颜色技术原理及在印染中的应用_二_第二篇物体的光谱光度特性与颜色视觉
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如一般用于增白纸张和纺织物的荧光增白剂fwa吸收波长在300400nm的紫外区然后在400500nm波长上以可见光的形式两次发射出去将不可见的辐射转变为可见光所以发射出比入射光更多的可见光从而使物体看起来比非荧光物质更白荧光着色剂既吸收又发射可见光其荧光发射量取决于照射试样的光源的光谱特性
印
染 ( 2005 N o . 19)
吸收 , 所以当在白 炽灯 下观察 该材 料时 , 由 于白 炽灯 光谱 中蓝 绿波段的能量本来就很少 , 结果此材料看起来近似白色。 根据材料光谱特 性的 不同 , 可以 将材 料分为 反射 材料 ( 只 有反射的材料 , 如平面 镜、 无光泽铝、 漆和硫 酸钡板等 ) 、 弱透射 材料 ( 透射较弱、 以反射为主的材料 , 如彩色 滤光片、 光泽 织物、 纸张等 ) 、 强透射材料 ( 如窗玻 璃、 毛 玻璃、 乳白 玻璃等 ) 等 几种 不同的类型 [ 1] 。在每一 类材料 中 , 根据 其散 射光 的多 少 , 又可 分为无散射、 弱散射和 强散射等三种材料。 对于荧光材料 , 虽然由荧光 产生的那 部分辐 射起光 源的作 用 , 但是其光谱特性的 表示一般仍与非荧光材料相同。 1. 1 光的透射和吸收 [ 2, 3] 当光照射在物体 上时 , 如 果该 物体 是无 色透 明的 , 那 么除 了一小部分光从物体的两个表面反 射以外 , 绝大 部分光 线将透 射穿过物体 , 而 基本不 发生 改变。 光除 了透 射以 外 , 还被 吸收 或作为可见光消失 ( 如 果大量 的光 被吸收 , 则 其中 至少有 一部 分会转化为热能 ) 。如果 材料 吸收 了部分 光 , 它就显 示出 某种 颜色 , 但仍然是透明的 ; 如果所有的 光都被 吸收 , 材料就 是黑色 而不透明。对于透明材料 , 则需 要研究其 吸收性 能随波 长的变 化 , 从而评估它们的颜 色。 图 1 所示厚度为 d 的均匀透明物体对光吸收和透射时的能 量变化情况 , 其中 ,
l i 0 l i
d( )
物体表面对光的反射主要有正 反射、 漫反射 以及综 合作用
e
( ) ( ) V ( ) d( ) ( 2)
e
等几种不同的情况。如果反射光遵 循反射 定律 , 从镜面 反射方 向射出 , 称为正反 射光 或镜面 反射 光 , 其正 反射 辐射 通量 与入 射辐射通量之比 , 即为 正反射比。完全反 射漫射 面能将 入射的 辐射通量无损地全部辐射出去 , 即其反射比为 1, 而且 在各个方 向上具有相同的亮度。然而 , 实 际的物体 通常既 不是理 想的镜 面 , 也不是完全反射漫 射面 , 而是正 反射与 漫反射 同时存 在 , 即 为两者综合作用的结果。 在一定的立体角 内 , 反射 通量 的大 小既 与入 射方 向有 关 , 又与测试方法有关 , 因此引入了 光谱反射因数 r ( )的概念。在
Color techn ical princip le and its app lication to dyeing and fin ish ing( II)
XU H a i song ( State K ey Lab of M odern Op tical Ins trum entation, Zhej iang U niver sity, H angzhou 310027, China ) Abstrac t : The spectra l pho tome tric characte ristic o f the ob j ect is the m a i n facto r affecting its co l o r appearance . The photom e tric pheno m ena such as transm ission , absorp tion , re flectance , and scatte r o f the non fluo rescent m ateria ls and the spectra