辐射度光度色度第十章(色度的测量)

1、辐射度、光度与色度辐射度、光度与色度及其测量及其测量廖宁放廖宁放颜色科学与工程国家专业实验室颜色科学与工程国家专业实验室第第10章章 色度的测量及其仪器色度的测量及其仪器 (8h)第第10章章 色度的测量及其仪器色度的测量及其仪器 10.2 CM-1000型电脑配色系统设计实例型电脑配色系统设计实例 10.3 色度计色度计10.1 分光测色仪器分光测色仪器10.4 光源颜色特性的测量光源颜色特性的测量10.6 白度的测量白度的测量10.5 荧光材料的颜色测量荧光材料的颜色测量 概述概述概概 述述 三刺激值测色三刺激值测色:p235概概 述述 仪器分类仪器分类分光测色仪分光测色仪色度计色度计X、

2、Y、Z，L、a、bX、Y、Z，L、a、b 颜色测量术语颜色测量术语光源色（自发光体）光源色（自发光体）物体色（反射体）物体色（反射体）透射体色透射体色光谱反射因数光谱反射因数 Spectral Reflective Factor光谱透射因数光谱透射因数 Spectral Transmissive Factor光谱透射比光谱透射比 Spectral Transmissive Ratio 颜色测量术语颜色测量术语 颜色测量术语颜色测量术语光谱反射比光谱反射比 , 符号：符号：（）， Spectral Reflective Ratio在波长为在波长为（nm）的光照射下，样品在的光照射下，样品在2范围

3、内的范围内的反射通量与入射通量之比反射通量与入射通量之比(积分球照明积分球照明0/0/d)d) 。光谱辐亮度因数光谱辐亮度因数, ,符号：符号：（ ）， Spectral radiance factor在波长为在波长为（nm）的光照射下，样品在给定方向的光照射下，样品在给定方向上，立体角接近上，立体角接近0时，探测的时，探测的 光谱反射因数光谱反射因数( (反射通量与入射通量之比反射通量与入射通量之比).).(0/45,45/0,d/0)(0/45,45/0,d/0) 10.1 分光测色仪器分光测色仪器 测量测量反射样品反射样品时，选用完时，选用完全反射漫射体全反射漫射体。虽然完。虽然完全反射

4、漫射体的反射比在各波长上均为全反射漫射体的反射比在各波长上均为1 1，是理想的，是理想的参照标准，但实际材料难以达到这样的特性，只能参照标准，但实际材料难以达到这样的特性，只能选择与它性质比较接近的材料作为工作标准选择与它性质比较接近的材料作为工作标准 测量测量透射样品透射样品时选用空气作为参照标准，空气时选用空气作为参照标准，空气是理想透射体，在整个可见光谱范围内透射比均近是理想透射体，在整个可见光谱范围内透射比均近似为似为1 1 液体样品液体样品则采用同样厚度的则采用同样厚度的溶剂溶剂作为标准作为标准 比较法测量与比较的标准比较法测量与比较的标准:p236:p236 10.1 分光测色仪器

5、分光测色仪器10.1.1 10.1.1 比较法测量与比较的标准比较法测量与比较的标准 10.1 分光测色仪器分光测色仪器 由于颜色视觉的复杂性，颜色测量条件必须标准化，仪由于颜色视觉的复杂性，颜色测量条件必须标准化，仪器间的测量结果才有可比性器间的测量结果才有可比性 (1)(1)标准照明体标准照明体: : 测量样品的测量样品的三刺激值三刺激值时时, ,照明光源选择照明光源选择标准标准照明体照明体, , 常用的标准照明体有常用的标准照明体有A A，C C，D D6565(2)(2)标准观察者标准观察者: : 测量样品的三刺激值时测量样品的三刺激值时, , 要选用要选用标准观察标准观察者，者，小视

6、场小视场(1(1 4 4 ) )选用选用CIE1931CIE1931标准色度观察者，大视场标准色度观察者，大视场(10(10 ) )时选取用时选取用CIE1964CIE1964标准补充色度观察者标准补充色度观察者颜色测量的标准化颜色测量的标准化:p227:p22710.1 分光测色仪器分光测色仪器(3) (3) 标准照明观察条件标准照明观察条件: :p237p237 颜色测量时，光源照明和控制器收集光能的颜色测量时，光源照明和控制器收集光能的几何条件几何条件很重要，几很重要，几何条件不一致会造成测量结果的差异。为统一测量结果何条件不一致会造成测量结果的差异。为统一测量结果, , CIECIE规

