《光度学与色度学基础课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光度学与色度学基础课件（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光度学与光度学与色度学基础色度学基础光度学与色度学基础提提纲一、一、视觉与光与光1.1.辐射波射波谱及光及光辐射射2.2.眼睛的眼睛的结构及构及视觉机理机理3.3.临界界闪烁频率率4.4.二、光度学二、光度学1.1.光通量和光通量和发光光强度度2.2.照度及距离平方反比定律照度及距离平方反比定律3.3.亮度及朗伯定律亮度及朗伯定律4.4.三、色度学三、色度学1.1.颜色的基本特性及色的基本特性及颜色混合色混合2.2.色色觉理理论3.3.人眼人眼对颜色的辨色的辨别能力和彩色能力和彩色视野野4.4.色度色度图5.5.5.5.色度学在彩色色度学在彩色电视方面的方面的应用用光度学与色度学基础一一、视觉
2、与光视觉与光1. 辐射波谱及光辐射辐射波谱及光辐射以以电磁波形式或粒子磁波形式或粒子( (光子光子) )形式形式传播的能量，它播的能量，它们可用可用光学元件反射、成像或色散，光学元件反射、成像或色散，这种能量及其种能量及其传播播过程被称程被称为光光辐射。射。光度学与色度学基础可可见光光可可见光是波光是波长在在380380 760760nm范范围内的光内的光辐射，也就射，也就是人是人视觉能感受到能感受到“光亮光亮”的的电磁磁辐射。可射。可见光的波光的波长不不同，引起人眼的同，引起人眼的颜色感色感觉就不同。就不同。 红色色760760 620620nm， 橙橙色色620620 590590nm，
3、黄黄色色590590 560560nm， 黄黄绿色色560560 530530nm， 绿色色530530 500500nm， 青青色色500500 470470nm， 蓝色色470470 430430nm， 紫紫色色430430 380380nm。 光度学与色度学基础紫外紫外辐射射紫外紫外辐射的波射的波长范范围是是400400 1010nm。通常将其通常将其分分为三部分：近紫外、三部分：近紫外、远紫外和极紫外和极远紫外紫外(真空紫外真空紫外辐射射)。红外外辐射射红外外辐射的波射的波长范范围位于位于0.76 1000 m。通通常分常分为近近红外、中外、中红外和外和远红外。外。光度学与色度学基础2
4、. 2. 眼睛的结构及视觉机理眼睛的结构及视觉机理眼睛和脑的关系眼睛和脑的关系光光线进入眼睛入眼睛后后产生的知生的知觉称称为视觉。它包括。它包括对视场内物体的明暗、内物体的明暗、形状、形状、颜色、运色、运动以及以及远近等知近等知觉。 视网膜上的影像视网膜上的影像视神经纤维视神经纤维完整的视觉完整的视觉光度学与色度学基础眼球的眼球的组成成: 外外层前部前部1/61/6称称为角膜，后角膜，后部部5/65/6称称为巩膜。巩膜。中中层由前向后分由前向后分为三部分，三部分，即虹膜、睫状体和脉即虹膜、睫状体和脉络膜。膜。内内层为视网膜。网膜。眼球内部主要有晶状体和眼球内部主要有晶状体和玻璃体。玻璃体。整个
5、眼球主要可分整个眼球主要可分为屈屈光系光系统和感光系和感光系统两个部分。两个部分。光度学与色度学基础（1 1）屈光系统）屈光系统将不同将不同远近的物体清晰地成像近的物体清晰地成像在在视网膜上。网膜上。角膜。一种角膜。一种弹性透明性透明组织。房水。提供角膜和晶状体等房水。提供角膜和晶状体等血管血管组织的新的新陈代代谢和和维持眼内持眼内压。晶状体。双凸形晶状体。双凸形弹性透明体。性透明体。睫状肌的收睫状肌的收缩可改可改变晶状体的屈光晶状体的屈光力。力。玻璃体。一种透明的半流体。玻璃体。一种透明的半流体。光度学与色度学基础(2)(2)感光系感光系统视网膜主要由三网膜主要由三层细胞构成。胞构成。视细胞
6、胞层锥体体细胞：胞：具有精具有精细的的分辨能力，能很好地分分辨能力，能很好地分辨辨颜色色,但感光灵敏度但感光灵敏度低；低；杆体杆体细胞：胞：感光灵敏度感光灵敏度高，但分辨高，但分辨细节的能力的能力低低,不能分辨不能分辨颜色。色。 光光 线线视网膜的网膜的结构略构略图视网膜视网膜视神经视神经双极细胞双极细胞锥体细锥体细胞和杆胞和杆体细胞体细胞光度学与色度学基础第二第二层为双极双极细胞胞层-每一个每一个锥体体细胞都与一个双极胞都与一个双极细胞胞联结。在光亮条件。在光亮条件下，每一下，每一锥体体细胞作胞作为一个一个单元，能元，能够精精细地分辨外界地分辨外界对象的象的细节。-几个杆体几个杆体细胞只胞只
