《实验二色度学讲义.docVIP

实验二 色度学实验研究 研究光源或经光源照射后物体透、反射颜色的学科称为色度学。这是一门有着广泛应用的学科，目的是对人眼能观察到的颜色进行定量的测量。无论是在纺织、印染、印刷、染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行业，还是在计量、医学、电视、电影、照相、环境美化、交通讯号、产品鉴定以及遥感、信息处理和空间光学等各个领域，都离不开对颜色的测量和研究。 色度学本身涉及到物理、生理及心理等领域的知识，是一门交叉性很强的边缘学科。为了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量，从而能使用光学仪器对色光进行测量，以消除那些因人而异，含混不清的颜色表达方式，需要经过大量的科学实验，将感性认识上升到理性阶段，再去指导人们对颜色的正确测量。 颜色科学在彩色显示、印刷、纺织以及摄影美术行业的作用是巨大的。人眼对物体色彩的视觉感受涉及到物理学（物体的自发光、透射光或反射光形成颜色刺激）、生理学（感光细胞响应与传输，颜色刺激转变为神经信号）、心理学（颜色感知的响应）等等方面。我们所说的色度学是对颜色刺激进行物理测量、数学计算并定量评价的学科，它不涉及神经响应、传输及颜色感知。国际上颜色的定量表述有多种系统，如用色卡表述的孟塞尔表色系统、国际照明委员会推荐的CIE表色系统等，各系统之间一定条件下可以转换。本实验主要介绍常用的CIE表色系统，它是基于加色法混色系统发展而来的。 【实验目的】 1.了解色度学的基本知识。 2.初步掌握颜色相加混合、相减混合及颜色匹配等方法。 3.了解并掌握测色原理。 4.掌握颜色定量表示方法及色度坐标的测定。 【实验仪器】 TCC-1型三色合成仪、WDM1-3光栅单色仪、光电接收装置和微电流计、高压汞灯、镀膜滤色片、照度计、CIE1931色度图等。 【实验原理】 对颜色的描写一般是使用色调、饱和度和明度这三个物理量。色调是颜色的主要标志量，是各颜色之间相互区别的重要参数。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及其它的一些混合色名均是因色调的不同而加以区分。饱和度是指颜色的纯洁程度，可见光谱中的单色光最纯；如果单色光中混杂白光后，其纯度将会下降。明度是指物体的透、反射程度。对光源来讲，即相当于它的亮度。 1.颜色匹配和颜色三刺激值 实验表明，人眼对相同强度、不同波长的光照引起的反应是不同的，这包括色调和明度的感觉。在色度学中，定义等能光谱引起人眼的色调感觉为白色，称为等能白。在可见光范围，太阳光的光谱近似等能光谱。 我们可以把人眼看成是一个把光的客观物理量转变到生理和心理反应的转换器，从这个观点出发，就必须找出有普遍意义的转换规律。把两种颜色调整到视觉相同的过程称作颜色匹配，它是利用色光加色法来实现的。图1中左方是一块白色板，下方为红光、绿光、蓝光三原色光，上方为任意待配色光，三原色光照射白色板的下半部，待配色光照射白屏幕的上半部，白色板上下用一黑屏隔开，白色板的反射光通过小孔射到观察者的眼中。观察者眼中看到的视场范围在2°左右，被分成两部分。颜色匹配实验通过独立调节下方三原色光的强度混合完成，当视场中的两部分色光相同时，视场中的分界线消失，两部分视场合为同一视场，此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。 大量的实验证明，使用、、三原色的不同配比就可以匹配出可见光中各种不同光色。国际照明委员会（Commission International de I?éclairage，简称CIE）规定、、三原色的波长分别为700、546.1、435.8。 在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601 时就能匹配出等能白光，CIE 选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的各自单位量，分别记为（）、（）、（），即等能白光时（）：（）：（）=：：。即在色光加色法中红、绿、蓝三原色光等份量混合结果为白光。显然，当（）、（）、（）不等份时，混合的结果为色光，颜色匹配可用颜色方程表示 ?????? （1） 式中[]、[]、[]为原刺激（如取=700.0，=546.1，=435.8），其与基础刺激（等能光谱白光）相匹配时的光度量、、称为色度学单位。、、分别为匹配色光 []时[]、[]、[]的数量，若匹配 []时[]、[]、[]的光度量分别为、、，则、、，、、称为三刺激值，对于基础刺激（等能光谱白光）有 实验表明颜色匹配遵循以下两个法则（格拉斯曼法则）： 比例法则：若 ，则 加法法则：若 、 ，则 ， 显然色光增减、合成时的表述与通常的数学式子完全等价。 我们可以对一定辐射功率（1W）、波长为的单色刺激[Cλ]进行匹配可得出： 、、是该单色光的颜色三刺激值