色彩管理与应用项目五+光源颜色特性的评价

1、色彩原理与应用项目五 光源颜色特性的评价 项目五 光源颜色特性的评价 教学目标 能力目标 了解光源的光度参数和色度参数； 了解标准光源的基本特征。 具有计算光源物理参数的测量和计算； 具有测量光源光照度、光亮度的基本能力，具有评价光源 照明均匀性的能力； 具有测量光源显色指数的能力和正确评价光源颜色特性的 能力； 根据观察和测量内容，具有合理选择照明条件、观察条件 的能力。 知识目标 掌握光源物理量的基本概念和颜色特性； 掌握光源的光通量、发光强度、光照度和光亮度的计算； 掌握光源的颜色温度、显色指数概念和光源颜色特性的评 价内容； 掌握印刷行业对照明条件、观察条件等方面的内容和要求。 色彩原

2、理与应用项目五 光源颜色特性的评价 任务1 光源的物理参数测量 一、光源的物理参数 光源的光线（辐射能）照射在物体（非发光体）上，经过物 体吸收、反射或透射而产生色彩。 非发光体的颜色主要由其透过或反射的光谱成分决定。 1辐射能量 光源所辐射的能量称为辐射能，单位是J （焦耳）。 2. 辐射通量 光源在单位时间内通过某一面积发射、传递或接收的辐射能 量称为辐射通量，以e（l）表示，单位为W。 辐射通量e（l）表示光源元面积在单位时间内传送出的客 观能量的多少。 一、光源的物理参数 3光通量 光源在单位时间内在给出表面上流出可见光能的大小称为光通量，以v （l）表示，单位为流明（lm）。 光通量

3、与辐射通量之间的关系为： V (l) KV(l)e(l) V（l）为光谱光效率函数，就是辐射能转化为人眼可见光的程度 K为辐射能光当量，K683 lm/W 1W555nm辐射通量的单色辐射等于683 lm的辐射通量 1 lm 555nm单色光的光通量相当于0.00146W辐射通量 光通量可以理解为光谱不同波长辐射能对人眼产生光亮感觉作用的数量 特征的度量。在人眼可以感觉到的光谱能量部分 人眼对各种波长的感受性作用，各个波段所产生的光感觉程度也不同 一、光源的物理参数 4. 发光强度 在某一方向上单位立体角d内发出的光通量称为点光 源在该方向的发光强度，符号为I。 数学表达式为：I 如果点光源为

4、各向同性即发光强度各方向相同，则可以 用有限立体角代替小立体角d ，即I=/。 发光强度的单位是坎德拉(cd)，在101325 Pa压力下，处 于铂凝固温度(2045K)的绝对黑体1/60cm2表面垂直方向 上的发光强度定作1坎德拉(cd)。 发光强度为1cd的点光源在单位立体角内发出的光通量 为1lm。 d d 一、光源的物理参数 5面发光度 对于一定面积的发光体，它的几何尺寸与光源到被照 面距离相比。 小面积dS，在单位面积内所发出的光通量为面发光度 ，符号为M。 面发光度的单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 面发光度的数学表达式为 M 如果发光表面各点均匀发光，则： S M d d 一、

5、光源的物理参数 6. 光照度 （1）光照度 在被照明表面单位面积所接受的光通量称为光照度， 符号为E，单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 光照度的数学表达式为E 在均匀照明下则为 面发光度M与光照度E的区别是面发光度的光通量是受 照面上发出的光通量的反射量。 dS d S E 一、光源的物理参数 （2）距离平方反比定律 面积dS上的光照度E为： 点光源直接照射一微面积时，微面积 的光照度与点光源的发光强度I成正 比。 与点光源到微面积的距离r平方成反 比。 与微面积法线和照射光束方向的夹角 的余弦成正比。 垂直照射时（ 0），光照度最大； 掠射时（ 90），光照度为零。 2 cos r I d

6、S d E 一、光源的物理参数 7. 光亮度 光亮度表示发光表面不同位置和不同方向上的发光特性。 (1)光亮度 发光面积dS的面光源在给定的角方向上立体角d内发出 的光通量称为光亮度，符号为L。 数学表达式为： 光亮度的单位尼特（nt，cd/m2 ）或熙提（sb，cd/cm2）。 1sb 104 nt。 coscos dI L dsdds 一、光源的物理参数 (2) 朗伯定律 面积为S的均匀发光面，在某一方向的亮度为L，它在 这个方向的发光强度为I LS cos。 若面光源的亮度在各个方向上都相等，即亮度不依赖方 向角，L L 常数，即I0 LS。 则：I I0 cos 一个亮度在各方向都相等