7、联结一个双极一个双极细胞，因此在黑暗条件胞，因此在黑暗条件下通下通过几个杆体几个杆体细胞胞对外界微弱刺激起外界微弱刺激起总和作用，能得到和作用，能得到高的感光灵敏度。高的感光灵敏度。最内最内层主要含有神主要含有神经节细胞，它与胞，它与视神神经相相联结，视神神经穿穿过眼球后壁眼球后壁进入入脑内的内的视觉中枢。中枢。光度学与色度学基础盲点盲点在距中央凹在距中央凹约4 4mm的鼻的鼻侧处，没有没有视细胞。胞。 黄斑黄斑 位于位于视网膜中央部位，有一网膜中央部位，有一个呈黄色的个呈黄色的锥体体细胞密集区。胞密集区。 黄斑中央有一凹黄斑中央有一凹窝，称，称为中中央凹，是央凹，是视觉最敏最敏锐的地方，的地
8、方，锥体体细胞的密度在中央凹胞的密度在中央凹处最大。最大。 由中央凹向外由中央凹向外锥体体细胞急胞急剧减少，而杆体减少，而杆体细胞逐胞逐渐增多。在增多。在离中央凹离中央凹20的地方，杆体的地方，杆体细胞胞的数量最大。的数量最大。光度学与色度学基础(1)(1)明明视觉在光亮在光亮(几个几个cd/m2以上以上)条件下，人眼的条件下，人眼的锥体体细胞起作用。胞起作用。明明视觉条件下，条件下，锥体体细胞能分辨物体的胞能分辨物体的细节，很好地区，很好地区分不同分不同颜色。色。 (2)(2)暗暗视觉在暗条件下，亮度在暗条件下，亮度约在百分之几在百分之几cd/m2以下以下时，人眼的杆，人眼的杆体体细胞起作用
9、。胞起作用。在暗在暗视觉条件下，杆体条件下，杆体细胞能感受微光的刺激，但不能胞能感受微光的刺激，但不能分辨分辨颜色和色和细节。明视觉和暗视觉：明视觉和暗视觉：光度学与色度学基础光光谱光光视效率：效率：眼睛的灵敏度与波眼睛的灵敏度与波长的依的依赖关系，称关系，称为光光谱光光视效率。效率。 V( )峰峰值位置：位置：55555 nm；V( )峰峰值位置：位置：5 507 nm。光谱光视效率曲线光谱光视效率曲线光光谱谱光光视视效效率率波长（波长（nm）光度学与色度学基础Km683 lm/W ，它表示在人眼它表示在人眼视觉系系统最敏感的最敏感的波波长(555(555nm)上，每瓦光功率相上，每瓦光功率
10、相应的流明数；的流明数； Km1725 lm/W；V（ ）明明视觉光光视效率；效率；V( )暗暗视觉光光谱光光视效率。效率。光通量与光通量与辐通量的关系式通量的关系式为光度学与色度学基础视敏度和细节视觉：视敏度和细节视觉： 视敏度是指分辨物体精细形状的能视敏度是指分辨物体精细形状的能力。若用力。若用V V表示视敏度，则可用视角表示视敏度，则可用视角 的倒数来表示的倒数来表示视敏度，即：视敏度，即： 通常取可辨视角为通常取可辨视角为1 1时的视力为正常视敏度，这时在视网膜上的时的视力为正常视敏度，这时在视网膜上的像高为像高为4 4 m m。对视敏度影响的因素：对视敏度影响的因素： 距离、物体亮度
11、、视网膜上的成像位置、物体的对比度等。距离、物体亮度、视网膜上的成像位置、物体的对比度等。由得光度学与色度学基础3.临界闪烁频率临界闪烁频率 当人眼接受光刺激后，不但有延当人眼接受光刺激后，不但有延时效效应，而且有，而且有暂留留现象。象。在眼睛接受光脉冲刺激之后，大在眼睛接受光脉冲刺激之后，大约要要过百分之一秒，才达到百分之一秒，才达到响响应的最大的最大值。其残留。其残留时间大大约为0.1秒。秒。闪烁消失消失时对应的的频率称率称为临界界闪烁频率。率。临界界频率的影响因素：率的影响因素：（1）光信号）光信号强弱，弱，n=alogL+b；（2）发光面光面积，n=clogA+d；（3）视网膜的部位；
12、网膜的部位；（4）光的）光的颜色；色；（5）背景光）背景光。 光度学与色度学基础塔塔尔波特波特( (Talbot)定律：定律：当周期光信号的当周期光信号的频率高于率高于临界界频率率时，眼睛，眼睛对这种周期种周期变化化光的感光的感觉就象一个恒定光一就象一个恒定光一样，其，其视亮度亮度为L(t)：周期：周期变化光的化光的实际亮度；亮度；T：周期。：周期。扇形衰减器扇形衰减器的透扇形衰减器的透过率：率：光度学与色度学基础二、光度学二、光度学1.光通量和发光强度光通量和发光强度 光通量是指能光通量是指能够被人的被人的视觉系系统所感受到的那部分光所感受到的那部分光辐射功率的大小的量度。射功率的大小的量度
13、。单位是位是lm(流明流明) )。它表示用它表示用标准眼来准眼来评价的光价的光辐射通量，可用下式求出：射通量，可用下式求出： e, 光光辐射功率的光射功率的光谱密集度，即在密集度，即在单位波位波长间隔内，隔内，光的光的实际功率。功率。Km最大光最大光谱光效能，光效能，Km683 lm/W 。例如：一只例如：一只4040W的的钨丝灯泡灯泡输出的光通量出的光通量为468468lm；一只一只4040W的日光灯的日光灯输出的光通量出的光通量为21002100lm。光度学与色度学基础发光效率：光效率：指消耗指消耗单位位电功率所功率所产生的光通量，生的光通量，单位位为lm/W。它可表示它可表示为： 如：白