l em it ting character istics o f the fluo rescen t ma te ri a ls a re introduced respective ly. O n the o the r hand , based on the ana lys is o f co l or v ision m echan ism and the descrip ti on o f co l o r specifica tions and pe rcep tive p rope rty , seve ral m i po rtan t v isua l pheno m ena, in cl ud ing co lo r adap tat i on and co lor constancy , m em o ri a l co lor and p re fe rred co lor , and anoma lous co lo r vis i on , a re d iscussed in de t a ils. K ey word s : dye ing and fin ish ing; co lo r ; spectru m; lightness ; p rincip le ; app ly
e
( ) 为入射到 第一表 面的光 谱辐射 通量 ;
2
)为从第一面进入透明物体的 光谱辐 射通量 ; 1 ( 达第二表面的光谱辐射通量 ; 辐射通量。则其光谱透射比为 : ( )= ( ) ) e(
3 3
( ) 为到
( )为从 第二表 面射出 的光谱
( 1)
40
颜色技术原理及在印染中的应用 ( 二 )
www. cdfn . com. cn
讲
座
颜色技术原 理及在印染中的应用 (二 )
第二篇 物体的光谱光度特性与颜色视觉
徐海松
(浙江大学现 代光学仪器国家重点实验室 , 浙江 杭州 310027 )
摘
要 : 物体的光谱光度特性是其产生不同颜色外貌 的主要 因素。重点 介绍了 非荧光 材料对 光的透 射、 吸
s
( ) 与在相 同条件 下 , 从
n
吸收度 ( 也称为密度 , 常用 D 表示 ) 为 : A ( ) = - lg 吸收系数为 : ( )= A( ) d ( ) d /d 0 ( 5)
i
完全漫反射面反射的波长为 ( ) 的光谱辐 射通量 ( 4) 2 时 , 测得的光谱反射因数就是光谱反射比
( ) 之比 , 接近
定义为该物体的光谱反射因数 R ( )。当给定的立体角 ( )。
光谱反射比、 光 谱反 射因 数、 光谱 辐射 亮度 因数 都能 反映 物体对入射光 谱 选择 反射 的 特性 , 只 是 测量 时 的几 何 条 件不 同。物体光谱反射特性的测试 , 通常 在分光 光度计 上进行。国 际照明委员会 ( CIE) 推荐 , 采用完 全反 射漫射 体作 为测量 光谱 反射因数的标准。在 现实 世界中 并不 存在 理想 的完 全反 射漫 射体的材料 , 但可以找 到性能接近的 材料 , 如烟熏 氧化镁、 硫酸 钡喷涂或压 粉 等。这些 材 料具 有 高的 近似 中 性 ( 无光 谱 选择 性 ) 的光谱反射比 , 接近完全漫反射体 的特性 , 故常用来 作为工 作标准。 近代彩色电视、 彩色 摄影、 印 刷和 照明 等行 业进 行色 彩评 价时 , 由于人的肤 色的 再现性 , 明 显影 响银 幕和 画面 的显 示效 果 , 因此需要对人类皮 肤的光谱反射特性 进行精 确的测 定和深 入的研究 , 并且制定了 标准的肤色反射特 性曲线 作为相 关行业 颜色再现检验的 标准。不 同人种 的肤 色光 谱反 射比 曲线 是有
e
印
染 ( 2005 No. 19)
( ) ( )V( )d ( ) ( 9)
e
= 式中 :
r i
=
0
0 l r
( ) V( )d ( )
被测物体入射光通量 ; 被测物体的 反射光通量 ; 入射于被测物体的光谱辐射通量 ; 被测物体的光谱反射比 ; 光谱光视效率函数 ; 波长元。
( ) e ( ) V( ) 图 1 均匀透明物体对光的吸收和透射 该物体的总透射 比为 : = 式中 :