7、的发光面， 在某一方向的发光强度为I，等于 这个面垂直方向上的发光强度I0乘 以方向角的余弦。这就是发光强度 的余弦定律，也称朗伯定律。 这样的发光面称朗伯发射面或朗伯 体，有时叫均匀漫射体或余弦发射 体、余弦发光面。 I0 I 二、光源照度的测量 以保障视觉工作要求和有利于工作效率与安全，节约能源和保护环境， 有必要对光源照明效果作出评价。 在国家2008年颁布的GBT 57002008 照明测量方法中，对室内外 照明场所的照明测量仪器、测量方法和测量内容作了具体的规定。 1. 照明测量仪器 测量光源照度大小的仪器一般采用照度计来计量。照度计可测出可见光 波段和紫外线波段等不同波长的强度，可

8、提供准确的测量结果。 照度计是一种测量人造光和自然光照强度的光学测试仪器，解决了连续 测量光照强度及自动记录的问题。 它是由光探测器、自动换档放大电路、曲线记录装置、数字打印装置和 瞬时数字显示装置组成。 照度计一般要求是体积小、重量轻，准确度高，具有色彩补偿和余弦补 偿功能。 二、光源照度的测量 2. 测量条件 在现场进行光照度测量时，白炽灯和卤钨灯累计 燃点时间在50小时以上，气体放电灯类光源累计 燃点时间在100小时以上。 测量在白炽灯和卤钨灯燃点在15分钟后，气体放 电灯类光源燃点在40分钟后进行，并宜在额定电 压下进行光照度测量。 二、光源照度的测量 3. 照度测量方法 （1）中心布

9、点法 在照度测量的区域一般 将测量区域划分成矩形 网格，网格宜正方形， 应在矩形网格中心点测 量照度。 受照区域的平均照度为 i E NM E 1 N，M 二、光源照度的测量 （2）四角布点法 在照度测量的区域一般 将测量区域划分成矩形 网格，网格宜正方形， 应在矩形网格4个角点上 测量照度。 受照区域的平均照度为 测点 )42( 4 1 0 EEE NM Eav 二、光源照度的测量 4. 照度标准 公共场所商场（店）的照度标准100lx； 图书馆、博物馆、美术馆、展览馆台面照度的标准 100lx。 办公室包括文书工作区为300lx，打字，绘图工作为 750lx； 在工厂，生产线上的视觉工作的

10、照度要求为1000lx； 酒店、公共房间为200lx；商店的橱窗为15002000lx ； 医院病房为150200lx，紧急治疗区为500lx； 学校、教室为400700lx；食堂、室内健身房为300lx 。 三、光源亮度的测量 亮度计用来测量光源发射出的可见光谱段能量。 亮度是具有方向性的，在测量时，必须要明确仪器 的测量角。 亮度测量时，可采用目视法，也可采用客观法。 色彩原理与应用项目五 光源颜色特性的评价 任务2 光源的色度特性 一、光源的光谱功率分布曲线 连续光谱：指光源所发射 的色光其波长覆盖了整个 可见光谱的范围。钨丝白 炽灯和日光即属于这一类 型。 线光谱：指光源所发射的 色光

11、其波长只在某个狭小 的范围内，如激光、低压 汞灯和低压纳灯即属于这 一类型。 连续光谱和线光谱的组合 ：这类光源所发射的光谱 是连续光谱和线光谱的组 合，普通日光灯也属于这 一类型。 二、光源的颜色温度 1. 黑体 黑体又称绝对黑体，是物理学上人为的假想出来的一种完全辐射 体，它能够全部吸收任何波长的辐射，是所有物体中吸收本领最 大的。 当黑体被加热到高温状态时，它的表面将产生辐射，其表面按单 位面积辐射的光谱功率大小及其分布取决于它的温度。 在同样的温度下，黑体比其他任何光源按单位面积能辐射更大的 功率。 当黑体被加热时，其表面将辐射出光，使加热的温度不断升高， 它的最大光谱辐射功率随着加热