7、定规定了统一的几何条件。了统一的几何条件。 在在透射样品透射样品测量中，一般采用对样品表面测量中，一般采用对样品表面垂直方向垂直方向照明，照明，颜色颜色测量术语测量术语探测。照明光束的光轴与样品表面法线的探测。照明光束的光轴与样品表面法线的夹角不超过夹角不超过5 5，照明光束中任一光线与光轴的夹角不应超过照明光束中任一光线与光轴的夹角不应超过5 5，此几何条件不适，此几何条件不适合于漫透射物体。合于漫透射物体。 在在反射样品反射样品( (不透明物体不透明物体) )测量中，测量中，CIE1931CIE1931年正式推荐年正式推荐四种四种测测色的标准照明和观察条件。色的标准照明和观察条件。10.1

8、.2 10.1.2 颜色测量的标准化颜色测量的标准化10.1 分光测色仪器分光测色仪器测量透射样品测量透射样品10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.2 10.1.2 颜色测量的标准化颜色测量的标准化:p237:p237标准照明观察条件标准照明观察条件101010.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.2 10.1.2 颜色测量的标准化颜色测量的标准化:p237:p237标准照明观察条件标准照明观察条件1010101010.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.2 10.1.2 颜色测量的标准化颜色测量的标准化 根据根据CIECIE规定规定:p238 在在0/450/45，45/04

9、5/0，d/0d/0三种条件下测得的光三种条件下测得的光谱反射因数称为谱反射因数称为光谱辐亮度因数光谱辐亮度因数，分别记为，分别记为 0/450/45, , 45/045/0, , d/0d/0 在在0/0/d d条件下测得的光谱反射因数称为条件下测得的光谱反射因数称为光谱光谱反射比反射比 0 010.1 分光测色仪器分光测色仪器 为了实现比较法测量，可以有两种安排为了实现比较法测量，可以有两种安排:p236 单光路单光路: 仪器只有一条光路，将参照物和样品依次放在光路仪器只有一条光路，将参照物和样品依次放在光路中进行测量。其优点是能严格保持参照物和样品在完全相同的中进行测量。其优点是能严格保

10、持参照物和样品在完全相同的光路中进行测量，但缺点较多，因此很少采用。光路中进行测量，但缺点较多，因此很少采用。 双光束法双光束法: 将单色光分成两束光，一束通过参照物，另一束将单色光分成两束光，一束通过参照物，另一束通过样品。双光束系统最基本的要求是保持两光路对称，光学通过样品。双光束系统最基本的要求是保持两光路对称，光学特性一致。在微机控制的仪器中，也可用数值方法校正光学特特性一致。在微机控制的仪器中，也可用数值方法校正光学特性的不一致性。性的不一致性。(两套单色仪、传感器等两套单色仪、传感器等)10.1.1 10.1.1 比较法测量与比较的标准比较法测量与比较的标准10.1 分光测色仪器分

11、光测色仪器 单光路单光路: 双光束法双光束法:10.1 分光测色仪器分光测色仪器 分光光度计测量光谱透射比或光谱反射比都采用比较法分光光度计测量光谱透射比或光谱反射比都采用比较法，通过定量地比较某些已知光谱特性的，通过定量地比较某些已知光谱特性的“标准标准”(”(参照物参照物) )和和样品在同一波长上透射或反射的单色辐射功率，测出样品的样品在同一波长上透射或反射的单色辐射功率，测出样品的光谱透射比或光谱辐亮度因数光谱透射比或光谱辐亮度因数10.1.1 10.1.1 比较法测量与比较的标准比较法测量与比较的标准 10.1 分光测色仪器分光测色仪器10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光

12、测色仪器的组成 ：P239P239第第10章章 分光光度计是颜色测量中最基本的仪器，其不直接分光光度计是颜色测量中最基本的仪器，其不直接测量颜色，而是测量样品的反射特性和透射特性，经过测量颜色，而是测量样品的反射特性和透射特性，经过计算求得样品颜色的三刺激值。计算求得样品颜色的三刺激值。 分光光度计一般由分光光度计一般由照明光源、单色器、光度计量部分照明光源、单色器、光度计量部分、输出装置等组成、输出装置等组成10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成 第第10章章10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色

13、仪器的组成分光测色仪器的组成 第第10章章10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成 第第10章章10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成 第第10章章10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成 第第10章章10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成:p239第第10章章 分光测色仪器中光源的光谱分布不是关键因素，分光测色仪器中光源的光谱分布不是关键因素，但光源必

