第六章-色度学基础优秀PPT.ppt

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1、u作业：作业：u1.有两薄透镜有两薄透镜L1和和L2的口径分别为的口径分别为6cm和和4cm,u,在在L1和和L2距距L2为为2cm处有始终径为处有始终径为6cm的小孔光阑，物点位于的小孔光阑，物点位于L1前方前方12cm处，处，求孔径光阑、入射瞳孔、出瞳的位置及大小求孔径光阑、入射瞳孔、出瞳的位置及大小u2.(选作选作)两个薄透镜两个薄透镜L1、L2的孔径为的孔径为4.0cm，L1为凹透为凹透镜，镜，L2为凸透镜，它们的焦距分别为为凸透镜，它们的焦距分别为8cm和和6cm，镜间，镜间距离为距离为3cm，光线平行于光轴入射。求系统的孔径光阑、，光线平行于光轴入射。求系统的孔径光阑、入瞳和出瞳及

2、视场光阑入瞳和出瞳及视场光阑u3.照相物镜照相物镜，对，对2m远处目标远处目标照相，假定底片上像点弥散斑直径小于照相，假定底片上像点弥散斑直径小于0.05mm仍可认仍可认为成像清晰，问物空间能清晰成像的最远、最近距离各为成像清晰，问物空间能清晰成像的最远、最近距离各位多少？位多少？u4.人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于10cd/m2,假定白纸的漫反射系数为假定白纸的漫反射系数为0.75，用，用60w充气钨丝灯照明，光视效能为充气钨丝灯照明，光视效能为15lm/w,求当灯泡求当灯泡离纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的离纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的

3、光亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？光亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？u5.面积为面积为1cm2的单面发光圆盘是一个朗伯光源，的单面发光圆盘是一个朗伯光源，光亮度为光亮度为1500lm/(m2sr),求求u最大发光强度最大发光强度I0，与发光面法线，与发光面法线30度角方度角方向上的发光强度向上的发光强度I30u圆盘发出的总光通量及光出射度圆盘发出的总光通量及光出射度6.1颜色的分类和特性颜色的分类和特性一一 颜色及其分类颜色及其分类颜色：不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官颜色：不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官后所产生的心里感受后所产生的心里感受颜色和波长的关系并不是完全固定的颜色

4、和波长的关系并不是完全固定的光谱上除光谱上除572nm572nm（黄）、（黄）、503nm(503nm(绿绿)和和478nm(478nm(蓝蓝)是是不变的颜色外，其它颜色在光强增加时都略向红不变的颜色外，其它颜色在光强增加时都略向红色或蓝色变更色或蓝色变更“贝楚德朴尔克效应贝楚德朴尔克效应”色度学则是将主观的颜色感受和客观的物理刺激色度学则是将主观的颜色感受和客观的物理刺激联系起来的科学联系起来的科学非彩色非彩色:白色、黑色及灰色白色、黑色及灰色彩色彩色:各种光谱色各种光谱色颜色形成的物理机制颜色形成的物理机制光源色：自发光形成的颜色光源色：自发光形成的颜色物体色：自身不发光，凭借其它光源照明

5、，通过反射或透物体色：自身不发光，凭借其它光源照明，通过反射或透射而形成的颜色射而形成的颜色荧光色：物体受光照射激发所产生的荧光与反射或投射光荧光色：物体受光照射激发所产生的荧光与反射或投射光共同形成的颜色共同形成的颜色二二颜色的表观特征颜色的表观特征明度：表示颜色光明的程度明度：表示颜色光明的程度对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关物体色，和物体的透射比或反射比有关物体色，和物体的透射比或反射比有关色调：区分不同彩色的特征色调：区分不同彩色的特征饱和度：颜色接近光谱色的程度，彩色的纯净性饱和度：颜色接近光谱色的程度，彩色的纯净性u彩色具备以上彩色具备以

6、上3个特征个特征u非彩色只有明度值差别、非彩色只有明度值差别、没有色调区分，饱和度为没有色调区分，饱和度为0u用一个三维纺锤体可将颜用一个三维纺锤体可将颜色的三个基本特征表示出色的三个基本特征表示出来来6.2颜色混合颜色混合颜色混合颜色混合:两种或几种颜色相互混合，形成不同于原色两种或几种颜色相互混合，形成不同于原色的新色的新色色光混合：加混色，不同颜色光的干脆混合色光混合：加混色，不同颜色光的干脆混合色料混合：色料是对光有猛烈选择吸取的物质，在白光色料混合：色料是对光有猛烈选择吸取的物质，在白光照明下呈现确定的颜色。照明下呈现确定的颜色。从白光中去除某些色光，从白光中去除某些色光，又称减混色

