实验十三物体色度值的测量 研究光源或经光源照射后物体透、反射颜色的学科称为色度学.这是一门有着广泛应 用的学科,目的是对人眼能观察到的颜色进行定量的测量.无论是在纺织、印染、印刷 染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行业,还是在计量、医学、电视、电影、照相 环境美化、交通信号、产品鉴定以及遥感、信息处理和空间光学等各个领域,都离不开对 颜色的测量和研究 色度学本身涉及到物理、生理及心理等领域的知识,是一门交叉性很强的边缘学科.为 了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量,从 而能使用光学仪器对色光进行测量,以消除那些因人而异,含混不清的颜色表达方式,需 要经过大量的科学实验,将感性认识上升到理性阶段,再去指导人们对颜色的正确测量 【实验目的】 1.了解并掌握测色原理 2.了解1931 CIE xy色度图的作用 3.计算滤色镜的色度值 【实验原理】 1.色度学的两个实验结论 通过大量的有关人眼对颜色的实验,可总结出两个基本的实验事实:一个事实是三原 色合成法则,即任何颜色都能用不多于三种的合适的单色光按一定比例混合得到,这三种 色光被称为三原色.这三种单色光一般选取R(红)、G(绿)、B(蓝)三色;第二个 事实是颜色的加法法则,即在一定的观察条件下,颜色的混合满足简单相加关系,而这个 定的观察条件是相当宽的,一般的应用中都能够满足 在很多地方我们都可看到这两个法则的运用.最直接的,大家贴近仔细地瞧正在发光 地的电脑显示屏或电视机显示屏,就可看到白色的屏,是由红、绿、蓝三种颜色的小发光 点或条组成的 2.颜色三刺激值和色度空间 国际照明委员会(简称CIE)规定R、G、B三原色的波长分别为700nm、546.1nm 和4358mm.在颜色的匹配实验(所谓匹配,就是用三原色去凑到与待测的色光一致)中 发现,当这三原色光的相对亮度比例为1.0000345907:0.0601时就能匹配出等能白光.所 以CE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的各自单位量,分别记为(R)、(G)、(B), 即当颜色为等能白光时(R):(G):(B)=1:1:1.显然,当(R)、(G)、(B) 不等份时,混合的结果为色光,颜色匹配可用颜色方程表示 C=R(R)+G(G)+B(B) 式中C表示待配色光,(R)、(G)、(B)代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位
实验十三 物体色度值的测量 研究光源或经光源照射后物体透、反射颜色的学科称为色度学．这是一门有着广泛应 用的学科，目的是对人眼能观察到的颜色进行定量的测量．无论是在纺织、印染、印刷、 染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行业，还是在计量、医学、电视、电影、照相、 环境美化、交通信号、产品鉴定以及遥感、信息处理和空间光学等各个领域，都离不开对 颜色的测量和研究． 色度学本身涉及到物理、生理及心理等领域的知识，是一门交叉性很强的边缘学科．为 了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量，从 而能使用光学仪器对色光进行测量，以消除那些因人而异，含混不清的颜色表达方式，需 要经过大量的科学实验，将感性认识上升到理性阶段，再去指导人们对颜色的正确测量． 【实验目的】 1．了解并掌握测色原理； 2．了解 1931CIE xy 色度图的作用； 3．计算滤色镜的色度值． 【实验原理】 1． 色度学的两个实验结论 通过大量的有关人眼对颜色的实验，可总结出两个基本的实验事实：一个事实是三原 色合成法则，即任何颜色都能用不多于三种的合适的单色光按一定比例混合得到，这三种 色光被称为三原色．这三种单色光一般选取Ｒ（红）、Ｇ（绿）、Ｂ（蓝）三色；第二个 事实是颜色的加法法则，即在一定的观察条件下，颜色的混合满足简单相加关系，而这个 一定的观察条件是相当宽的，一般的应用中都能够满足． 在很多地方我们都可看到这两个法则的运用．最直接的，大家贴近仔细地瞧正在发光 地的电脑显示屏或电视机显示屏，就可看到白色的屏，是由红、绿、蓝三种颜色的小发光 点或条组成的． 2． 