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1、吉林大学硕士学位论文提要随着印刷业的发展，对纸张及纸浆表面的蓝光漫反射一即蓝光白度，以及纸张、纸板的颜色的测量提出了更高的要求。因此研制一种测量纸张、 纸浆颜色的 仪器即 一白 度计成了目 前 造纸工 业的迫切需要。白度测量系统的理论基础之一就是色度学，色度学是研究颜色的感觉、计算、测量和判别颜色的一门科学，自 从 1 9 3 年国际照明委员会 ( C I E )色度学系统的建立，提出了对物体的颜色三刺激值的测量来确定颜色。根据色度学的理论，本文提出了 一 种白度测量系统的设计方案。此系统利用模拟光源经光均衡器后照射样品，利用光电传感器接收漫反射信号，通过比对法，即样品与标准工作白板对比，来测
2、量样品的白度。使用单片机来进行计算、显示和打印。并且测量结果可通过串行口将数据传送给计算机，再进行进一步的数据处理。通过实验测量及数据分析证明了此系统有很好的可靠性和稳定性，符合设计要求。关键词: 蓝光白度 色度学模拟光源光电传感器 标准 I _ 作自板吉林大学硕士学位论文第一章绪论1 . 1 色度学的基本知识对颜色的测量的最古老的工具就是人类的眼睛，人眼对微小 的颜色差别有很敏锐的辨别能力。人们长期利用目 视比较的方法 来判别产品的颜色质量，但是目视比较方法测量的结果带有主观 性，它受到视觉适应性，各人眼睛光谱响应的差异，测量时人的 身体状况 ( 疲劳程度)等因素的影响，所以在颜色分析和定标
3、中 目 视比较法和目 视测量仪都有不少缺陷。自 从 1 9 3 1 年国际照明委员会 ( C I E )色度学系统的建立， 为人 们客观地测量物体的颜色莫定了基础，可以通过对物体颜色三刺 激值的测量来确定颜色，将人眼从颜色测量中解放了出来。三刺 激值的计算式为: X = K 丁 S ( A ) Q ( A ) Y ( A ) d AY二Z =K 丁 S (A ) Q (A )Y ( A )d A K I S ( A ) ,g (A ) i ( A ) d A 式中:S ( 入 ) 为光源的光谱分布:p ( 入 ) 为物体的光谱辐亮度因 数: 双幻 Y ( A ) , z ( 幻为标准观察者的光
4、谱三刺激值。光源的光谱分布 S ( 入 ) 、物体的光谱辐亮度因数p ( x ) 和标准 观察者光谱三刺激值都是求得颜色的三刺激值所必需的。颜色测 量仪器就是通过一定的途径求得三刺激值的工具，由于获得三刺 激值的方式不同，测色仪器主要可分为两类: 分光测色仪器和色度 计。分光测色仪器是颜色测量最基本的仪器.其方法不是直接测 量颜色的三刺激值本身， 而是测量物体的光谱辐亮度因数或光谱 透射比，再选用 C I E推荐的标准照明体和标准观察者通过积分计 算求得颜色的三刺激值。目前，依据国际照明委员会 ( C I E 1 9 3 1 )色度系统，己研究出 各种测色仪器，并应用于工业，商业，农业，艺术，
5、军事，医疗 诊断等领域中。人们关心颜色一方面是颜色本身的质量，很多产 品的颜色质量就是产品本身质量的一个重要指标，如彩色电视。 彩色摄影、印刷、印染、油漆等，在这些领域内，应用色度学知 识解决它们的颜色复现，彩色评价和颜色质量的控制等许多问题。 另一方面，人们通过颜色了解事物其他方面的属性，如通过颜色吉林大学硕士学位论文的变化了解植物的成熟程度、食物中的某些成份、药品的含量、 皮肤的病变等。1 . 2 测色仪器的发展情况最 早 提 出 A li色 仪 器 的 是 2 0 世 纪 6 0 年 代 美 国 的 I N D U S T R I A L D E V E L O P ME N T L A
