第四章 光源及其颜色特性课件

第四章光源及其颜色特性3_第四章光源及其颜色特性光源光源是发光体，指能辐射可见光的发光体人工光源（日光灯、白炽灯）自然光源（太阳光）光源的颜色特性色表人眼直接观察光源所看到的光源颜色，即光源发出的光的颜色显色性光源发出的光照到物体上后，反（透）射光显现物体颜色的能力3_第四章光源及其颜色特性辐射量度学与光度学辐射量度学对光辐射能量的计量光源辐射的能量单位为焦耳（J）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为辐射通量（Φe），单位为瓦（W）辐射通量并不反映能量引起的人的主观视觉强度光度学对可见光的能量的计量光源在单位时间内通过某一面积的可见光能量为光通量（Φv），单位为流明（lm）3_第四章光源及其颜色特性辐射量度学与光度学光谱光视效率就是辐射能转化为人眼可见光的程度，随光谱波长不同而不同，实际上就是不同波长光通量与辐通量之比。V（λ）是随波长变化的函数，即光谱光视效率函数或视见函数；K为辐射能光当量，其值由实验求得，K=683流明/瓦；Φv(λ)为光能量；Φe(λ)为辐通量。3_第四章光源及其颜色特性光度学有关物理量立体角一个任意形状的封闭锥面所包含的空间单位立体角：以锥顶为球心，r为半径做一球，锥面在球面上截出的面积为r2,则该立体角为一个立体角或球面度（sr）。记为dΩ=ds/r2,整个球的立体角为4πr2/r2=4π3_第四章光源及其颜色特性光度学有关物理量发光强度（I）点光源在某一方向上单位立体角dω内发出的光能量单位cd（坎德拉）发光强度为1cd的点光源在单位立体角内发出的光通量为1lm3_第四章光源及其颜色特性光度学有关物理量面发光度（L）面光源上微小面积ds在单位面积内发出的光通量单位lx(勒克斯)或lm/m23_第四章光源及其颜色特性光度学有关物理量光照度（E）被照明表面单位面积接受的光通量单位lx(勒克斯)或lm/m2。点光源照射一面积时，表面的光照度与点光源发光强度成正比与光源到被照体距离平方成反比与光源线和被照体法线所成角的余弦值成正比。3_第四章光源及其颜色特性光度学有关物理量光亮度（B）发光体表面不同位置和不同方向的发光特性，发光面积ds的面光源在给定方向上立体角内发生的光通量为光亮度单位nt(尼特)或sb（熙提），1sb=104nt。黑体辐射器是理想的余弦发射体。3_第四章光源及其颜色特性光源的光谱能量分布绝对光谱能量分布曲线以波长为横坐标，以光源辐射的各种波长光的光谱密度绝对值为纵坐标所作的曲线相对光谱能量分布布曲线以波长为横坐标，以光源所辐射的各种波长光的光谱密度相对值为纵坐标所作的曲线。光谱密度相对值得到办法取波长555nm处的辐射能量为100，作为参考点进行量化令光谱分布能量的最大值为1，进行量化3_第四章光源及其颜色特性光源相对光谱能量分布曲线光源相对光谱能量分布，记为S(λ)每种光源都有自己的相对光谱能量分布曲线，知道了光源的相对光谱能量分布，就知道了光源的颜色特征光源的颜色特性取决于发出的光线不同波长相对能量比例，与光谱密度决对值无关，绝对值的大小只反映光的强弱，不会引起光源颜色的变化3_第四章光源及其颜色特性光源相对光谱能量分布曲线相对光谱能量分布曲线的类型连续光谱：太阳光、白炽灯线光谱：激光混合光谱：荧光灯3_第四章光源及其颜色特性白光的定义理论上，等量R+G+B=W，即白光的各波长色光的辐射能量应该一致但实际中，没有一种光源的能量分布是完全一致的，也没有一种完全的白光。1931年国际照明委员会（CIE）建议，以等能量光谱作为白光的定义。等能量的白光的意义是以辐射能作纵坐标，光谱波长为横坐标，则它的光谱能量分布曲线是一条平行于横轴的直线，即S(λ)=C（常数）3_第四章光源及其颜色特性黑体辐射黑体如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射，那么这个物体称为绝对黑体。