光度学与色度学基本概念及应用 LCD LCM LED 背光

光源的色度指标 色温 显色性 颜色的三个心理特征 明度 色调 彩度 混色及颜色匹配
颜色与光谱
颜色 波长范围(nm) 红 620-780 橙 590-620 黄 560-590 黄绿 530-560 绿 500-530 青 470-500 兰 430-470 紫 380-430
常用LED颜色对照表
由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉， 而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参 照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比 较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。
我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”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）做参照光源。
R G B (C) (R) (G) (B) RG B RG B RG B r (R) g (G) b(B)
r g b 1
对标准白光：
R G B 1
rw gw bw 1/ 3
CIE1931-RGB真实三原色表色系统
546.1 nm b 435.8 nm
三原色色度单位量值确定
CIE规定，当三原色与亮度为5.6508 cd/m2 的等能白光 E 相匹配时，各原色各具有一个色 度学单位，即：
(R) 1.0000 cd/m (B) 0.0601 cd/m
2 2
(G) 4.5907 cd/m
dS d 2 r
发光强度
（Luminous intensity or angular intensity 单位：Candla (cd)）
点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作 Iv，即
d I d
I point
4
1 cd 1 lm/Sr
聚光膜的作用就是在总的光通量不变的条件下减小光 源向空间辐射立体角的大小以增大正视方向上的发光 强度，从而增大该方向上的亮度
色对比和色适应
在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做色 对比。它包括有明度对比、色调对比、彩度对比。 一般的颜色对比是这三种对比的综合结果。对比的 结果是增强了相邻颜色间的差异。
人眼对某一色光适应后，观察另一物体的颜色时， 不能立即获得客观的颜色印象，而带有原适应色光 的补色成份，需经过一段时间适应后才获得客观的 颜色感觉，这个过程称作色适应的过程，这种现象 称作色适应。
由于颜色是一个三维函数, 所以应该在三维空间来表示
这个锥体垂直轴表示黑、白系列明度的变化，上端是白色， 下端是黑色。
色调用水平面的圆圈表示。圆圈上的各点代表可见光谱 中各种不同的色调，圆形中心是灰色。
从圆心向外颜色的饱和度增加。由圆圈向上或向下的方 向变化时，颜色的饱和度也降低。
在颜色立体的同一水平面上颜色的色相和饱和度的改变， 不影响颜色的明度。 颜色立体
这个锥体表示人们在最暗时和最亮时对颜色的分辨能力较差, 中间亮度时分辨能力最强 。
※但对于某些颜色, 人眼对其分辨能力随亮度而加强, 直到极
亮时才急遽减少。
人眼对色调、饱和度、明度的辨别能力
人眼能辨别的色调约130种，
明度约600级，
饱和度平均约10级：红色25级、黄色4级 但当饱和度明显减小和明度特别大（或小）时，人 眼对色调的辨别大大降低。 实际上人眼能辨别的颜色数目约一万种。
晴天室内的照度为100～1000lux
阴天自然景物上的照度为1000lux
小结
1、光通量是能引起人眼反应的那部分辐射通量 2、人眼对不同波长的光刺激的反应敏感度不同 3、光度学的基本概念：光通量、发光强度、光 出射度、亮度、照度 4、光度学只能表征光明亮程度，不能表征颜色 特征
色度学基本知识
颜色与光谱 颜色的同色异谱性
光谱色三刺激值：对等能白光中的各单色光进 行一系列配色实验，可以得到各波长的等能单 色光的一系列三刺激值，称光谱色三刺激值。
C (C) r (R) g (G) b (B)
光源色 物体色
780
R k 380 PV ( )r d 780 G k 380 PV ( ) g d 780 B k 380 PV ( )b d
色光加色混色与颜料减色混色
色光加色混色：由两种以上色光相混合，呈现另一种色 光的方法，称为色光加色法 ；亮度增加最终形成白色。
颜料减色混色：红、绿、蓝任意两种颜料等量混合，均 能吸收绝大部分的辐射光而呈现具有某种色彩倾向的深 色或黑色。因此，明度低的颜料调配不出明亮的颜色， 只有明度高的颜料作为原色才能混合出数目较多的颜色， 得到较大的色域。
光度及色度学基础
什么是光度学 ?