6、 B O R A T O R Y ，随后，美国的另 一公司 F O R D A C R O S P A C E 非自发光物体色简称为表面 色 ( 包括透射物体色和反射物体色) 。颜色又可分为彩色和无彩色。彩色是指黑灰白系列以外的知 觉上具有色调的色;无彩色是指黑灰白等知觉上色调的色。人眼 观察物体感觉受到的色感觉包括色调，彩色，和明度称为颜色的 三属性。色调:是指彩色彼此相互区分的特性，如红，橙，黄，绿，青，蓝，紫等所表述的颜色属性。它大体上相当于主波长这一色度概念。彩度:是指彩色的纯洁度。它可用以估计光谱纯度在整个色 感觉中所占 成分比例的视觉特性，大体相当于纯度这一色度概念。明度:是指与所
7、观察物体明亮程度相对应的视觉特性。它由 物体漫反射或漫透射光的程度决定。该特性大体相当于物体的亮度因数。 2 . 1 .3颜色的 棍 合， 加色法和减色法实验证明， 通过红， 绿， 蓝三个原色相加混合可以得到许多不吉林大学硕士学位论文同的颜色。在几个成分相加的混合中，如果一个成分连续地变化， 混合色的外貌相同的光，不管其光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果，即凡是视觉上相同的颜色都是等效的，可以相互替代。根据该替代律，可以利用颜色混合方法来产生或代替各种需要的颜色。视觉系统能够对于:( 1 )同时地进入眼睛并投射在视网膜相应的同一区域的色刺激;( 2 )相继迅速地进入眼睛并投射在视网
8、膜相应的同一区域的不同色刺激;( 3 )以人眼不能分辨的 “ 镶嵌”方式投入的不同色刺激，都具有色刺激相加混合的能力，产生一种色感觉。 称上述 ( 1 ) , ( 2 ) , ( 3 )分别为色刺激的光谱功率混合，时间混合和空间混合。减色法是在某一混色光中减去另外一种或几种色光而达到 颜色变换的目的，为了定性说明加色法和减色法的概念，可用下 列方式和图示来说明加色法和减色法所得的结果。如图2 - 1 所示: 加色法:表示投在白纸上的红绿蓝三束光，重叠相加部分则分别为黄，品，青，白各部分。黄/ 青红 / 蓝品 /蓝黄 认打青图2 一 1 加色法圈红十 绿二 黄红十 蓝二 品红白 蓝= 黄绿+ 蓝
9、二 青红十 绿十 蓝= 白白 红= 青如图2 - 2 所示: 减色法:表示白光用黄，到黄，品，青，经第二次减光则得到红，绿则得到黑。 2 . 2 C I E 标准色度系统2 - 2 减色法白一 绿= 品红品，青滤色片减光得，蓝，经第三次减光物体颜色的定量度量是很复杂的，它涉及到观察者的视觉生吉林大学硕 下 学位论文理，视觉心理以及照明条件，观察条件等许多问题，为了能够得 到 一 致的度量效果， 国际照明委员会 ( 简称C I E ) 规定了一套标准 色度系统，称为 C I E标准色度系统。它是近代色度学的基本组成 部分，是一种混合系统，是基于每一种颜色都能用三个选定的原色按适当比例混合而成的基
10、本事实建立起来的。 2 . 2 . 1 C I E 1 9 3 1 - R G B 基本表色系目前的基本色度学和 C I E色度系统是以三色原理的色匹配实 验为基础的。色匹配就是调配一种颜色使其和另外的一个给定颜 色相等同。三色原理，就是说任何一个颜色C* 都能用线性无关的 三个原色适当地相加混合与之匹配。亦即任何一个颜色刺激都能用线性无关的三个参照色刺激矢量的代数和来重现。它可用下式来表示:C * =C ( C ) =R ( R ) + G ( G ) + B ( B )( 2 - 2) 式中: R , G , B为与被测色C* 相匹配所需要的三个原色的刺激量， 称为被测色C中 的三刺激值。
11、用代数和几何方法表示颜色较为方便，变换 ( 2 - 2 )式为:C( C)R +G +Br ( R ) + g ( G ) + b ( B )( 2 - 3)这 里 : = 一 一 RR+G+B 色品坐标。9 _ GR + G + B : ” 二 不 BR + G + B 称 “ 颜 色 c 的定义色C * 的一个单位为1 - ( C ) = r ( R ) + g ( G ) + b ( B ) ，即使 C = R + G + B 。这样， 色C * 的一个单位，即C * 的 “ 品质” 可以 表示为仅仅是两个变数的函 数 ( 因为b = 1 一 ， 一 g ) ， 所以 色品能用 几何方
