色度学基础知识

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------色度学基础知识一、 概述色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的理论与技术的科学， 是以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科领域为基础的综合性科学。

在现代工业和科学技术发展中， 存在着大量有关色度学的问题， 颜色与人民生活的衣食住行密切相关。

颜色的测量和控制在一些工农业生产中极为重要， 在许多部门颜色是评定产品质量的重要指标， 如染料、涂料、纺织印染、 塑料建材、医学试剂、食品饮料、灯光信号、造纸印刷、电影电视、军事伪装等等， 这一切都是由于颜色科学的建立， 才使色度工作者能以统一的标准， 对颜色作定量的描述和控制。

在纺织印染、染料和涂料等行业天天与颜色打交道， 过去全凭目测评定， 评定结果无法记述， 储存。

并受观察者的身体状况、情绪、年龄等影响很大。

随着电子技术和计算机技术的迅速发展， 测色仪器的测色准确性、重演性和自动化程度大大提高。

现在又有在线检测对提高产品质量， 减少不合格品率更为有用。

为此测色技术在各行各业日益得到广泛应用。

色彩的感觉是一个错综复杂的过程，单从物理观点来考虑， 色彩的产生有三个主要因素： 光源，被照射的物体和观察者。

二.、 光和颜色1、 光源光由光源体发出， 太阳光是我们最主要的光源。

光辐射是一种电磁辐射波， 包括无线电波、紫外光、红外光、可见光、X 射线和γ射线等。

我们人类所能见到的光只是电磁波中极小的一部分，其波长范围是380--700nm （纳米）称为可见光谱。

在可见光谱范围内， 不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉： 700nm 为红色，580nm 为黄色， 510nm 为绿色， 470nm 为蓝色。

单一波长的光表现为一种颜色， 称为单色光。

物体在不同光源照射下会呈现不同的颜色， 为此国际照明委员会（CIE ）规定了如下--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------的标准照明体， 为实现标准照明体的实物就是标准光源。

其规定以各个照明体在各波长的能量分布的数据和曲线来表示。

我国的国家标准GB 也等同采用这些标准。

A 光源是色温为2856˚K的钨灯。

C 光源是相关色温为6770˚K ，类似薄云天空的白光。

通过钨灯经液体滤光器实现。

D65、D50、D60和D75照明体分别是相关色温6500˚K ， 5000˚K 、6000˚K 和7500˚K 的平均自然白光。

其光源都是各厂家用各种手段模拟的， CIE 还未推荐人工的D 标准光源。

冷白荧光灯（CWF ）： 色温为4200˚K 。

TL84：为三磷荧光灯。

2、物体物体的颜色， 除自发光的物体的颜色称为光源色外， 其它非自发光的物体的颜色称为表面色， 它必须靠光源照明后才能显现出来，如果没有照明光，也就没有颜色感觉。

当光照射到物体上后，一部分光被物体表面反射（或透射），一部分光进入物体被吸收（或散射）。

被物体表面反射（或透射）的这部分光的特性，决定了我们看到的物体的颜色。

（1）光的反射当光照射在有光泽物体平滑表面上时，如镜子或金属表面，入射光绝大部分被反射，反射光和透射光在一个平面上，而且反射角等于入射角，这种反射叫做镜面反射。

当光照射在不透明又不平滑物体表面上时，光就按不同方向反射，叫做漫反射。

在很多物体--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上这两种反射同时存在。

若物体漫反射时，各反射方向亮度相等的点能连成一个正圆，这种物体称为完全漫反射体。

理想的完全漫反射体是不存在的。

国际照明委员会规定采用4种方法作为测定反射率的条件。

0º / 45º 、45º / 0º 、0º / d 、d / 0º 这四种就是仪器的照明受光几何条件。

并且规定了不论何种场合，都取试样的反射光和在相同条件下全扩散反射面的反射光之比作为反射率，为此测色仪器都要用标准白板进行校正。

对白标准国际和国标都有规定。

不同波长下的反射率即为反射率曲线。

如果各个波长的光照射物体，几乎全部反射，我们看到的物体即为白色，若几乎全部被吸收，则我们看到的物体是黑色，若各个波长相同的吸收，根据吸收的大小为一系列的灰色，若在各个波长吸收不一，即有选择性的吸收，我们就看到物体不同的颜色。