对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射 度学；在可见光波段内，考虑到人眼的主观 因素后的相应计量学科称为光度学。
光度学的基本概念
光通量 发光效率 视见函数 发光强度 出射度 亮度 照度
光通量（ Luminous Flux 单位：lm） 指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某 一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。
显色性指数最高为100。显色性指数的高低，就表示物体 在待测光源下"变色"和"失真"的程度。
光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分：
Ra值为100～75显色性优良
Ra值为75～50 显色性一般
Ra值为50以下 显色性差
颜色的三个心理特征：
明度（Value ）：表征颜色的明亮程度。明度对应于亮度， 但明度不等于亮度：亮度是可以用光度计测量的、与人视 觉无关的客观数值，而明度则是颜色的亮度在人们视觉上 的反映，明度是从感觉上来说明颜色性质的。 色调（Hue）是指颜色的基本相貌，它是颜色彼此区别的 最主要最基本的特征，它表示颜色质的区别。色调对应于 主波长。 彩度（Chroma）：彩度又称饱和度（Saturation） ，是指 彩色的纯洁性。
CIE1976 L*a*b*色度空间
立体角solid angle
任意空间曲面对某空间点所张开锥体空间称为立体角。 立体角的单位为球面度（Sr）。 立体角的大小：以该空间点（立体角锥顶）为中心，以 任意半径r（小于空间曲面到该空间点的最小距离）作一 球面，球面被立体角锥体空间所截得的面积与半径平方 r2 之比就称为立体角的大小。整个球面的立体角为4π （Sr)。
黑挡屏 白屏 黑屏
B
人眼
C
C (C) R(R) G(G) B(B)
(C) (R) (G) (B)分别代表被配色及三原色的单位量，C、 R、G、B分别代表被配色及三原色的数量。
等能白光：假设一种混合光，它在380-780nm波 长范围内，各种波长的辐射通量均相等，其颜 色为白色。 三原色的色度单位：选一等能白光作标准，在 颜色匹配实验中选用三原色相加混合与之相匹 配，达到匹配时的三原色光通量，各为一个色 度单位。 E=1(R)+1(G)+1(B) 三刺激值：采用色度单位后，颜色匹配方程中 各原色的量为刺激值。 C(C)≡R(R)+G(G)+B(B)
＝K m
dQe, dt

V ( )d
Km 683lm / w
发光效率 luminous efficiency 白炽灯 30lm/W 日光灯 100lm/W CCFL 80lm/W LED 35lm/W
人眼（标准电子眼）对光谱的响应 1、人眼仅能感受到波长为0.38-0.78mm间的光波 2、人眼对不同波长的光有不同的响应——视见函数V(λ)
所以色温可以定义为："当某一种光源的色度与某一温度下 的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。
常见光源色温 光源 晴天室外光 全阴天室外光 白天直射日光 45°斜射日光 色温（K） 13000 6500 5550 4800
昼光色、荧光灯
氙灯 炭精灯
6500
5600 5500～6500
•光源的显色性
出射度 area intensity 单位面积光源向整个空间发出的光通量
d M dS
M plane
0 S
单位：lm/m2
亮度（luminance 单位：cd/m2） 面光源单位面积向单位立体角空间发出的光通量
d 2 dI dM L dSd dS d
其它常见单位：
照度（Il luminance单位：勒克斯lux ）
定义：单位受照面积上接收到的光通量，单位为流明 ／米2,称勒克斯。 E 发光强度为Iv的点光源在离光源的距离为r处的照度为
d dS
现实生活中的照度值： 教室中标准照明是指课桌上的照度值不低于50lux 白天无阳光直射的自然景物上的照度为1～2万lux 夜间满月下的照度为10－1 lux11
色温和显色性是光源的两个重要的色度指标
色温是衡量光源色的指标（客观）
显色性是衡量光源视觉质量的指标（主观）
同色异谱概念
两种光刺激值的光谱分布可以不同，但是颜色外貌、色 坐标可以完全相同，这种现象就是同色异谱。
与产品设计的相关联性：
•色温
黑体概念：绝对黑体，又称黑体，是一种对任何入射辐射 都完全吸收的理想吸收体。黑体对任意波长、任意方向的 入射辐射既不反射，也不透过，而是完全吸收。 黑体辐射的发射本领只与温度有关。严格地说，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。 因此我们把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。
熙提：1sb＝1cd/cm2＝104 cd/m2
亚熙提：1asb＝0.3182 cd/m2 法国,
朗伯：1L＝3.183×103cd/m2 美国 英尺朗伯：1ft∙la＝1lm/sq∙ft＝3.426cd/m2 英国 烛光每平方英尺：1cd/ft2＝10.76 cd/m2 英制 烛光每平方英寸：1cd/in2＝1550cd/m2 英制