颜色三刺激值和色度空间 国际照明委员会（简称 CIE）规定 R、G、B 三原色的波长分别为 700 nm、546.1 nm 和 435.8 nm．在颜色的匹配实验（所谓匹配，就是用三原色去凑到与待测的色光一致）中 发现，当这三原色光的相对亮度比例为 1.0000：4.5907：0.0601 时就能匹配出等能白光．所 以 CIE 选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的各自单位量，分别记为（R）、（G）、（B）， 即当颜色为等能白光时（R）：（G）：（B）=1：1：1．显然，当（R）、（G）、（B） 不等份时，混合的结果为色光，颜色匹配可用颜色方程表示 () () += + (BBGGRRC ) （1） 式中 C 表示待配色光，（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位 - 68 -
B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色单位量的份数,这个份数被称 为颜色刺激值,相当于色光C中的权重 按照颜色的加法法则,权重的比例不变,颜色就不变,但总的光能可以变化,所以C 的数值大小表示了亮度.很明显,当红、绿、蓝三原色单位量已定的条件下,对某一色光 来说R、G、B的各份量大小是唯一确定的,所以我们可以用R、G、B构成一个色度空间, 而C是色度空间的一个点.又因为红、绿、蓝三原色的单位化只是一个比例关系,可相差 个比例常数,所以C的坐标不用R、G、B直接表示,而是用在总量中占的比例,即R G、B的相对大小来表示 3.光谱三刺激值和1931CIE-XYZ标准色度系统 如果取色光C为单一波长的光,那么匹配所得到的份数就是这个单色光的刺激值.如 果C的波长遍及可见光范围,则可得到刺激值按波长的变化,这个变化称为光谱三刺激 值.它反映了人眼对光~色转换按波长变化的规律,这是颜色定量测量的基础.这相当于 眼睛有三个独立的探测通道,每一个通道的光谱灵敏度即光谱响应就是光谱三刺激值.显 然,为了得到正确的光谱三刺激值,每一被测波长光的光强必须相等 CIE-RGB光谱三刺激值是以317位正常视觉者,用CE规定的红、绿、蓝三原色光, 对等能光谱色从380mm到780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的.实验时,匹 配到光谱中某个一波长为等能光谱色时所需要的红、绿、蓝三原色数量,称为 CIE-RGB光 谱三刺激值,记为r()、g()、b(4).它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、 绿、蓝三原色的专用符号.因此,匹配某波长λ的等能光谱色C(4)的颜色方程为 C()=r(x)(R)+g()(G)+b(aXB) (2) 上面介绍的表色系统称为1931 CIE-RGB真实三原色表色系统,但在实际应用中十分 不便,因此CIE推荐了一个新的国际色度学系统-1931CIE-XYZ系统,又称为XYZ国际 坐标制.它是通过对R、G、B三刺激值进行坐标转换完成的.其转换关系如式3所示 X=0.490R+0.310G+0.200B y=0.177R+0.812G+0.011B Z=0.010G+0.990B 对应的光谱三刺激值记为x(x)、y()、=().其中y()曲线被调整到恰好等于明视 觉光谱光效率函数(4).因而用y()曲线还可以用来计算一个色光的亮度特性.x() y()、=(4)按波长的变化如图1所示 明视觉光谱效率函数是指在明视觉条件下,用等能光谱色照射时,亮度随波长变化的 相对关系,它反映了人眼对光的亮度感觉.式(2)中的C(A)在数值上表示等能光谱色 的相对亮度,就是V(4).如图2所示,其中最大值为C(555 4.色度坐标 同样,在ⅩYZ标准色度系统中,色度空间坐标也用三原色各自在(X+Y+Z)总量