（2）光的透射和吸收当光照射在透明物体上时，光经过这一物体时一部分透射，一部分被吸收。

如入射光强度为 I 1，透射光强度为 I 2，透射率 T = I 2 / I 1。

吸光度也称作吸收率 DD = —log T--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------D =A sBCA s 为一常数，对特定物质和特定波长是一定的。

D 与介质的浓度C 成正比（当液槽厚度B 一定时）比耳定律。

D 与液槽厚度B 成正比（当浓度C 一定时）朗伯定律。

同样，因为物体的选择性吸收，我们也可看到物体不同的透射色。

3、观察者观察者即为人的眼睛或检测器。

对于人检知颜色的问题属于颜色视觉生理和颜色视觉心理范畴。

经长期的实验研究现代颜色理论的两大类，“三色学说”和“对立颜色学说”被“颜色视觉的阶段学说”统一在一起。

现代神经生理学发现，在视网膜中确实存在三种不同的颜色感受器，感红、感绿、感蓝的锥体细胞。

第一阶段视网膜中三种独立的锥体感色物质，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。

第二阶段在神经兴奋由锥体感受器向神经中枢的传导过程中，这三种反应又重新组合，最后形成三对对立性的神经反应，即红或绿、黄或蓝、白或黑反应。

人眼对不同波长的可见光的感受性是不同的，经过大量实验，CIE 规定了CIE 明视觉和暗视觉标准光谱光效率。

4、颜色的分类和特性颜色可分为无彩色和彩色两大类。

无彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰色。

它们只有明度上的差异，对光谱各波长的反射没有选择性。

彩色是指黑白系列以外的各种颜色。

彩色有三个特性：明度、色调、彩度（饱和度）。

用一个三维空间的纺锤形立体可以表示颜色的三种基本特性。

垂直轴表示白黑系列明度的变化。

在圆周上的变化代表色调的变化。

颜色立体的中心是中灰色，从中心向圆周过渡表示彩度（饱和度）的增加。

离中心越远彩度越高。

5、颜色混合颜色混合可以是颜色光的混合，也可以是染料的混合。

两种混合方法所得的结果是不同的。

色光混合称为加法混合，而染料混合称为减法混合。

把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配，通过大量的颜色匹配实验发现用三种颜色可以匹配出各种各样颜色，但它们之中的任何一个不能由另外二种颜色混合而成。

我们称这三种颜色为三原色。

实验证明用红、绿、蓝三种色光匹配其它颜色光最方便。

人们确认红、绿、蓝为加法混合的三原色，它们的加和为白色。

而黄、品红、青为减法混合的三原色，它们的加和为黑色。

（C）≡R（r）+ G（g）+B（b）为颜色方程C代表被匹配的颜色，“≡”代表匹配，即视觉上相等，（r）、（g）、（b）分别代表红、绿、蓝三原色。

把为了匹配某一特定颜色所需的三原色数量叫做三刺激值，为匹配相等能量（简称等能）光谱色的三原色数量叫做光谱三刺激值。

三、CIE标准色度学系统物体的颜色既取决于外界物理刺激，又取决于人眼的视觉特性，颜色的测量和标定应符合人眼的观察结果。

目前国际上各个领域广泛应用的，是以两组基本视觉实验数据为基础建立的一套颜色的表示、测量和计算方法。

即CIE标准色度学系统。

1、标准色度观察者Wright (1928~1929年),Guild（1931年）各自选择三原色，由不同观察者在2°视场观察条件下，用三原色匹配等能光谱的各种颜色，得到两组实验结果。

CIE1931年将三原色转换成700nm（r）、546.1nm（g）和435.8nm（b）三原色，采取平均结果，定出匹配等能光谱色的r,g,b光谱三刺激值，但在这系统中有时r,g,b会出现负值，计算不方便又不易理解，因此1931年CIE讨论推荐CIE-XYZ系统。

用数学方法推导，以假想的三原色X、Y、Z来表示。

称为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，也叫CIE1931标准色度观察者颜色匹配函数，简称CIE1931标准观察者或2 °观察者。

为了适合10 °大视场的色度测量，CIE在1964年又另规定一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”简称CIE1964标准观察者或10°观察者。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2、三刺激值的计算700400= k S R x X λλλλ∆∑700400 = k S R y Y λλλλ∆∑700400 = k S R z Z λλλλ∆∑式中：X 、Y 、Z 颜色的三刺激值，代表2 °视场的，若10 °视场为X 10、Y 10、Z 10。