黑体在某一温度下，有最大的辐射、吸收能力。天然的、理想的绝对黑体是不存在的。3_第四章光源及其颜色特性黑体辐射黑体辐射的发射本领只与温度有关。一个黑体若被加热，其表面按单位面积辐射光谱能量的大小及其分布完全决定于它的温度。黑体被加热到不同温度时发出的光的颜色不同。任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较，来描述光源的光色。模拟黑体3_第四章光源及其颜色特性黑体辐射黑体辐射特性随着温度上升，黑体的辐射本领迅速增大随着温度上升，辐射的主波长向短波方向移动（红-黄-白-蓝）3_第四章光源及其颜色特性黑体辐射黑体辐射特性随着温度上升，黑体的光谱能量分布曲线不同，但绿光几乎不变在色度系统中，黑体不同温度具有不同的色度坐标3_第四章光源及其颜色特性光源的色温色温色温是描述光源发出光的颜色的指标，当某一种光源的相对光谱能量分布曲线与黑体某一温度的相对光谱能量分布曲线一致时，该光源的光色可以用这一温度值来表示，称为色温。色温用绝对温度“K”表示（T(K)=t(℃)+273）相关色温当某一光源的色度与某一温度下的黑体的色度最接近，可以用这个温度来表示光源的光色，称为相关色温。3_第四章光源及其颜色特性光源的色温色温表征了光源的光谱特性，与光源温度无关，只与光源的光谱成分有关。色温低的光源，蓝光成分少，红光成分多；色温高的光源，蓝光成分多，红光成分少。相对光谱能量分布曲线是用系列数据或曲线图的形式来表示光源的光色，而色温却是用单一性的量值来表示一种光源的光色。3_第四章光源及其颜色特性光源的色温阳光的色温日落前后：2000-4500K，中午餐：5000-7000K，晚上：2800K以下（火焰）3_第四章光源及其颜色特性光源的色温不同光源的光谱组成及色温光源种类RGB色温中午阳光33%34%33%5400K镝灯33%以下33%以下34%以上5500-6000K碘钨灯47%34%19%3000-3400K白炽灯50%34%16%2900K3_第四章光源及其颜色特性彩色摄影对色温的要求彩色胶片分日光型片和灯光型片日光型片：室外日光下拍摄，要求色温5400～5600K，如果色温低或在室内拍摄，会使照片偏黄。灯光型片：室内拍摄，要求色温2800～3200K，如果色温高或在室内拍摄，会使照片偏蓝。3_第四章光源及其颜色特性印刷工业对色温的要求在印刷复制中，光源色温对复制效果影响较大。分色用光源的色温应与分色胶片的感色性相匹配。分色光源的色温在5000-6500K，其光谱能量分布较符合制版分色的要求印刷时用于看样的照明光源，色温以5000K或6500K为好。3_第四章光源及其颜色特性显示器的色温显示器色温反映屏幕上白色区域的色彩平衡（白平衡），色温低屏幕色偏黄，色温高则偏蓝LCD显示器的色温为6500KCRT显示器色温9300K（老显示器）7500K6500K（新型显示器、Mac机显示器）5000K印前使用的显示器要求色温为6500K或5000K3_第四章光源及其颜色特性标准照明体与标准光源测量物体表面颜色，必须在一定的光源下进行，为统一颜色测量标准，CIE规定了色度学的标准照明体和标准光源。标准照明体指特定的光谱功率分布，这个分布不是必须由一个光源直接提供，也不一定用一个光源来完成。标准光源实现标准照明体的相对光谱能量分布的光源。3_第四章光源及其颜色特性CIE标准照明体CIE规定了四种标准照明体的色温标准标准照明体A：代表完全辐射体在2856K发出的光，钨丝灯光，其光色偏黄标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光，表示中午平均直射阳光标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其它日光标准照明体D65：代表相关色温大约为6504K的日光3_第四章光源及其颜色特性CIE标准照明体3_第四章光源及其颜色特性CIE标准光源标准光源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。