7、。又称减混色。格拉斯曼颜色混合定律格拉斯曼颜色混合定律H.Grassman于于1953年总结精彩光混合的基本定年总结精彩光混合的基本定律律人的视觉只能辨别颜色的三种变更：明度、色人的视觉只能辨别颜色的三种变更：明度、色调和饱和度调和饱和度两种颜色混合，假如一种颜色成分连续变更，两种颜色混合，假如一种颜色成分连续变更，混合色的外貌也连续变更混合色的外貌也连续变更补色律：每一种颜色都有相应补色补色律：每一种颜色都有相应补色中间色律：两种非互补颜色混合，将产生两颜中间色律：两种非互补颜色混合，将产生两颜色的中间色，其色调确定于两颜色的比例色的中间色，其色调确定于两颜色的比例uR+G=YuR+B=M(

8、Magent洋红、品红洋红、品红)uG+B=C（Cyan青）青）uR+G+B=Wu两种颜色以确定的比例相混合产生白色或灰色，则此两种颜色以确定的比例相混合产生白色或灰色，则此两颜色为互补色两颜色为互补色u某一颜色与其补色以适当比例混合便某一颜色与其补色以适当比例混合便产生白色或灰色产生白色或灰色uR+C=WuG+M=WuB+Y=W颜色外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，颜色外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中等效在颜色混合中等效凡是视觉上相同的颜色是等效的凡是视觉上相同的颜色是等效的代替律：相像色混合，混合色仍相像代替律：相像色混合，混合色仍相像颜色颜色A=颜色颜色B颜

9、色颜色C=颜色颜色D颜色颜色A+C=颜色颜色B+D在混色中，某种颜色用外貌相同的另外颜色代替，最终在混色中，某种颜色用外貌相同的另外颜色代替，最终效果不变效果不变混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和和亮度相加定律：假定参与混色各色光亮度分别为亮度相加定律：假定参与混色各色光亮度分别为L1、L2Ln,则混合色光的光亮度则混合色光的光亮度L为为L=L1+L2+Ln6.3颜色匹配颜色匹配一颜色匹配试验一颜色匹配试验把两个颜色调整到视觉上相同的方法叫颜色匹配把两个颜色调整到视觉上相同的方法叫颜色匹配色光混合匹配试验色光混合匹配试验利用颜色光相加

10、实现利用颜色光相加实现调整红、绿、兰色光的强度，直到黑档屏两边的视场呈调整红、绿、兰色光的强度，直到黑档屏两边的视场呈现相同颜色，就完成了颜色匹配现相同颜色，就完成了颜色匹配u颜色匹配不受背景颜色的影响，即颜色匹配遵颜色匹配不受背景颜色的影响，即颜色匹配遵守颜色匹配恒常定律。但应留意，眼受强光刺守颜色匹配恒常定律。但应留意，眼受强光刺激时，此定律也会失效。激时，此定律也会失效。u对于饱和度很高的颜色，例如某些光谱色，常对于饱和度很高的颜色，例如某些光谱色，常常不能用红、绿、蓝三种颜色干脆混合得到。常不能用红、绿、蓝三种颜色干脆混合得到。为了匹配，需把某种颜色转加到被匹配颜色一为了匹配，需把某种

11、颜色转加到被匹配颜色一方，然后用另二种颜色混合与降低了饱和度的方，然后用另二种颜色混合与降低了饱和度的颜色进行匹配颜色进行匹配高饱和度颜色匹配高饱和度颜色匹配二二颜色匹配方程颜色匹配方程不能干脆匹配，需把某种颜色加到被匹配颜色一不能干脆匹配，需把某种颜色加到被匹配颜色一方的状况方的状况例如用红（例如用红（R）、绿（）、绿（G）、兰（）、兰（B）匹配光谱）匹配光谱黄色，需把兰色（黄色，需把兰色（B）加到黄色（）加到黄色（C）一边再进）一边再进行匹配行匹配(C)+B(B)=R(R)+G(G)(C)=R(R)+G(G)-B(B)结论结论红、绿、兰三种颜色以不同的量值（有的可能为红、绿、兰三种颜色以不