收、 反射、 散射等光度现象以及荧 光材料的光谱发光特性。另一方 面 , 在 对颜色视觉 机理分析 和颜色 表示方 法与感知特性描述的基 础上 , 讨论了色适应与颜色恒常性、 记忆色与喜好色 , 以及色觉异 常等现象及其含义。 关键词 : 染整 ; 颜色 ; 光谱 ; 光度 ; 原理 ; 应用 中图分类号 : T S190 文献标识码 : A 文章编号 : 1000- 4017 ( 2005 ) 19- 0040- 05
i
( ) = [ 1- ( ) ] 2 i ( )
( 7)
式中
( )为物 体表面 的光 谱反 射比 , 可 由菲 涅耳 定律 求 n2 - n 1 2 ) n2 + n 1
出 ( 假设照明光正入射物体表面 ): ( )= ( 式中 : n 1 n2 ( 8)
差别的 , 白种人的皮肤 白 , 对光的反 射比较 高 ; 黑 种人的 皮肤对 光的反射比较低 ; 黄种 人的皮肤处于 白人与 黑人之 间。虽然不 同人种的肤色光谱反射比曲线各有 差异 , 但作为 人类的 自然肤 色都具有其形状和变化规律的共同 特点 , 即在短 波范围 内的反 射比较低 , 随着波长的增大其反 射比逐渐升高 , 在波长 为 550 ~ 660 nm 范围内有一个陡升。 1. 3 光的散射 [ 4] 光与物质作用时 , 除了有反射、 透射和 吸收外 , 被吸 收的一 部分光还会发生散射。当一些光被 吸收后 , 以相 同的波 长再发 射出去 , 但是此时 一部 分光沿 这个 方向 传播 , 另 一部 分光 又沿
=
0
( )V( )d ( )
透过被测物体的光通量 ; 被测物体的入射光通量 ; 光谱光视效率函数 ; 被测物体的光谱 透射比 ; 波长元。 ( ) ( ) ( )
V( ) ( ) d( )
内光谱透射比为 :
i
( )=
2 1
( 3)
特定的照明条件下 , 在 规定的 立体 角所 限定 的方 向上 , 从 物体 反射的波长为 ( )的光谱辐射 通量
1 物体的光谱光度特性
自然界中的物体之所以呈 现出各种 不同的 颜色外 貌 , 其 根 本的原因就是物体对 光具有选择吸收和 反射的 性质 , 即物体 本 身的光谱光度 特性是 物体 产生 不同颜 色的 主要 原 因之 一。当 光照射在物体上 时 , 入射的 光谱 能量 部分 被反 射 , 部分 被吸 收 和散射 , 部分透过。因 此 , 透明 体的 颜色 主要 由透 过的 光谱 组 分决定 , 不透明体的颜色则取决于它的反射光谱组成。 一般 , 非荧光性有 色材 料本 身并 不发 光 , 所以 在黑 暗环 境 下是看不见的。由此可知 , 任何非荧 光物质 只有在 光照下才 显 示出颜色 , 并且该颜色取决于物体对 入射光 的反射 或透射光 谱 特性。例如 , 某种材料在太阳光照射 下较多 地吸收 青色波长 的 光 , 则此材料呈红色 ; 如果该材 料对黄色 波长的 光吸收 明显 , 则 呈现蓝色。可见 , 物体的颜色是其对 不同波 长的光 波具有不 同 吸收特性的结果 , 其表现的颜色正 是被吸 收光的 补色。假如 某 一物体对可见光全部 吸收 , 没有反 射光 , 则该物 体将呈 现黑色 ; 如果该物体对各种波 长的光平均地部分 吸收 , 则使 各波长的 反 射光均减弱而呈 现灰色 ; 如 果对 各波 长均 不吸 收 , 而将 照明 光 全部反射 , 则该物体呈现白色。 由于物体的颜色是其对照 射光的吸 收和散 射、 反射或透 射 的结果 , 所以采用不 同的光 源照 明同 一物 体时 , 因 光源 的光 谱 能量分布不同 , 将导 致物 体显 示出 不同 的颜 色外 貌。例 如 , 一 物体在太阳光下 因为 明显吸 收了 青光 , 而 反射 了较 多的 红光 , 从而呈现红色 ; 此时 , 如果用青 光照明该 物体 , 由于 大部分青 光 被吸收 , 反射 光很 少 , 结果 此 物体 不 呈红 色 , 而显 示 黑色。 同 样 , 如果某种材料在 太阳光 下是 黄色 , 因 为它 对蓝 光有 较强 的
各向同性的均匀 透明物体遵守朗伯定律 , 即 :
i
( )=
0i
( 6)
式中 : d d0
i
透明物体的新厚度 ; 透 明物体的原始厚度 ; ( )和
0i
( )