标准光源C：A光源加另一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器。3_第四章光源及其颜色特性标准照明体D的确定和模拟标准照明体D也叫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。在可能情况下尽量用D65D50、D65印前常用D75偏蓝，主要用于印染行业。对于标准照明体D的模拟至今还不能完全复制出它的相对光谱功率分布，用人工光源加滤光器目前只能在一定程度上进行模拟。3_第四章光源及其颜色特性标准照明体D的确定和模拟现在正在研制3种模拟D65的人工光源：带滤光器的高压氙弧灯，能最好模拟D65的人工光源；带滤光器的白炽灯，在紫外区的模拟不理想；荧光灯，相对光谱功率分布与D65的分布相差较大。3_第四章光源及其颜色特性光源的显色性显色性的含义光源的显色性是指与参考标准光源相比较，光源显现物体颜色的特性。光源的显色性是由光源的光谱能量分布所决定的。连续光谱的光源，如日光、白炽灯光具有较好的显色性；线状、带状的非连续光谱，或既有连续又有线状的混合光谱的光源显色性不好，颜色失真情况严重。3_第四章光源及其颜色特性光源的显色性光源的显色性和色温都不能由光源的光谱功率分布所决定，但它们之间并没有必然的联系，色温的高低并不决定显色性的高低。对于从事色彩设计及复制的行业来说，光源的色温及显色性都是光源重要的评价指标，而光源的显色性具有更重要的意义。3_第四章光源及其颜色特性光源的显色性的定量评价光源的显色性的定量评价方法选定标准参考光源：被测光源的色温最好与标准光源一致，否则无比较意义。低色温光源（色温<5000K)用普朗克辐射体作参考光源；高色温光源（色温>5000K）用标准照明体D作为参考光源。选定试验色样：国内选定包括肤色在内的15个色样计算在评价光源下试验色样的色度值，与标准参考光源下的色度值比较，计算色差，确定显色指数评价光源显色性：显色指数在75-100间为优质显色光源，50-75为中等，50以下为差。3_第四章光源及其颜色特性光源的显色性的定量评价选定试验色样：国内选定包括肤色在内的15个色样（前8个包括了所有孟塞尔颜色空间的色相，后7个为特殊色）显色指数Ri：特殊显色指数，光源对某一选定的标准色样的显色指数Ra：一般显色指数，光源对前8个色样特殊显色指数平均值被测光源的显色性与标准参考光源相同时显色指数为100；有差异时显色指数小于100，越大显色性越好。光源的显色性的定量评价ΔE为同一色样在不同光源下的色差3_第四章光源及其颜色特性不同的光源的显色性光源相关色温色表显色指数Ra显色性白炽灯（500W）2900K不好95-100好碘钨灯（500W）2700K好95-100好溴钨灯（500W）3400K好95-100好荧光灯（白色40W）6600K好70-80不好外镇高压汞灯（400W）5500K好70-80不好内镇高压汞灯（450W）4400K好30-40不好镝灯（1000W）4300K好85-95发高压钠灯（400W）1900K不好20-25不好氙灯6500K左右好94好3_第四章光源及其颜色特性印刷照明光源和观察条件光源要有一定的光照度，色温、显色性和均匀性也有要求观察样品的照明光源Ra>90，Ri>80观察反射样品光源采用D65模拟光源，漫射光，照度均匀度>80%，照度在500~1500lx之间观察透射样品光源采用D50模拟光源，散射光，照度均匀度>80%，光亮度1000±250cd/m23_第四章光源及其颜色特性印刷照明光源和观察条件标准光源反射样品标准光源透射样品标准光源3_第四章光源及其颜色特性印刷照明光源和观