12、温度的升高急剧上升，其相对光 谱功率分布的最大功率部位将向短波方向变化。 辐射体辐射光的光色按照红黄白蓝的顺序变化。 二、光源的颜色温度 不同温度下黑体辐射的相对功率分布曲线 黑体不同温度的色度轨迹 二、光源的颜色温度 2. 颜色温度 颜色温度：是用温度值表示光源颜色的一种物理量。光源与 黑体在某温度T时所辐射的色光颜色相一致时，黑体此时的 辐射温度值T被规定为该光源的颜色温度。 光源在色度空间里的色度点正好落在黑体轨迹上，此时的温 度也称为绝对色温。 相关色温：实际中许多其他的人工光源其计算出来的色度点 并不一定落在黑体轨迹上，而是在轨迹的附近。这时只能用 光源与黑体轨迹最近的颜色来确定该光

13、源的色温。 色温作为衡量光源颜色的一个重要指标，广泛的运用在与颜 色复制及与颜色相关的领域内。 三、标准光源 同一物体在不同光源或不同时相的日光照射下 ，其表面颜色是不同的。 测量物体表面的颜色，必须在一定的光源下进 行。 为了统一颜色测量的标准，CIE规定了色度学 的标准照明体和标准光源。 CIE推荐6种标准照明体A、B、C、D、E、F和 3种标准光源A、B、C。 三、标准光源 1. 标准照明体 标准照明体从光谱能量分布的立场来定义。 是指特定的光谱功率分布。这一光谱功率分布不是必 须由一个光源直接提供，也不一定只能用一个光源来 实现。 (nm)(nm) 300400500600700800

14、 140 120 100 80 60 40 20 00 100 200 400500600700 S ( )l S ( )l C B A A D50 D50 D65 D65 D75 D75 标准照明体A、B、C标准照明体D 三、标准光源 标准照明体A代表绝对黑体加热到2856 K时所辐射的光， 其色度点正好落在CIE1931色度图的黑体轨迹上。 标准照明体B代表相关色温大约为4874 K的直线阳光，它 的光色相当于中午的阳光，其色度点紧靠黑体轨迹。 标准照明体C代表相关色温为6774 K的平均日光，其色度 点在黑体轨迹的上方。 标准照明体D65相当于相关色温约为6504 K的日光，它的色 度点

15、在黑体轨迹的上方。 标准照明体D代表标准照明体D65以外的其他日光，如D50 ，色温为5003K。 标准照明体E，这是一种理论上的“等能”照明体，不代表 任何真实光源，多用于计算时使用。 标准照明体F，这是一每时列“荧光”照明体，代表了各种 常用的荧光灯的波长特性。名为F2、F3等，直到F12。 三、标准光源 2. 标准光源 光源是指具有能量辐射的实际发光体。 标准光源A：色温2856K的充气钨丝灯，推荐使用熔凝石英 或玻璃带石英窗口的充气钨丝灯。 标准光源B：A光源加一组特定的戴维斯吉伯逊液体滤光器 ，以产生相关色温4874K的辐射。 标准光源C：A光源另一组特定的戴维斯吉伯逊液体滤光器 ，

16、以产生相关色温6774K的辐射。 CIE标准照明体A、B、C、D65的色度值 ABCD65D50D55D75 X109.8599.0898.0795.0496.4296.6894.96 Y100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00 Z35.5885.32118.23108.8982.4992.14122.61 x0.44760.34840.31010.31270.34570.33240.2990 y0.40740.35160.31620.32900.35850.34740.3149 u0.25600.21370.20090.19780.20920.20

17、440.1978 v0.34950.32340.30730.31220.48810.48070.2485 x100.45120.34980.31040.3138 y100.40590.35270.31910.3310 u10025900.21420.20000.1979 v100.34950.32390.30840.3130 三、标准光源 CIE规定的标准照明体D也叫做典型日光或重组日光。 CIE推荐用D50（5004K）、D55（5503K）、D65（6504K）、D75（ 7504K）的相对光谱功率分布作为代表日光的标准照明体。CIE还建 议在可能情况下尽量应用D65代表日光，在不能应用D

18、65时尽量应用 D50、D55和D75，以便促进色度学的标准化。 在许多现代工业部门中，精细的辨色工作要求照明光源具有近似真实 日光的光谱功率分布。这种光源包括近紫外辐射和可见辐射。 荧光材料的部分可见光谱色必须通过紫外辐射的激发才能呈现出来， 而CIE标准光源B和C都缺少光谱紫色和紫外成分。 模拟某一种标准照明体的人工光源，实质上就是复制出该照明体的相 对光谱功率分布。 四、光源的显色性 1. 光源的显色性 照明光源不仅要求光效高、发光强度大，而且应具有良好 的颜色。 光源的颜色有两方面含义：一是人眼直接观察光源时所看 到的光源颜色，称为光源的色表；二指光源照射到物体上 ，反射回来或透过去再