对应厚度的内光谱透射比。
由朗伯定律可知 , 只要知道物体 某一厚 度时的 光谱内透 射 比 , 便可求得该透明物体在任意厚度时的光谱内透射比。 光谱透射比可 由光谱 内透 射比 和物 体表 面的 反射 损失 求 出 , 并可近似地表示为 :
印
染 ( 2005 N o . 19)
吸收 , 所以当在白 炽灯 下观察 该材 料时 , 由 于白 炽灯 光谱 中蓝 绿波段的能量本来就很少 , 结果此材料看起来近似白色。 根据材料光谱特 性的 不同 , 可以 将材 料分为 反射 材料 ( 只 有反射的材料 , 如平面 镜、 无光泽铝、 漆和硫 酸钡板等 ) 、 弱透射 材料 ( 透射较弱、 以反射为主的材料 , 如彩色 滤光片、 光泽 织物、 纸张等 ) 、 强透射材料 ( 如窗玻 璃、 毛 玻璃、 乳白 玻璃等 ) 等 几种 不同的类型 [ 1] 。在每一 类材料 中 , 根据 其散 射光 的多 少 , 又可 分为无散射、 弱散射和 强散射等三种材料。 对于荧光材料 , 虽然由荧光 产生的那 部分辐 射起光 源的作 用 , 但是其光谱特性的 表示一般仍与非荧光材料相同。 1. 1 光的透射和吸收 [ 2, 3] 当光照射在物体 上时 , 如 果该 物体 是无 色透 明的 , 那 么除 了一小部分光从物体的两个表面反 射以外 , 绝大 部分光 线将透 射穿过物体 , 而 基本不 发生 改变。 光除 了透 射以 外 , 还被 吸收 或作为可见光消失 ( 如 果大量 的光 被吸收 , 则 其中 至少有 一部 分会转化为热能 ) 。如果 材料 吸收 了部分 光 , 它就显 示出 某种 颜色 , 但仍然是透明的 ; 如果所有的 光都被 吸收 , 材料就 是黑色 而不透明。对于透明材料 , 则需 要研究其 吸收性 能随波 长的变 化 , 从而评估它们的颜 色。 图 1 所示厚度为 d 的均匀透明物体对光吸收和透射时的能 量变化情况 , 其中 ,
l i 0 l i
d( )
物体表面对光的反射主要有正 反射、 漫反射 以及综 合作用
e
( ) ( ) V ( ) d( ) ( 2)
e
等几种不同的情况。如果反射光遵 循反射 定律 , 从镜面 反射方 向射出 , 称为正反 射光 或镜面 反射 光 , 其正 反射 辐射 通量 与入 射辐射通量之比 , 即为 正反射比。完全反 射漫射 面能将 入射的 辐射通量无损地全部辐射出去 , 即其反射比为 1, 而且 在各个方 向上具有相同的亮度。然而 , 实 际的物体 通常既 不是理 想的镜 面 , 也不是完全反射漫 射面 , 而是正 反射与 漫反射 同时存 在 , 即 为两者综合作用的结果。 在一定的立体角 内 , 反射 通量 的大 小既 与入 射方 向有 关 , 又与测试方法有关 , 因此引入了 光谱反射因数 r ( )的概念。在
Color techn ical princip le and its app lication to dyeing and fin ish ing( II)
XU H a i song ( State K ey Lab of M odern Op tical Ins trum entation, Zhej iang U niver sity, H angzhou 310027, China ) Abstrac t : The spectra l pho tome tric characte ristic o f the ob j ect is the m a i n facto r affecting its co l o r appearance . The photom e tric pheno m ena such as transm ission , absorp tion , re flectance , and scatte r o f the non fluo rescent m ateria ls and the spectra l em it ting character istics o f the fluo rescen t ma te ri a ls a re introduced respective ly. O n the o the r hand , based on the ana lys is o f co l or v ision m echan ism and the descrip ti on o f co l o r specifica tions and pe rcep tive p rope rty , seve ral m i po rtan t v isua l pheno m ena, in cl ud ing co lo r adap tat i on and co lor constancy , m em o ri a l co lor and p re fe rred co lor , and anoma lous co lo r vis i on , a re d iscussed in de t a ils. K ey word s : dye ing and fin ish ing; co lo r ; spectru m; lightness ; p rincip le ; app ly
e
( ) 为入射到 第一表 面的光 谱辐射 通量 ;
2
)为从第一面进入透明物体的 光谱辐 射通量 ; 1 ( 达第二表面的光谱辐射通量 ; 辐射通量。则其光谱透射比为 : ( )= ( ) ) e(
3 3
( ) 为到
( )为从 第二表 面射出 的光谱
( 1)
40
颜色技术原理及在印染中的应用 ( 二 )
www. cdfn . com. cn
讲
座
颜色技术原 理及在印染中的应用 (二 )
第二篇 物体的光谱光度特性与颜色视觉
徐海松
(浙江大学现 代光学仪器国家重点实验室 , 浙江 杭州 310027 )
摘
要 : 物体的光谱光度特性是其产生不同颜色外貌 的主要 因素。重点 介绍了 非荧光 材料对 光的透 射、 吸
s
( ) 与在相 同条件 下 , 从
n
吸收度 ( 也称为密度 , 常用 D 表示 ) 为 : A ( ) = - lg 吸收系数为 : ( )= A( ) d ( ) d /d 0 ( 5)
i
完全漫反射面反射的波长为 ( ) 的光谱辐 射通量 ( 4) 2 时 , 测得的光谱反射因数就是光谱反射比
( ) 之比 , 接近
定义为该物体的光谱反射因数 R ( )。当给定的立体角 ( )。
光谱反射比、 光 谱反 射因 数、 光谱 辐射 亮度 因数 都能 反映 物体对入射光 谱 选择 反射 的 特性 , 只 是 测量 时 的几 何 条 件不 同。物体光谱反射特性的测试 , 通常 在分光 光度计 上进行。国 际照明委员会 ( CIE) 推荐 , 采用完 全反 射漫射 体作 为测量 光谱 反射因数的标准。在 现实 世界中 并不 存在 理想 的完 全反 射漫 射体的材料 , 但可以找 到性能接近的 材料 , 如烟熏 氧化镁、 硫酸 钡喷涂或压 粉 等。这些 材 料具 有 高的 近似 中 性 ( 无光 谱 选择 性 ) 的光谱反射比 , 接近完全漫反射体 的特性 , 故常用来 作为工 作标准。 近代彩色电视、 彩色 摄影、 印 刷和 照明 等行 业进 行色 彩评 价时 , 由于人的肤 色的 再现性 , 明 显影 响银 幕和 画面 的显 示效 果 , 因此需要对人类皮 肤的光谱反射特性 进行精 确的测 定和深 入的研究 , 并且制定了 标准的肤色反射特 性曲线 作为相 关行业 颜色再现检验的 标准。不 同人种 的肤 色光 谱反 射比 曲线 是有
e
印
染 ( 2005 No. 19)
( ) ( )V( )d ( ) ( 9)
e
= 式中 :
r i
=
0
0 l r
( ) V( )d ( )
被测物体入射光通量 ; 被测物体的 反射光通量 ; 入射于被测物体的光谱辐射通量 ; 被测物体的光谱反射比 ; 光谱光视效率函数 ; 波长元。
( ) e ( ) V( ) 图 1 均匀透明物体对光的吸收和透射 该物体的总透射 比为 : = 式中 :
收、 反射、 散射等光度现象以及荧 光材料的光谱发光特性。另一方 面 , 在 对颜色视觉 机理分析 和颜色 表示方 法与感知特性描述的基 础上 , 讨论了色适应与颜色恒常性、 记忆色与喜好色 , 以及色觉异 常等现象及其含义。 关键词 : 染整 ; 颜色 ; 光谱 ; 光度 ; 原理 ; 应用 中图分类号 : T S190 文献标识码 : A 文章编号 : 1000- 4017 ( 2005 ) 19- 0040- 05