14、须在仪器的整个波长范围内发出但光源必须在仪器的整个波长范围内发出连续的光连续的光辐射辐射，且在，且在每一波长上都应有足够能量，每一波长上都应有足够能量，使探测元使探测元件有足够的信噪比。可利用透镜或反射镜件有足够的信噪比。可利用透镜或反射镜将光源成将光源成像在单色器的入射缝上像在单色器的入射缝上以提高狭缝的照度，照在入以提高狭缝的照度，照在入射缝上的光应尽可能均匀。射缝上的光应尽可能均匀。光源光源10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成:p239 第第10章章能输出不同波长单色光的装置叫单色器。能输出不同波长单色光的装置叫单色器。 棱

15、镜或光栅分光的单色器。棱镜或光栅分光的单色器。 滤光片分光的单色器滤光片分光的单色器: :窄带干涉滤光片。窄带干涉滤光片。 可调谐激光单色器。可调谐激光单色器。 (1)(1)声光可调谐滤光色器：声光可调谐滤光色器：AOTFAOTF单色器单色器10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成:p239 第第10章章 分光测色仪器中常用的探测器有分光测色仪器中常用的探测器有光电倍增管、光电光电倍增管、光电池、光电管池、光电管等。等。 另一种采用另一种采用线阵探测器线阵探测器进行探测，每个探测元件对进行探测，每个探测元件对应于一种窄波长带，于是一个

16、给定的光谱范围投射到一应于一种窄波长带，于是一个给定的光谱范围投射到一列探测器上，可同时得到光谱信息，大大缩短测量时间列探测器上，可同时得到光谱信息，大大缩短测量时间。这类元件有光电二极管阵列，。这类元件有光电二极管阵列，CCD阵列等阵列等 光度计量部分光度计量部分 10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.3 10.1.3 分光测色仪器的组成分光测色仪器的组成:p241第第10章章 分光光度计输出的基本数据是分光光度计输出的基本数据是光谱透射比光谱透射比和和光谱反射比（或光谱反射比（或光谱辐亮度因数）光谱辐亮度因数）。其它数据都。其它数据都是根据它们计算得到的。是根据它们计算得到的。 测

17、量数据的处理和输出装置测量数据的处理和输出装置 10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.4 10.1.4 测色分光光度计的特点测色分光光度计的特点 :p241:p241第第10章章 以测以测反射样品为主反射样品为主，兼顾透射样品。因为大多数色度测，兼顾透射样品。因为大多数色度测试所涉及的是物体的反射色。试所涉及的是物体的反射色。 常规的测色局限在可见光范围内，即常规的测色局限在可见光范围内，即380380780780nm, nm, 不能不能小于小于400400700700nmnm。但是目前市场上但是目前市场上高档测色分光光度计高档测色分光光度计可是可是分析、测色两用的仪器，波长可分析、测

18、色两用的仪器，波长可从紫外到可见直至近红外从紫外到可见直至近红外。 因为一般物体的光谱反射曲线比较光滑平缓，所以对仪因为一般物体的光谱反射曲线比较光滑平缓，所以对仪器的波长精度和分辨率要求较低而对仪器的光度准确度要求器的波长精度和分辨率要求较低而对仪器的光度准确度要求较高。较高。 测色分光光度计测量光路的安排必须满足测量颜色对样测色分光光度计测量光路的安排必须满足测量颜色对样品的照明观察条件的规定。品的照明观察条件的规定。 测色分光光度计数据处理复杂，一般测色仪器中都带有测色分光光度计数据处理复杂，一般测色仪器中都带有由光谱数据计算出各种颜色参数的软件。由光谱数据计算出各种颜色参数的软件。 与

19、分析用分光光度计相比，与分析用分光光度计相比，测色分光光度计测色分光光度计有如下特点有如下特点10.1 分光测色仪器分光测色仪器 10.1.5 10.1.5 分光测色仪器分类分光测色仪器分类 :p241:p241第第10章章分光测色仪器可按若干不同的标准进行分类。分光测色仪器可按若干不同的标准进行分类。例如：例如：单光束或双光束仪器；单光束或双光束仪器；单级单色仪和双级单色仪；单级单色仪和双级单色仪；目视分光测色仪器和光电分光测色仪器等。目视分光测色仪器和光电分光测色仪器等。 10.2 CM-1000型电脑配色系统设计实例型电脑配色系统设计实例 第第10章章CM-1000 CM-1000 型电