量．R、G、B 分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色单位量的份数，这个份数被称 为颜色刺激值，相当于色光Ｃ中的权重． 按照颜色的加法法则，权重的比例不变，颜色就不变，但总的光能可以变化，所以 C 的数值大小表示了亮度．很明显，当红、绿、蓝三原色单位量已定的条件下，对某一色光 来说 R、G、B 的各份量大小是唯一确定的，所以我们可以用 R、G、B 构成一个色度空间， 而 C 是色度空间的一个点．又因为红、绿、蓝三原色的单位化只是一个比例关系，可相差 一个比例常数，所以 C 的坐标不用 R、G、B 直接表示，而是用在总量中占的比例，即 R、 G、B 的相对大小来表示． 3．光谱三刺激值和 1931CIE-XYZ 标准色度系统 如果取色光Ｃ为单一波长的光，那么匹配所得到的份数就是这个单色光的刺激值．如 果Ｃ的波长遍及可见光范围，则可得到刺激值按波长的变化，这个变化称为光谱三刺激 值．它反映了人眼对光～色转换按波长变化的规律，这是颜色定量测量的基础．这相当于 眼睛有三个独立的探测通道，每一个通道的光谱灵敏度即光谱响应就是光谱三刺激值．显 然，为了得到正确的光谱三刺激值，每一被测波长光的光强必须相等． CIE-RGB 光谱三刺激值是以 317 位正常视觉者，用 CIE 规定的红、绿、蓝三原色光， 对等能光谱色从 380 nm 到 780 nm 所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的．实验时，匹 配到光谱中某个一波长为等能光谱色时所需要的红、绿、蓝三原色数量，称为 CIE-RGB 光 谱三刺激值，记为 r λ)( 、g λ)( 、b λ)( ．它是 CIE 在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、 绿、蓝三原色的专用符号．因此，匹配某波长λ的等能光谱色 C（λ）的颜色方程为 ( ) ( )( ) ( )( ) ++= (λλλλ )(BbGgRrC ) （2） 上面介绍的表色系统称为 1931CIE-RGB 真实三原色表色系统，但在实际应用中十分 不便，因此 CIE 推荐了一个新的国际色度学系统—1931CIE-XYZ 系统，又称为 XYZ 国际 坐标制．它是通过对 R、G、B 三刺激值进行坐标转换完成的．其转换关系如式 3 所示： BGZ BGRY BGRX 990.0010.0 011.0812.0177.0 200.0310.0490.0 += ++= += + （3） 对应的光谱三刺激值记为 x( ) λ 、 y(λ)、 z(λ)．其中 y(λ)曲线被调整到恰好等于明视 觉光谱光效率函数V ( ) λ ．因而用 y(λ)曲线还可以用来计算一个色光的亮度特性． x( ) λ 、 y( ) λ 、 z( ) λ 按波长的变化如图 1 所示． 明视觉光谱效率函数是指在明视觉条件下，用等能光谱色照射时，亮度随波长变化的 相对关系，它反映了人眼对光的亮度感觉．式（2）中的 C（λ）在数值上表示等能光谱色 的相对亮度，就是V λ)( ．如图 2 所示，其中最大值为 C（555）． 4．色度坐标 同样，在 XYZ 标准色度系统中，色度空间坐标也用三原色各自在（ X Y ++ Z ）总量 - 69 -
2.0 1.0 0.8 相 值 0.0 波长(nm) 700 图1CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值 图2明视觉光谱效率函数V(4) 中的相对比例来表示 除颜色的明度可直接由Y表示外,其余的三个色度坐标分别为 X+y+Z (4) X+ytz X+y+Z 由于(x+y+z)=1,故色度坐标一般只 选用x、y即可 5.色度图 0.8/5 在颜色匹配实验中所得到的R、G、B 0. 的量值称为颜色三刺激值.在ⅩYZ标准色 度系统中就是X、Y、Z.综上所述,任何颜0.6 色光都可以被分解为三个对人眼的颜色刺 500 激值X、Y、Z.因此,包括光源颜色,物体 的透、反射颜色等等自然界所能观察到的任 0.4 何颜色均能由Y、x、y这三个参数来表征,0.3490 其中x、y表示了色调、饱和度,而Y表示 700 0.2 把上述的规律归纳起来,可以集中地表01/:80+1 了亮度 示在193CE-xy色度图中.如图3,色度 图的x坐标相当于红原色的比例,y坐标相 0.10.20.30.40.50.60.7x 当于绿原色的比例.因为z=1-(x+y), 则蓝原色的比例就无需给出.图中的偏马蹄 图31931 CIE XY色度图