12、同的量值（有的可能为负值）相混合，可以匹配任何颜色。负值）相混合，可以匹配任何颜色。红、绿、兰不是唯一的能匹配全部颜色的三种颜红、绿、兰不是唯一的能匹配全部颜色的三种颜色。三种颜色，只要其中的每一种都不能用其色。三种颜色，只要其中的每一种都不能用其它两种混合产生出来，就可以用它们匹配全部它两种混合产生出来，就可以用它们匹配全部的颜色。的颜色。6-4色度学中的几个概念色度学中的几个概念一一、颜色刺激、颜色刺激颜色刺激：引起颜色知觉的可见辐射的辐通量颜色刺激：引起颜色知觉的可见辐射的辐通量颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用()表示。表示。颜

13、色刺激是纯物理量颜色刺激是纯物理量二二、三原色、三原色能够匹配全部颜色的三种颜色，称做三原色。能够匹配全部颜色的三种颜色，称做三原色。匹配试验表明，能够匹配全部颜色的三种颜色不是唯一匹配试验表明，能够匹配全部颜色的三种颜色不是唯一的的红：红：700nm，绿：，绿：546.1nm，兰：，兰：435.8nm三、三、三刺激值三刺激值u匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。三刺激值。颜色方程中的颜色方程中的R、G、B 就是三刺激就是三刺激值值u三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位来度量。来度量。u对于既定的

14、三原色，每种颜色的三刺激值是唯对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色四四、光谱三刺激值或颜色匹配函数、光谱三刺激值或颜色匹配函数用红、绿、兰三种颜色可以匹配全部颜色，对于用红、绿、兰三种颜色可以匹配全部颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。各种波长的光谱色也不例外。匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺激值。对于不同波长的光谱色，其三刺激值明激值。对于不同波长的光谱色，其三刺激值明显为波长显为波长的函数，故也称之为的函数，故也称之为颜色匹配函数颜色匹配函数等能光谱是指各波长辐射

15、能量相等，只有在此条等能光谱是指各波长辐射能量相等，只有在此条件下，所得到的光谱色三刺激值才是可比较和件下，所得到的光谱色三刺激值才是可比较和有意义的有意义的颜色匹配函数是重要的色度量，它是在颜色现像颜色匹配函数是重要的色度量，它是在颜色现像探讨中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带探讨中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带五五、色品坐标及色品图、色品坐标及色品图三刺激值各自由三刺激值总量中所占的比例，叫做颜三刺激值各自由三刺激值总量中所占的比例，叫做颜色的色品色的色品r+g+b=1用用r为横坐标、为横坐标、g为纵坐标，为纵坐标，由由r和和g所确定的平面上的所确定的平面上的点均和某种颜色相对应，点

16、均和某种颜色相对应，这样一个能表示颜色的平面，这样一个能表示颜色的平面，称做色品图称做色品图色品图上表示颜色的各色品图上表示颜色的各个点称做色品点个点称做色品点u三原色红（三原色红（R）、绿（）、绿（G）和兰（）和兰（B）的色品点。）的色品点。此三点连线，构成一个三角形，三角形里面部此三点连线，构成一个三角形，三角形里面部分是三原色以不同比例混合能产生的全部颜色分是三原色以不同比例混合能产生的全部颜色色品点的集合。这个三角形叫做麦克斯韦颜色色品点的集合。这个三角形叫做麦克斯韦颜色三角形三角形u光谱色的色品坐标光谱色的色品坐标u在色品图上，各光谱色色品点形成一条马蹄形在色品图上，各光谱色色品点形

17、成一条马蹄形曲线，称之为光谱色品轨迹曲线，称之为光谱色品轨迹六、六、色度学中常用的光度学概念色度学中常用的光度学概念光谱透射率光谱透射率物体透过的光谱辐通量物体透过的光谱辐通量与入射光谱辐通与入射光谱辐通量量之比之比光谱反射率因数光谱反射率因数在限定的方向上、在指定的立体角在限定的方向上、在指定的立体角范围内，所考虑物体反射的光谱辐通量范围内，所考虑物体反射的光谱辐通量与相同照明、与相同照明、相同方向、在相同立体角内由完全漫射反射体反射的相同方向、在相同立体角内由完全漫射反射体反射的光谱辐通量光谱辐通量之比之比u光谱反射率光谱反射率物体反射的光谱辐通量物体反射的光谱辐通量与入射光谱辐与入射光谱