i
( ) = [ 1- ( ) ] 2 i ( )
( 7)
式中
( )为物 体表面 的光 谱反 射比 , 可 由菲 涅耳 定律 求 n2 - n 1 2 ) n2 + n 1
出 ( 假设照明光正入射物体表面 ): ( )= ( 式中 : n 1 n2 ( 8)
差别的 , 白种人的皮肤 白 , 对光的反 射比较 高 ; 黑 种人的 皮肤对 光的反射比较低 ; 黄种 人的皮肤处于 白人与 黑人之 间。虽然不 同人种的肤色光谱反射比曲线各有 差异 , 但作为 人类的 自然肤 色都具有其形状和变化规律的共同 特点 , 即在短 波范围 内的反 射比较低 , 随着波长的增大其反 射比逐渐升高 , 在波长 为 550 ~ 660 nm 范围内有一个陡升。 1. 3 光的散射 [ 4] 光与物质作用时 , 除了有反射、 透射和 吸收外 , 被吸 收的一 部分光还会发生散射。当一些光被 吸收后 , 以相 同的波 长再发 射出去 , 但是此时 一部 分光沿 这个 方向 传播 , 另 一部 分光 又沿
=
0
( )V( )d ( )
透过被测物体的光通量 ; 被测物体的入射光通量 ; 光谱光视效率函数 ; 被测物体的光谱 透射比 ; 波长元。 ( ) ( ) ( )
V( ) ( ) d( )
内光谱透射比为 :
i
( )=
2 1
( 3)
特定的照明条件下 , 在 规定的 立体 角所 限定 的方 向上 , 从 物体 反射的波长为 ( )的光谱辐射 通量
1 物体的光谱光度特性
自然界中的物体之所以呈 现出各种 不同的 颜色外 貌 , 其 根 本的原因就是物体对 光具有选择吸收和 反射的 性质 , 即物体 本 身的光谱光度 特性是 物体 产生 不同颜 色的 主要 原 因之 一。当 光照射在物体上 时 , 入射的 光谱 能量 部分 被反 射 , 部分 被吸 收 和散射 , 部分透过。因 此 , 透明 体的 颜色 主要 由透 过的 光谱 组 分决定 , 不透明体的颜色则取决于它的反射光谱组成。 一般 , 非荧光性有 色材 料本 身并 不发 光 , 所以 在黑 暗环 境 下是看不见的。由此可知 , 任何非荧 光物质 只有在 光照下才 显 示出颜色 , 并且该颜色取决于物体对 入射光 的反射 或透射光 谱 特性。例如 , 某种材料在太阳光照射 下较多 地吸收 青色波长 的 光 , 则此材料呈红色 ; 如果该材 料对黄色 波长的 光吸收 明显 , 则 呈现蓝色。可见 , 物体的颜色是其对 不同波 长的光 波具有不 同 吸收特性的结果 , 其表现的颜色正 是被吸 收光的 补色。假如 某 一物体对可见光全部 吸收 , 没有反 射光 , 则该物 体将呈 现黑色 ; 如果该物体对各种波 长的光平均地部分 吸收 , 则使 各波长的 反 射光均减弱而呈 现灰色 ; 如 果对 各波 长均 不吸 收 , 而将 照明 光 全部反射 , 则该物体呈现白色。 由于物体的颜色是其对照 射光的吸 收和散 射、 反射或透 射 的结果 , 所以采用不 同的光 源照 明同 一物 体时 , 因 光源 的光 谱 能量分布不同 , 将导 致物 体显 示出 不同 的颜 色外 貌。例 如 , 一 物体在太阳光下 因为 明显吸 收了 青光 , 而 反射 了较 多的 红光 , 从而呈现红色 ; 此时 , 如果用青 光照明该 物体 , 由于 大部分青 光 被吸收 , 反射 光很 少 , 结果 此 物体 不 呈红 色 , 而显 示 黑色。 同 样 , 如果某种材料在 太阳光 下是 黄色 , 因 为它 对蓝 光有 较强 的
各向同性的均匀 透明物体遵守朗伯定律 , 即 :
i
( )=
0i
( 6)
式中 : d d0
i
透明物体的新厚度 ; 透 明物体的原始厚度 ; ( )和
0i
( )
对应厚度的内光谱透射比。
由朗伯定律可知 , 只要知道物体 某一厚 度时的 光谱内透 射 比 , 便可求得该透明物体在任意厚度时的光谱内透射比。 光谱透射比可 由光谱 内透 射比 和物 体表 面的 反射 损失 求 出 , 并可近似地表示为 :