14、如：白炽灯泡的灯泡的发光效率光效率为3030lm/W；日光灯的日光灯的发光效率光效率为100100lm/W；彩色彩色显象管象管荧光粉白光粉白场的的发光效率光效率为3030lm/W。为了描述光源在某一指定方向上了描述光源在某一指定方向上发出光通量能力的大小。出光通量能力的大小。在指定方向上的一个很小的立体角元内所包含的光通量在指定方向上的一个很小的立体角元内所包含的光通量值，除，除以以这个立体角元，所得的商个立体角元，所得的商为光源在此方向上的光源在此方向上的发光光强度。度。发光光强度：度：光度学与色度学基础d: 立体角元，d: 立体角元所包合的光通量发光强度单位: cd(坎德拉)。发光强度与光
15、通量之间的另一个关系对于一个各向同性的点光源，它向空间所有方向发出的光强度均相等，且等于G cd，则它发出的总光通量为4G 1m。发光强度光度学与色度学基础2. 照度及距离平方反比定律照度及距离平方反比定律照度是指落到某一面元上的光通量与这个面元面积之商。也可以说：照度等于单元面积上的光通量。照度的单位叫勒克斯（lx），当1流明的光通量均匀地照射在1平方米的面积上时，这个面上的照度就等于lx，即1lx1lm/m2。（1）假定点光源的发光强度为I（cd），则它发出的总光通量等于4；而一个半径为R的球，总球面积为4R2。所以点光源距离R处所产生的照度E为光度学与色度学基础立体角元与面元的关系点P向
16、一个垂直面元dA所张的立体角d=dA/R2，可得：故可得由照度的定义可得（2）由照度定义推导距离平方反比定律：光度学与色度学基础被照平面的法线与光线成一角度的情况： L至P点的距离为R,由距离平方反比定律可知，在V面上的照度：由于V面上代表一定面积的AB投影在V面上时有CDABcos。所以平面V上的照度即光度学与色度学基础3.亮度及朗伯定律亮度及朗伯定律亮度表示每单位面积上的发光强度。亮度的单位为cd/m2。如果这个面的法线与观察方向所成的角度为时，上式将变为光度学与色度学基础由于故有这是亮度更通用表达式。亮度不仅可用来描述一个发光面，而且还可以用来描述光路中的任意一个截面。如果有一个面积为A
17、的均匀发光面，它在某一方向上的亮度为L，则它在这个方向上的发光强度I应为朗伯定律朗伯定律光度学与色度学基础：发光面的法线与所指定的方向的夹角。假若这个面光源的亮度在各个方向上都相等，即亮度不依赖于方向角，则现定义I0为这个面光源法线方向上的发光强度，即I0LA。上式变为朗伯面的光朗伯面的光强分布曲分布曲线朗伯定律：一个亮度在各个方向上都相等的发光面，在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度乘以方向角的余弦。光度学与色度学基础一个朗伯发射面，它向空间两个任意1和2之间所发出的光通量：对于半球体应取1=0，2=90，可得一个朗伯发射面发出的总光通量等于它的垂直发光强度乘立体角。若朗伯发
18、射面的面积为A，则因I0LA，可得光度学与色度学基础彩色PDP发光效率的计算光度学光度学应用用举例例作为一个发光体，彩色PDP的发光效率为其辐射的可见光通量与显示板产生该光通量所消耗的电功率P之比，用数学表达式表示： 或（2）（1）（1）光通量的计算彩色PDP是平板显示，它的发光是面发光，在其视角范围内可认为是均匀发光物体，在视角范围内各个方向上的亮度可近似相等。光度学与色度学基础光度学与色度学基础彩色PDP视角彩色PDP发光可看成是朗伯体发光，遵守朗伯定律。亮度表示每单位面积上的光强即:如果发光面的法线与观察方向所成的角度为时，上式将变为（3）（4）光度学与色度学基础在视角范围内，彩色PDP
19、这个面光源在各个方向上亮度都相等，亮度不依赖于方向角，即L=L可得dI=dI0cos。又定义dI0为面光源法线方向上的发光强度即下面求有效发光面积为S，亮度为L，视角为v v的全部光通量。立体角定义为（5）（6）光度学与色度学基础从彩色从彩色PDP有效有效显示区示区辐射出的可射出的可见光光总通量通量为由于彩色由于彩色PDP在在- -9090范范围内内发光，故光，故可可简化化为: :=LS，则彩色彩色PDP光效光效为（7）（8）光度学与色度学基础举例：例：某某对角角线长为4242英寸的彩色英寸的彩色PDP，像素数量，像素数量为：852(852(RGB)480，节距是距是(1.081.08)(1.