18、辐通量通量之比之比6.5颜色相加原理及光源色和物体色的三颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值刺激值一、颜色相加原理一、颜色相加原理假定有（假定有（C1）和（）和（C2）两种颜色相混合，混合）两种颜色相混合，混合色的三刺激值与参与混色颜色的三刺激值之间色的三刺激值与参与混色颜色的三刺激值之间存在什么关系呢？存在什么关系呢？(C1)=R1(R)+G1(G)+B1(B)(C2)=R2(R)+G2(G)+B2(B)两种颜色混合后形成的混合色（两种颜色混合后形成的混合色（C）为）为(C)=(C1)+(C2)依据代替律，有依据代替律，有(C)=(C1)+(C2)=R1(R)+G1(G)+B1(B)+R2

19、(R)+G2(G)+B2(B)=(R1+R2)(R)+(G1+G2)(G)+(B1+B2)(B)颜色（颜色（C）也可用三刺激值）也可用三刺激值R、G、B表示为表示为(C)=R(R)+G(G)+B(B)得到得到R=R1+R2;G=G1+G2;B=B1+B2表明，混合色的三刺激值为各组成色相应三刺激表明，混合色的三刺激值为各组成色相应三刺激值之和。这就是颜色相加原理值之和。这就是颜色相加原理二二光源色和物体色的三刺激值光源色和物体色的三刺激值6.6CIE标准色度学系统标准色度学系统u国际照明委员会国际照明委员会(CIE)规定的颜色测量原理、基本数规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法，称做据和计算

20、方法，称做CIE标准色度学系统。标准色度学系统。CIE标准色标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色色u任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺示。选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。激值。CIE对三原色做了规定对三原色做了规定u光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视的极为重要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视觉不同人测得的光

21、谱三刺激值数据很接近，但不完全觉不同人测得的光谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。相同。CIE取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为标准色度视察者标准数据，并称之为标准色度视察者uCIE对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。定。u对于物体色，光源、照明和视察条件对颜色有对于物体色，光源、照明和视察条件对颜色有确定影响。为了统一测量条件，确定影响。为了统一测量条件，CIE对光源、对光源、照明条件和视察条件也做了规定照明条件和视察条件也做了规定一、一、CIE1931标准色度学系统标准色度学系统CIE193

22、1标准色度学系统，是标准色度学系统，是1931年在年在CIE第八第八次会议上提出和举荐的。它包括次会议上提出和举荐的。它包括1931CIE-RGB和和1931CIE-XYZ两个系统两个系统（一）（一）1931CIE-RGB系统系统该系统用波长分别为该系统用波长分别为710-7米（红）、米（红）、5.46110-7米（绿）和米（绿）和4.35810-7米（兰）的光米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（谱色为三原色，并且分别用（R）、（）、（G）、）、（B）表示。系统规定，用上述三原色匹配等）表示。系统规定，用上述三原色匹配等能白光（能白光（E光源）三刺激值相等。光源）三刺激值相等。R、G、B的的

23、单位三刺激值的光亮度比为单位三刺激值的光亮度比为1.000:4.5907:0.0601；辐亮度比为；辐亮度比为72.0962:1.3791:1.000（二）（二）1931CIEXYZ系统系统1931CIERGB系统可以用来标定颜色和进行系统可以用来标定颜色和进行色度计算。但是该系统的光谱三刺激值存在负色度计算。但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，也难以理解。因此值，这既不便于计算，也难以理解。因此CIE同时举荐了另一色度学系统，即同时举荐了另一色度学系统，即1931CIEXYZ系统。系统。1931CIEXYZ系统选用系统选用(X)、(Y)、(Z)、为三、为三原色。用此三原色匹配等

24、能光谱色，三刺激值原色。用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。该系统的均为正值。该系统的光谱三刺激值已经标准化，光谱三刺激值已经标准化，并定名为并定名为“CIE1931标准色度视察者光谱三刺标准色度视察者光谱三刺激值激值”，简称，简称“CIE1931标准色度视察者标准色度视察者”。1931CIEXYZ系统，是在系统，是在1931CIERGB系统系统基础上，经重新选定三原色和数据变换而确定基础上，经重新选定三原色和数据变换而确定的的光谱三刺激值光谱三刺激值光谱色品图光谱色品图色品坐标u颜色的主波长和补色波长颜色的主波长和补色波长u颜色纯度颜色纯度刺激纯度刺激纯度亮度纯度亮度纯度uCIE196410度视场度视场u孟塞尔颜色系统孟塞尔颜色系统u世界上广泛接受的世界上广泛接受的u孟塞尔颜色系统由三部分组成孟塞尔颜色系统由三部分组成u明度值明度值u彩度彩度u色调色调u