20、脑配色系统包含快速分光光度计型电脑配色系统包含快速分光光度计SP-SP-10001000硬件系统和测色、配色软件系统。硬件系统和测色、配色软件系统。 10.3 色度计色度计:p245:p245第第10章章 色度计包括色度计包括目视色度目视色度计和计和光电色度计光电色度计两类两类 光电色度计光电色度计可由仪器的响应值可由仪器的响应值直接直接得到颜色的三刺激值得到颜色的三刺激值XYZXYZ，不必象分光测色仪器那样进行不必象分光测色仪器那样进行数学积分数学积分来求得。在光电来求得。在光电色度计中的积分由色度计中的积分由光学模拟光学模拟方式完成。方式完成。 光电色度计一般由光电色度计一般由照明光源照明

21、光源、校正滤色器校正滤色器、探测器组成探测器组成。设计中关键问题是校正滤色器的设计。设计中关键问题是校正滤色器的设计。 光电色度计量时所采用的光电色度计量时所采用的照明观察几何条件照明观察几何条件与分光测色仪与分光测色仪器相同。器相同。10.3 色度计色度计第第10章章10.3 色度计色度计第第10章章10.3 色度计色度计第第10章章 仪器的照明光源需加滤色器校正，以使其具有所要求仪器的照明光源需加滤色器校正，以使其具有所要求的标准光源光谱分布。同时探测器的响应也被滤色器修正的标准光源光谱分布。同时探测器的响应也被滤色器修正，使其与，使其与CIECIE标准观察者相一致。在实际中把这两种校正滤

22、标准观察者相一致。在实际中把这两种校正滤色器合成一组来设计，使仪器的总光谱灵敏度符合模拟要色器合成一组来设计，使仪器的总光谱灵敏度符合模拟要求即可。求即可。 光源光谱分布可选择光源光谱分布可选择CIECIE标准照明体中的任一种，最常标准照明体中的任一种，最常用的是用的是A A和和D D6565，在灯光下观察的物体常选在灯光下观察的物体常选A A照明体，在日光照明体，在日光下观察的物体常选下观察的物体常选D D6565照明体。照明体。 CIE CIE推荐作为标准观察者有推荐作为标准观察者有2 2 视场的视场的19311931标准观察者和标准观察者和1010 视场的视场的19641964补充标准观

23、察者，可任选其中一种。补充标准观察者，可任选其中一种。10.3 色度计色度计第第10章章 10.3.1 卢瑟卢瑟(Luther)条件条件:p245:p245 SA( )为仪器内部光源的光谱分布，为仪器内部光源的光谱分布，Sc( )为选定的标准照为选定的标准照明体光谱分布；明体光谱分布； X, Y, Z为三种校正滤色器各自的光谱透射为三种校正滤色器各自的光谱透射比；比；x,y,z为选定的标准观察者的光谱三刺激值；为选定的标准观察者的光谱三刺激值；KX,Y,Z为比例为比例常数；常数； ( )为探测器的光谱灵敏度。为探测器的光谱灵敏度。10.3 色度计色度计第第10章章 10.3.1 卢瑟卢瑟(Lu

24、ther)条件和校正滤色器条件和校正滤色器10.3 色度计色度计第第10章章 校正滤色器校正滤色器10.3 色度计色度计第第10章章 10.3.2 仪器的定标仪器的定标10.4 光源颜色特性的测量光源颜色特性的测量 光谱辐射计光谱辐射计:p248测量光源光谱分布的仪器称为测量光源光谱分布的仪器称为光谱辐射计光谱辐射计光源的颜色特性光源的颜色特性 :三刺激值三刺激值 色品坐标色品坐标 显色指数显色指数 一旦得到光源的光谱分布，就可计算出它的一旦得到光源的光谱分布，就可计算出它的三刺激值、色品坐标、相关色温和显色指数三刺激值、色品坐标、相关色温和显色指数 光谱辐射计与测色分光光度计相比有如下一些特点：光谱辐射计与测色分光光度计相比有如下一些特点： 对对波长准确度和波长分辨率要求高波长准确度和波长分辨率要求高。 (1)(2) 比较测量的标准比较测量的标准不是标准白板和空气，而是经不是标准白板和空气，而是经过精确定标的过精确定标的已知光谱分布的标准光源已知光谱分布的标准光源。 10.4 光源颜色特性的测量光源颜色特性的测量第第10章章 光谱辐射计一般