20、081.08)mm，全板点亮全板点亮时功耗功耗为300300W，平均面亮度平均面亮度L是：是：400cd/m2。则该PDP的有效的有效发光光面面积S为：(1.081.0885248010(1.081.0885248010-6-6) )m2，即即0.4770.477m2，则光度学与色度学基础1.颜色的基本特性及色的基本特性及颜色混合色混合三三、色度学色度学颜色的基本特性色的基本特性 颜色可分色可分为彩色和非彩色两彩色和非彩色两类。非彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰色非彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列，成的系列，称称为白黑系列。白黑系列。对发光物体来光物体来说，白黑的，白黑的变化相
21、当于白光的亮度化相当于白光的亮度变化，亮化，亮度高度高时人眼感到是白色，亮度很低人眼感到是白色，亮度很低时感到是灰色，无光感到是灰色，无光时是黑是黑色。非彩色只有明亮度的差异。色。非彩色只有明亮度的差异。光度学与色度学基础彩色特性：彩色特性：明度明度、色色调、饱和度和度。明度：人眼明度：人眼对物体的明暗感物体的明暗感觉。发光物体的亮度越高，光物体的亮度越高，则明度越高；非明度越高；非发光物体反射比越高，明度越高。光物体反射比越高，明度越高。色色调：彩色彼此相互区分的特性。：彩色彼此相互区分的特性。不同波不同波长的的单色光具有不同的色色光具有不同的色调。发光物体的色光物体的色调决定于它的光决定于
22、它的光辐射的光射的光谱组成。非成。非发光物体的色光物体的色调决定于照明光决定于照明光源的光源的光谱组成和物体本身的光成和物体本身的光谱反射反射( (透射透射) )的特性。的特性。饱和度：是指彩色的和度：是指彩色的纯洁性。可性。可见光光谱中的各种中的各种单色光是最色光是最饱和的彩色。和的彩色。物体色的物体色的饱和度决定于物体反射和度决定于物体反射( (透射透射) )特性。如果物体反射光的光特性。如果物体反射光的光谱带很窄，很窄，它的它的饱和度就高。和度就高。颜色立体颜色立体光度学与色度学基础加法混色加法混色（1）同时混色色调决定于波长，每一种波长都产生一定的色调，但是每一种色调并不是和一种特定的
23、波长有联系。对于光谱中的每一种色光，都可以找出另一种按一定比例与它混合得到一种白色的光，这一对色光成为补色。如红光青光白光绿光品红光白光蓝光黄光白光如果混合的色光不是补色，便产生介于它们两者之间的中间色，如红色+绿色=黄色蓝色+绿色=青色光谱中的色光混合是一种加色法。全部光色都可以由红、绿、蓝三基色以适当的比例混合得到。光度学与色度学基础（2）继时加色法将两种以上的颜色刺激以4050Hz以上的频率交替作用于视网膜，就形成混色刺激状态。（3）空间加色法红、绿、蓝三个发光点，当它们互相靠得很近，近到人眼不能分辨时，这三个发光点便在人眼中产生混色效应。减法混色减法混色减色法的三原色是黄、品红、青。加
24、法混色减法混色光度学与色度学基础2色觉理论色觉理论（1 1） 三色学三色学说假假设人眼人眼视网膜上有三种神网膜上有三种神经纤维，每种神，每种神经纤维的的兴奋都引起一种原色的感都引起一种原色的感觉。光作用于。光作用于视网膜上网膜上虽然能同然能同时引起三种引起三种纤维的的兴奋，但波，但波长不同，引起三种不同，引起三种纤维的的兴奋程度不同，人眼就程度不同，人眼就产生不同的生不同的颜色感色感觉。三种神经纤维的兴奋曲线红色色纤维绿色色纤维蓝色色纤维光度学与色度学基础a. 红、绿、蓝三原色可以混合出各种不同色彩颜色的混合规律。b. 人眼视网膜上含有三种不同类型的锥体细胞，这三种锥体细胞中分别含有三种不同的
25、视色素。这三种不同光谱敏感性的视色素的光谱吸收峰值分别约在440450nm， 530540nm，560570nm处。三色学三色学说的依据：的依据： 光度学与色度学基础c. 杆体细胞只有一种，它含有视紫红色素。曲线形状与人的暗视觉光谱光视效率曲线十分一致。光度学与色度学基础（2）“对立”颜色学说（四色学说）假设视网膜中有三对视素：白黑视素、红绿视素和黄蓝视素。这三对视素的代谢作用包括建设和破坏两种对立过程。光刺激破坏白黑视素，引起神经冲动产生白色感觉，无光刺激时白黑视素被重新建设起来，产生黑色感觉。三种视素的对立过程的组合产生各种颜色感觉和各种颜色混合现象。三对视素的代谢作用光度学与色度学基础（