19、显示颜色的能力，称为光源的显色 性。 光源的色温决定于光源的光谱。光源的色温低，光源发出 的长波部分丰富，偏红色。反之，光源的色温高，短波部 分比例大一些，偏青蓝色。 四、光源的显色性 2. 显色指数 把日光作为最理想的光源，将人工光源与之相比较，显示同 色能力的强弱称为该人工光源的显色性。对显色性给予定量 评价的指标称为显色指数。 光源的显色性还可用显色性指数来衡量，它可以用来检验物 体在待测光源下所显示的颜色与在标准光源下所显示的颜色 相符合的程度。 我国国家标准“光源显色性评价方法GB570285”中规定用普 朗克辐射体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于 5000K）做标准光源。

20、 显色性指数最高为100，以Ra表示。 Ra值为10075时，为显色性优良；Ra值为7550时，显色 性一般；Ra为50以下时，显色性差。 四、光源的显色性 光 源 名 称 CIE 色 品 坐 标 相关色 温（K） 一般显色 指数(Ra) xyuv 白炽灯（500W）0.4470.4080.2550.350290095100 碘钨灯（500W）0.4580.4110.2610.351270095100 溴钨灯（500W）0.4090.3940.2370.342340095100 荧光灯（白光色40W）0.3100.3390.1920.31566007080 外镇高压汞灯（400W） 0.344

21、0.4120.1840.34055007080 内镇高压汞灯（450W） 0.3780.4340.2030.34944003040 镝灯（1000W）0.3690.3670.2220.33043008595 高压钠灯（400W）0.5160.3890.3110.35219002025 常用光源的一般显色指数 四、光源的显色性 3. 光源显色指数的测量 1964年，CIE制定了一种光源显色性的评价方法，1974 年经修订正式向世界各国推荐。 1984年，我国采用了CIE推荐的光源显色性的评价方法 ，又考虑到我国人肤色的特征。 1986年正式实施我国的光显色性评价方法。 四、光源的显色性 定标：当

22、待测光源k色温低于5000K时用黑体作为参照光源 ；当待测光源色温高于5000K时，以组合日光（照明体D ）作为参照光源。参照光源的色温应与待测光源的色温相 同或基本接近，并规定参照光源的显色指数为100。 测量物体：选定15块试验色样，其中前8块色样几乎包括 了所有的孟赛尔颜色空间的色相，有相同的明度指数；后 6块色相选取一些具有特点的物体色。 转换：再将CIE 1931色度坐标x，y变换为CIE 1960均匀色 度坐标u，v： 修正：由于待测光源k和所选用的参照光源r的色度不一定 完全相同，而使视觉在不同照明条件下将受到颜色适应的 影响。 计算色差：为了计算色差，将上述色度值变换为CIE1

23、964 均匀颜色空间坐标。 四、光源的显色性 用字母R表示显色指数，Ri则表示第i个色样的显色指数（i 115），Ri称为特殊显色指数，即特殊显色指数Ri是光源对 某一选定的标准颜色样品的显色指数。 Ri100 4.6Ei 计算结果取其整数。取i 18 个特殊显色指数，求其算术 平均值，称为一般显色指数Ra ，即一般显色指数Ra是光源对 CIE规定的8种颜色的特殊显色指数的平均值： 8 1i i 8 1 RRa 五、印刷行业的标准照明条件 1. 照度光源 用于观察反射样品所采用的参照照明体为CIE标准照明体 D65的模拟光源； 观察透射样品所采用的参照照明体为CIE标准照明体D50的 模拟光源； 照明光源必须是高显色性光源，显色指数Ra都必须在90以 上，特殊显色指数Ri应不小于80。 五、印刷行业的标准照明条件 2. 照度条件 （1）反射样品照明条件 在观察面上应形成均匀的漫射光照明，观察面不应有照度 突变，照度的均匀度应大于80，即光线在观察面上不能 有照射点和阴影，各点照度的差别小于20。 在观察面上形成的照度应在500lx1500lx范围，视被观察 样品的明暗程度和精细程度决定。 如要将反射样品与显示器上显示图像进行比较时，则应该 将显示器的色温和亮度与照明光源的色温和样品的照明亮 度调整到一致。 符合这样要求的照明灯具可以使用24根