色度学实验.doc

色度学实验 色度学是—门研究彩色计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律。在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成有着直接的关系在人眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。以人类的平均感觉为基础、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性。彩色视觉是人眼的—种明视觉彩色光的基本参数有：明亮度色调和饱和度。明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。色调反映颜色的类别，如红色、绿色、色等。彩色物体的色调于在光照明下所反射光的光谱成。例如，某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势，而其它成被吸收掉了。对于透射光，其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光纯色光。色调与饱和度合称为色度，它说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。实验发现，人眼的视觉响应取决于红、绿、蓝三分量的代数和，即它们的比例决定了彩色视觉，而其亮度在数量上等于三基色的总和。由于人眼的这一特性，就有可能在色度学中应用代数法则红、绿、蓝三基色为标准化起见，国际照明委员会(CIE)作了统一规定选水银谱中波长为?546.1?的绿光为绿基色光；波长为?435.8的蓝光为蓝基色光它们相互独立，其中任一色均不能由其它二色混合产生它们又是完备的，即所有其它颜色都可以由三色按不同的比例组合而得到。红＋绿＝黄红＋蓝＝紫蓝＋绿＝青红＋蓝＋绿＝白 图1 混色色图 由于用红、绿、蓝三基色能混合产生其所围成的三角形内的所有颜色，而且用白光依次减去三基色的补色（称为减法三基色，即黄=白-蓝、品=白-绿、青=白-红）进行混合也能产生这些颜色，即： 黄+品+青=(白-蓝)+(白-红)+(白-绿)=白-(红+绿+蓝)=白-任意颜色=任意颜色的补色。 3、颜色测量及其仪器 人类的眼睛其实就是最古老的颜色测量工具，人眼可以对颜色的微小差别有很敏锐的判断力，但是人眼的测量带有很多的主观性，存在着一定的缺陷。CIE标准表色系统的建立为人们客观地测量物体的颜色奠定了基础，可以通过测量颜色的三刺激值X、Y、Z在平面直角色度坐标加以表示，从而确定颜色。目前比较常用的是1931CIE标准表色系统，具体参考附录。 颜色测量仪器就是通过一定的途径测量颜色的三刺激值的仪器，根据获得三刺激的方式，测色仪器分为两类：分光测色仪器和色度计。分光测色仪器利用标准照明体，测量物体的反射光谱和透射光谱，通过积分计算球得颜色的三刺激值。色度计和分光测色仪不同，它就像人眼的视觉系统，通过直接测得与颜色的三刺激值成比例的仪器相应数值，直接换算出颜色的三刺激值。 [实验仪器] 在实验中使用的是分光测色仪器（WSD-1A型色度仪），WSD-1A型色度仪实验装置如图2所示： 图2 色度实验装置图 图3 单色仪内部光路结构图 其中，单色仪的结构如上图3所示，光源发出的光束射入入射狭缝S1，S1位于球面反射镜M1的焦平面上。通过S1射入的光束经M1反射成平行光束投向平面光栅G上，光栅表面有着细密的刻纹，它的作用与棱镜类似，都可以将一束混合平行光分解成出射角不同的各路单色光。经G衍射后的平行单色光束经球面反射镜M2反射后成像在出射狭缝S2或S3上。如果依次改变光栅的角度，则出射的像点也会跟着移动， 这样相应波长的光就会依次射出狭缝，根据平面光栅单色仪的分光原理就可以测量单一波长的光强度。 [预习要点] 1、了解表示彩色光的基本参数 2、三元色混色原理 3、1931CIE标准表色系统 4、单色仪的分光原理 [实验内容] 颜色相加合成实验 根据红、绿、蓝三基色相加混合可以生成任意颜色的原理，在实验中利用三色滤色片（红色、绿色、黄色），分别测量它们的色度坐标，验证混色原理（红＋绿＝黄 4、关机前，波长要复位，负高压要置零； [实验步骤] 1、打开计算机主机，检查桌面上的应用程序“ WSD-1A型色度”。 2、确认各条信号线及电源线连接好后，按下电控箱上的电源按钮，仪器正式启动，进入应用程序。 检查拨杆的位置，让拨杆指向出射狭缝S2，光电接收装置在透射出口。 进入程序中设定的“透射样品测量模式”（见使用说明书P10-11），分别测量红色、绿色和黄色滤色片的色度坐标，记录数据； 进入程序中设定的“颜色混合程序”计算红、绿混合色的颜色。 进入程序中的设定的“透射样品测量模式”测量晶体的颜色，记录色度坐标，主波长，饱和纯度和色度纯度。 更换光电接收装置到反