26、3）阶段说颜色视觉过程可以分成几个阶段：A.在视网膜内有三种独立的锥体感色物质，它们有选择地吸收光谱不同波长的辐射，同时每一物质又可单独产生白和黑的反应。B.B. 在神经兴奋由锥体细胞向视觉中枢的传导过程中，这三种反应又重新组合，最后形成三对对立性的神经反应：红绿，黄蓝，白黑。光度学与色度学基础颜色匹配色匹配实验颜色匹配恒常律：两个相互匹配的颜色，尽管处在不同条件下，两个颜色仍始终保持匹配，即不管颜色周围环境的变化，或者人眼已经对其它色光适应后再来观察，视场中两种颜色始终保持匹配。颜色匹配实验方法光度学与色度学基础格拉斯曼定律格拉斯曼定律1)人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、色调、饱和度；
27、2)在由两个成分组成的混合色中，如果一个成份连续地变化，混合色的颜色也连续变化；3)颜色相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果；颜色代替律：如果AB，CD，则A+CB+D；如果AB，CD，则A-CB-D ；如果AB，则nAnB。4)混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度总和，称为亮度相加定律。光度学与色度学基础色适色适应：在亮度适应状态下视觉系统对视场中颜色变化也会产生适应的过程。人眼对某一色光适应后，观察另一物体的颜色时，不能立即获得客观的颜色印象，而带有原适应色光的补色成分，需经过一段时间适应后才会获得客观的颜色感觉。光度学与色度学基础颜色对比：颜色对比：
28、 在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。（1）明度对比）明度对比 当明暗不同的物体并置于视场中会感到明暗差异增强的现象称为明度当明暗不同的物体并置于视场中会感到明暗差异增强的现象称为明度对比。对比。（2）色调对比）色调对比 两种色调不同的物体并置于视场中，两种色调不同的物体并置于视场中， 每一种颜色的色调都向另一颜色的补色每一种颜色的色调都向另一颜色的补色方向变化，从而增强了两颜色色调的差方向变化，从而增强了两颜色色调的差异，这种现象称为色调对比。异，这种现象称为色调对比。（3）饱和度对比）饱和度对比 将两种饱和度不同的颜色并置
29、于视场中，会感觉到两饱和度的差异将两种饱和度不同的颜色并置于视场中，会感觉到两饱和度的差异增强，高饱和度的更高，而低饱和度的则更低，这种现象称为饱和度对比增强，高饱和度的更高，而低饱和度的则更低，这种现象称为饱和度对比。色调对比试验光度学与色度学基础颜色匹配色匹配实验中中选取三种取三种颜色，由它色，由它们相加混合能相加混合能产生任意生任意颜色，色，这三种三种颜色称色称为三原色三原色(参照色刺激参照色刺激)。与待与待测色达到色匹配色达到色匹配时所需要的三原色的数量，称所需要的三原色的数量，称为三刺激三刺激值。一种一种颜色与一色与一组R、G、B数数值相相对应，颜色感色感觉可以通可以通过三刺三刺激激
30、值来定量表示来定量表示。在色度学里，三刺激在色度学里，三刺激值的的单位位（R）、（）、（G）、（）、（B）选用色用色度学度学单位。它的确定方法是：位。它的确定方法是：选一特定白光一特定白光( (W)作作为标准准，在在颜色匹配色匹配实验选定的三原色光相加混合与此白光定的三原色光相加混合与此白光( (W)相匹配，达到相匹配，达到匹配匹配时，如，如测得所需要的三原色光的光通量得所需要的三原色光的光通量值( (R)为lR流明；流明；( (G)为lG流明；流明；( (B)为lB流明。流明。则将比将比值lR：lG：lB定定为三刺激三刺激值的相的相对亮度亮度单位，即色度学位，即色度学单位。位。4.4.色度色
