为：坎德拉 c d 。IV=d / d 。,立体角示意图,光的基本概念,四、照度 表征受照面被照明程度，既是落在物体单位面积上的光通量，单位为勒克斯l u x。E= / S 。 五、亮度 表征发光面的发光强弱并与发光表面特性有关的物理量，定义为单位面的光源表面在法线方向单位立体角内传出的光通量的数值。单位为: c d / m 。 六、透射率 一束光通过介质时,有一部分光能够透过介质继续传播叫做透射；透

6、射率就是光束透过物体，出射的光量除于总的光量的比率。,光的基本概念,七、反射率 当光照射到介质上时,由介质表面反射回部分光,称为光的反射；反射率就是物体表面反射的光量与入射光量之比。 反射率R=（n1-n2） / (n1+n2) 折射率：光线进入不同介质时角度发生改变的现象。sin1 / sin 2 八、漫射 漫射实际上是一种反射。因为实际的镜面不可能是理想光滑的平面,点存在凹凸不平,这时可人为地将镜面分解成为许多小镜面,光在这些小镜面上发生反射,由于小镜面的方向是杂乱无章的,因此从宏观上看,反射光线也是杂乱无章的。 九、衍射 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影,并在屏幕上出现光强不均匀分

7、布的现象。,色的基本概念,我们的生活总是被五彩缤纷的颜色包围着，然而我们对颜色的知识以及对它的调控总显得不足，使得在确定产品的颜色或在与颜色有关的商业交易中带来各种各样的问题。因为我们都是根据个人的感觉去判定颜色。 当问及某一颜色时，每一个人的回答未必相同。对颜色来说这就是个问题。所以我们需要更多的有关颜色的信息和知识。,色的基本概念,色调、亮度和色饱和度构成了色彩的世界 一、色调 苹果是红的，柠檬是黄的，天是蓝的，这就是我们日常对颜色的判断。我们用色调这一术语把颜色区分为红，黄，蓝等类别。虽然黄和红是两种截然不同的色调，但把黄和红混合在一起就产生了橙色。黄和绿混在一起就产生了黄绿，等等。把这

8、些色调衔接排列就形成了色环。,色的基本概念,色调、亮度和色饱和度构成了色彩的世界 二、亮度 当比较各种颜色的亮度（颜色的明亮程度）时，颜色就有明亮和深暗之分。例如，对柠檬的黄色对于梨子的黄色来说，很明显，柠檬的黄色就比较明亮。而把柠檬的黄色与葡萄的红色相比，显然，也是柠檬的黄色较明亮。可见，颜色亮度与色调无关。如下图，可以看出，亮度沿垂直方向变化，越往上色彩越明亮，反之，则越深暗。,色的基本概念,色调、亮度和色饱和度构成了色彩的世界 三、色饱和度 柠檬的黄色会比梨的黄色更明亮一些，但除此之外还有一个大的差别就是柠檬的黄色显得鲜艳，而梨的颜色则显得阴霾。这种差别称之为色饱和度或鲜艳程度。从下图可

9、看，紫色和绿色的饱和度分别由中心两侧随水平距离的增加而变化。离中心越近，色彩越阴霾；离中心越远，则越鲜艳。,色的基本概念,色调、亮度和色饱和度构成了一个色立体,色的基本概念,XYZ三刺激值和Y x y色空间 XYZ三刺激值和相关联的Y x y色空间构成了当前的CIE色空间的基础。XYZ三刺激值的概念是以色视觉的三元理论为根据的，它说明了人眼是接受三原色的接收器，而所有的颜色均可从三原色中混合出来。 为此，CIE在1931年规定了一种色空间，用来在二维图上描绘出颜色，但与亮度无关，这就是Y x y色空间。Y为亮度，x , y为色坐标。,三原色混色,色的基本概念,1931 x y 色品图,色的基本概念,四、色坐标 表征颜色的色度，是度量颜色的物理量。 五、色纯 样品颜色接近主波长光谱色的程度。Pc=a/b 六、色差 表征两种颜色之间的差异。用