12、法在 一个两 维 平面上 表示出 来， 这样的r ， g 图( 或x ， Y 图)称为色品图。三色原理实验指出: 在广泛的观测条件范围内， 色匹配具有线 性和可加性规律。据此，在C I E - R G B色度系统中，任意色刺激函 数州幻的 三 刺激值可表示为:吉林大学硕士学位论文， 一 1 (p ( A ) r ( A ) d AG = 丁 ， ( “ ) 、 ( “ ) “( 2 -4 )， 一 丁 ,p ( A ) b ( A ) d A其 中r ( “ ) , g ( A ) , b ( “ ) 为 等 能 光 谱 的 三 刺 激 值。 它 是 从 实 验 得出的。为了使光谱三刺激值和色
13、品坐标不出现负值且使运算方便，C I E推荐以R G B系统为基础的C I E - X Y Z表色系统。2 . 2 . 2 C I E 1 9 3 1 - X Y Z 表色系该表色系统选取理论上的三个原色X , Y , Z所依据的原则是:使 ( X)和 ( Z )两个原色的亮度为零，只由原色 ( Y)的量 Y来体现亮度:使 ( X) , ( Y ) , ( Z )形成的三角形所包括的非真色尽量少，又要包括整个光谱轨迹。根据所选定的X Y Z三角形和颜色三维向量的推导， C I E - X Y Z 表示系中的三刺激值与C I E - R G B表示系中的三刺激值之间的关系如下:X =0 . 4
14、9 0 0 O R+0 . 3 1 0 0 0 G+0 . 2 0 0 0 0 BY=0 . 1 7 6 9 7 R+0 . 8 1 2 4 O G+0 . 0 1 0 6 3 B ( 2 - 5 )Z=0 . 0 0 0 0 0 R + 0 . 0 1 0 0 0 G+0 . 9 9 0 0 0 B光谱色三刺激值也存在式2 .2 .4的关系，所以对波长A 的光谱 色， 色坐标x 林) ，Y 以) ，z 怀) 与r 林) ，g 以) .b 份) 之If b i 的关系式为:0 .4 9 0 0 0 r ( A ) + 0 .3 1 0 0 0 9 ( A ) + 0 .2 0 0 0 0 b
15、( A )0 . 6 6 6 9 7 r ( A ) + 1 . 1 3 2 4 0 g ( A ) + 1 .2 0 0 6 3 6 ( A ) = 0 . 1 7 6 9 7 r ( A ) + 0 .8 1 2 4 0 g ( A ) + 0 .里 0 6 3 6 ( 且0 .6 6 6 9 7 r ( A ) + 1 . 1 3 2 4 0 g ( A ) + 1 .2 0 0 6 3 6 ( A )0 .0 0 0 0 0 r ( A ) + 0 .0 1 0 0 0 g ( A ) + 0 .9 9 0 0 0 b ( A )0 . 6 6 6 9 7 r ( A ) + 1 .
16、1 3 2 4 0 g ( A ) + 1 . 2 0 0 6 3 b ( A )( 2 - 6)之之几 XyZ由 ( 2 - 6 )式可求出光谱色在C I E - X Y Z表色系色品图中的各色 品点， 将各点 连接即 成为C I E 1 9 3 1 ( x , y ) 色品图的光 谱轨迹。如图2 - 3 所示，其光谱轨迹的色品坐标见表2 - 1 所示。吉林大学硕J学位论文表2 - 1 C I E 1 9 3 1 色品图光谱轨迹色品坐标8xt K i.lun 1: ( 入 )波 长入x ( 天 )以) Jz ( k )一0 .174 10 .1738: : : : : : : : :翌5805904 0 041 04 2 04 3 1 144 00 1 7 3 3( )1 7 2 60 . I 7 1 40 . 1 6 8 90 . 1 6 4 40 . 0 0 4 80 . 0 0 4 80 . 0 0 510 . 0 0 6 90 . 01 0 90 . 8 2 1 90