31、度图光度学与色度学基础 匹配FC流明的(C)光，需要FR流明的(R)， FG流明的(G)和FB流明的(B)，颜色方程式为若用色度学单位来表示则方程为式中 CR+G+B光度学与色度学基础将各将各单色光的色光的辐射能量射能量值都保持都保持为相同来做相同来做颜色匹配色匹配实验，所得到的三刺激所得到的三刺激值称称为光光谱三刺激三刺激值，也就是匹配等能光，也就是匹配等能光谱色色的三原色的数量。用符号的三原色的数量。用符号， ， 表示。光表示。光谱三刺激三刺激值又称又称为颜色匹配函数，它的数色匹配函数，它的数值只决定于人眼的只决定于人眼的视觉特性。匹配特性。匹配过程用方程表示程用方程表示光光谱三刺激三刺激
32、值 任何任何颜色的光都可以看成是不同色的光都可以看成是不同单色光混合而色光混合而组成的，所以光成的，所以光谱三刺激三刺激值可作可作为颜色色度色色度计算的基算的基础。光度学与色度学基础任意光的三刺激值计算方法：将待测光的光谱分布函数()，按波长加权光谱三刺激值，得出每一波长的三刺激值，再进行积分，就得出该待测光的三刺激值光度学与色度学基础一个单位的颜色（C）的色品只决定于三原色的刺激值各自在R+G+B总量中的相对比例，此比值叫做色品坐标，用符号r、g、b表示。且r+g+b=1，则可得单位方程rg光度学与色度学基础CIE l931R G B系统系统CIE l931R G B系系统是建立在莱特和吉是
33、建立在莱特和吉尔德两德两项颜色匹色匹配配实验基基础上的。上的。莱特莱特颜色匹配色匹配实验三原色：三原色：650650nm(R)、 530nm(G)、 460nm(B)。视场范范围：22。三刺激三刺激值单位的位的规定：相等数量的定：相等数量的绿和和蓝原色匹配原色匹配494494nm的的蓝绿色，相等数量的色，相等数量的红和和绿原色匹配原色匹配582.5582.5nm的黄色，得出的黄色，得出它它们的相的相对亮度亮度单位位为lR：lG：lB。吉吉尔德德颜色匹配色匹配实验三原色：三原色：630630nm(R)、 542nm(G)、 460nm(B)。视场范范围：22。三刺激三刺激值单位的位的规定：以三原
34、色相加匹配定：以三原色相加匹配NPL白色光源的白色光源的条件下，条件下，认为三原色的刺激三原色的刺激值相等定出它相等定出它们的相的相对亮度亮度单位位为lR：lG：lB。 光度学与色度学基础经实验和和计算确定，匹配等能白光的算确定，匹配等能白光的( (R)，(G)，(B)三三原色原色单位的亮度比率位的亮度比率为1.0000:4.5907:1.0000:4.5907:0.06013，它，它们的的辐亮度比率亮度比率为72.0962:1.372.0962:1.3791:1.0000 光光谱三刺激三刺激值与光与光谱色色品坐色色品坐标的关系式的关系式为 CIE 1931RGB色度系色度系统三原色：三原色：
35、700700nm(R)、 546.1nm(G)、 435.8nm(B)。视场范范围：22。三刺激三刺激值单位的位的规定：以相等数量的三原色刺激定：以相等数量的三原色刺激值匹配等能白光，得出它匹配等能白光，得出它们的相的相对亮度亮度单位位为lR：lG：lB。光度学与色度学基础根据根据1931年年CIERGB系统标准观察者三刺激值绘出的色品图系统标准观察者三刺激值绘出的色品图光度学与色度学基础光谱三刺激值曲线图光谱三刺激值曲线图负值出出现的物理意的物理意义：当投射到半当投射到半视场的的某些光某些光谱色，用另一半色，用另一半视场的三原色来匹配的三原色来匹配时，不管三原色如何不管三原色如何调节都都不能
36、使两半不能使两半视场颜色达色达到到颜色匹配，只有在光色匹配，只有在光谱色的半色的半视场内加入适内加入适量的三原色之一才能达量的三原色之一才能达到到颜色匹配，加在光色匹配，加在光谱色半色半视场的原色就用的原色就用负值来表示。来表示。光光谱谱三三刺刺激激值值光度学与色度学基础在在CIE1931 RGB系系统的基的基础上改用三个假想上改用三个假想的原色的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系建立了一个新的色度系统。将它匹。将它匹配等能光配等能光谱的三刺激的三刺激值，定名，定名为“CIE l93l标淮色度淮色度观察者光察者光谱三刺激三刺激值”，简称称为CIE 1931标准色度准色度观察者察者”。这一系一系
37、统叫做叫做“CIE 1931标准色度系准色度系统” 。ClE1931标准色度系准色度系统光度学与色度学基础ClE1931标准色度系统标准色度系统 CIE1931标推色度系推色度系统是由是由RGB系系统推推导来的。三个假来的。三个假想原色的确定主要考想原色的确定主要考虑下面几个下面几个问题：规定定( (X)、(Z)两原色只代表色度，没有亮度，光度量只两原色只代表色度，没有亮度，光度量只与三刺激与三刺激值Y成比例。成比例。X Z线称称为无亮度无亮度线，它在，它在r-g色品色品图上的方程上的方程应满足零亮度足零亮度线的条件。的条件。(R)，(G)，(B)三原色的相三原色的相对亮度比是，亮度比是， l
38、R：lG：lB 1.0000:4.5907:1.0000:4.5907:0.06013 ，在色品在色品图上，某一上，某一颜色的色色的色品坐品坐标为r，g，b，则它的亮度方程可写成它的亮度方程可写成如果此如果此颜色在无亮度色在无亮度线上上则l(C)0，所以所以光度学与色度学基础代入代入b1rg，整理后得整理后得XZ线的方程的方程为在此系在此系统中光中光谱三刺激三刺激值全全为正正值。光光谱轨迹从迹从540540nm附近至附近至700700nm，在在RGB色品色品图上基上基本是一段直本是一段直线，用，用这段段线上上的两个的两个颜色相混合可以得到色相混合可以得到两色之两色之间的各种光的各种光谱色，新色
39、，新的的XYZ三角形的三角形的XY边应与与这段直段直线重合。重合。光光谱轨迹从迹从540540nm至至700700nm这段直段直线的方程的方程为（XY线方程）方程）1931年年CIERGB系统色品图系统色品图光度学与色度学基础YZ边取与光取与光谱轨迹波迹波长503503nm点相切的直点相切的直线，其方程，其方程为 求求XY，YZ，XZ三条交三条交线的交点，就能得到的交点，就能得到( (X)，(Y)，(Z)三原色点在三原色点在RGB系系统色品色品图中的坐中的坐标值它它们是是它们在xy图中的坐标应是光度学与色度学基础用相等数量的三原色刺激用相等数量的三原色刺激值匹配出等能白匹配出等能白E来定各原色
40、刺来定各原色刺激激值单位。等能白点在位。等能白点在r - g坐坐标系系统内内为 r0.3333, g0.3333在在x - y坐坐标系系统内内为 x0.3333, y0.3333 知道了三原色和等能白点在知道了三原色和等能白点在r g坐坐标系和系和x y坐坐标系系中的位置后，中的位置后，经过坐坐标转换，可求得，可求得XYZ系系统和和RGB系系统三刺激三刺激值之之间的的转换关系式关系式三刺激三刺激值单位的确定：位的确定：光度学与色度学基础同同样经过坐坐标转换，也可以找到它，也可以找到它们之之间的色品坐的色品坐标转换关系式关系式光度学与色度学基础CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线图标准
41、色度观察者光谱三刺激值曲线图由于在由于在XYZ选择原色原色时就考就考虑到只有到只有Y值既代表色品又代既代表色品又代表色度，而表色度，而X，Z只只代表色品，所以代表色品，所以函数曲函数曲线与明与明视觉光光谱光效率光效率V( )一致。一致。光度学与色度学基础CIE 1931 xy系统色品图系统色品图:(X)为红原色；原色；( (Y)为绿原色；原色；( (Z)为蓝原色。它原色。它们都落在都落在光光谱轨迹的外面，在迹的外面，在光光谱轨迹外面的所有迹外面的所有颜色都是物理上不能色都是物理上不能实现的。光的。光谱轨迹曲迹曲线以及以及连接光接光谱两端两端点的直点的直线所构成的所构成的马蹄形内包括了一切物蹄形
42、内包括了一切物理上能理上能实现的的颜色。色。光度学与色度学基础CIE 1931 x y 色品色品图上光上光谱轨迹的特点：迹的特点：靠近波靠近波长末端末端700700770770nm的光的光谱波段具有一个恒定的色品波段具有一个恒定的色品值，都是都是x0.7347，y0.2653，z0，所以在色品所以在色品图上只由一个点来上只由一个点来代表。代表。光光谱轨迹迹54054070700nm这一段是一条与一段是一条与XY边基本重合的直基本重合的直线。在。在这段光段光谱范范围内的任何光内的任何光谱色都可通色都可通过540540nm和和700700nm二种波二种波长的光以一定比例相加混合的光以一定比例相加混
43、合产生。生。 光度学与色度学基础 光光谱轨迹迹380380540540nm一段是曲一段是曲线，在，在此范此范围内的一内的一对光光谱色色的混合不能的混合不能产生二者之生二者之间位于光位于光谱轨迹上的迹上的颜色，而只能色，而只能产生光生光谱轨迹所包迹所包围面面积内的混合内的混合色。光色。光谱轨迹上的迹上的颜色色饱和度最高。和度最高。光度学与色度学基础连接色度点接色度点400400nm和和700700nm的直的直线称称为紫紫红轨迹。因迹。因为将将400400nm的的蓝色刺激与色刺激与700700nm的的红色刺激混合后会色刺激混合后会产生紫色。生紫色。 y0的直的直线( (XZ)与亮度没有关系，即与亮
44、度没有关系，即无亮度无亮度线。光度学与色度学基础颜色宽容度：颜色宽容度： 在色度图上，把人眼感在色度图上，把人眼感觉不出颜色变化的范围称为觉不出颜色变化的范围称为颜色宽容度。宽容度大小反颜色宽容度。宽容度大小反映出人眼的色品分辨力。映出人眼的色品分辨力。 在在CIE-1931xy色度图的色度图的不同位置上，颜色的宽容量不同位置上，颜色的宽容量不一样，如蓝色部分宽容量不一样，如蓝色部分宽容量最小，绿色部分最大。最小，绿色部分最大。CIE-1931xy色度图的缺点色度图的缺点光度学与色度学基础 1960年年CIE制定了均匀色度标尺图，简称制定了均匀色度标尺图，简称CIE1960UCS图。利图。利用
45、用CIE 图表示色差，在视觉上获得差别大致相等的不同颜色，在图表示色差，在视觉上获得差别大致相等的不同颜色，在空间上也大致相同。空间上也大致相同。 UCS图可由图可由CIE 1931色度图转换过来，其中色度图转换过来，其中x、y和和u、v之间之间的互换公式为：的互换公式为：均匀色标制均匀色标制 光度学与色度学基础CIE1960UCS颜色宽容量线段图光度学与色度学基础CIE 1960 UCS色度图光度学与色度学基础色温和相关色温色温和相关色温黑体（或普朗克黑体（或普朗克辐射体）射体） 在任何温度下将落在任何温度下将落到它表面上的任何波到它表面上的任何波长的的辐射全部吸收，也就射全部吸收，也就是它
46、的光是它的光谱吸收比恒等吸收比恒等于于1 1的物体。黑体的的物体。黑体的辐射射特性由普朗克公式来描特性由普朗克公式来描述述式中式中Me， 为光光谱辐射出度。射出度。黑体黑体辐射的相射的相对光光谱功率分布曲功率分布曲线光度学与色度学基础色温色温黑体黑体轨迹上的各点代迹上的各点代表不同温度的黑体的光表不同温度的黑体的光色，温度由接近色，温度由接近10001000K开开始升高始升高时，颜色由色由红向向蓝变化。因此人化。因此人们就用就用黑体黑体对应的温度表示它的温度表示它的的颜色。当某种光源的色。当某种光源的色品与某一温度下的黑色品与某一温度下的黑体色品相同体色品相同时，则将黑将黑体的温度称体的温度称
47、为此光源的此光源的色温。色温。光度学与色度学基础相关色温相关色温当某种光源的当某种光源的色品与某一温度下色品与某一温度下的黑体的色品最接的黑体的色品最接近，或者近，或者说在色品在色品图上相差距离最小上相差距离最小时，用，用该黑体的温黑体的温度表示此光源的色度表示此光源的色温称温称为相关色温。相关色温。光度学与色度学基础5. 色度学在彩色电视方面的应用色度学在彩色电视方面的应用白场的选择白场的选择人眼人眼对白色适白色适应的范的范围很很宽，从色温，从色温25002500K至至1010000K或更高色温范或更高色温范围内黑体内黑体发出的出的光，人眼都可光，人眼都可认为是白色的，都可以是白色的，都可以
48、选作作为白白场。在一般亮度下，人眼在色温。在一般亮度下，人眼在色温为6000K至至70007000K范范围内更容易内更容易获得白色感得白色感觉。光度学与色度学基础三基色的三基色的选择 在色品在色品图上，由三基色点上，由三基色点组成的三角形决定了它成的三角形决定了它们能合成的能合成的色彩的色域，在三角形内部的任色彩的色域，在三角形内部的任意一种色品都能用三基色混合意一种色品都能用三基色混合产生，三角形外的任何色品都不能生，三角形外的任何色品都不能由三基色混合得到。因此由三基色混合得到。因此为了得了得到色彩丰富的到色彩丰富的电视面面，彩色面面，彩色电视的三基色的三基色选择了了红、绿、蓝三三色，并希望它色，并希望它们越接近光越接近光谱轨迹迹越好，因越好，因为可以复可以复现出更多出更多饱和和度高的色彩。度高的色彩。光度学与色度学基础