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 400 500 600 700 中的相对比例来表示． 除颜色的明度可直接由 Y 表示外，其余的三个色度坐标分别为 ++ = ZYX Z z ZYX Y y ZYX X x ++ = ++ = （4） 由于（x ＋y ＋z）＝1，故色度坐标一般只 选用x、y即可． 5．色度图 在颜色匹配实验中所得到的 R、G、B 的量值称为颜色三刺激值．在 XYZ 标准色 度系统中就是 X、Y、Z．综上所述，任何颜 色光都可以被分解为三个对人眼的颜色刺 激值 X、Y、Z．因此，包括光源颜色，物体 的透、反射颜色等等自然界所能观察到的任 何颜色均能由 Y、x、y 这三个参数来表征， 其中 x、y 表示了色调、饱和度，而 Y 表示 了亮度． 把上述的规律归纳起来，可以集中地表 示在 1931CIE-xy 色度图中．如图 3，色度 图的 x 坐标相当于红原色的比例，y 坐标相 当于绿原色的比例．因为 z = 1-（x + y）， 则蓝原色的比例就无需给出．图中的偏马蹄 80 三刺激值 波 长 (nm) z λ)( 0 y λ)( x λ)( 400 500 600 700 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 相对值 波长 (nm) 图 1 CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值 图 2 明视觉光谱效率函数 V（λ） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x y 470 380 450 480 500 520 540 560 580 600 620 650 700 C E 490 510 530 550 570 590 S Q 紫红 红 橙 黄 黄绿 绿 兰绿 兰 图 3 1931CIE xy 色度图 - 70 -
形曲线是光谱轨迹.连接400nm和700nm的直线是无法用单色可见光表示的紫红色,它 是由光谱两端的红和紫色混合后所得到的非光谱色.凡是偏马蹄形曲线内部的所有坐标点 (包括这条封闭曲线本身)都是物理上能够实现的颜色 由于三原色的份量各占1/3,所以色度坐标为x=y=2=033的E点称为“等能白”.这 是一个假想的白光,而用于颜色测量中的三个由CIE规定的标准光源A、C、D则分别位 于E点的周围(物体的颜色与照明光源有关) 例如颜色Q的坐标为:x=016、y=05-色S的坐标为:x=050、y=034.在 用标准C光源照明时,可由C点过Q作一直线至光谱轨迹相交处,即得知颜色Q的主波 长为5113mm.此处的光谱轨迹上的颜色就相当于颜色Q的色调(绿色).同理,由C点 经S点连线后交于光谱轨迹上,又可得知颜色S的主波长为595m(橙色).某一颜色离 开C点接近光谱轨迹的程度表明此颜色的纯度,即相当于它的饱和度.愈靠近光谱轨迹处 颜色的纯度愈高.QS联线上将能得到此橙绿两种颜色相混合后的各种中间色.过C点的 直线交于光谱轨迹上两个交点,系表示此两种颜色成互补关系.即是说,凡过C点所有直 线的端点对应出的这两个颜色经适当混合后将会得到中性色 6.标准照明体A和标准光源A 我们知道,照明光源对物体的颜色影响很 大.不同的光源,有着各自的光谱能量分布及颜 色,在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之 变化.为了统一对颜色的认识,首先必须规定标200 准的照明光源.因为光源的颜色与光源的色温密 切相关,所以CE规定了标准照明体的色温标准, 其中常用的是标准照明体A,代表黑体在2856K发 100 出的光(X0=109.87,Y0=100.00,Z0=35.59) CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量 分布,并不是一个物理上的光源.为了实现CIE 规定的标准照明体的要求,还必须规定标准光源, 以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分 图4A光源的功率分布 布.对于标准照明体A,CIE推荐的标准光源A 为色温为2856K的充气螺旋钨丝灯,其光色偏黄.其光谱分布如图4所示 7.光的色度学参数计算方法 前面已指出,任何颜色光都可以被分解为三个对人眼的颜色刺激值X、Y、Z.所以颜 色的测量就归结于如何计算ⅹ、Y、Z.而计算的基础就是人眼的光~色转换规律:光谱 三刺激值 由于光谱三刺激值是在等能光谱色条件下测定的,而要探测的光的光强按波长有强弱 的变化,必须对光谱刺激值按探测的光的光强变化乘上一个比例因子.很容易想到,这个 比例因子就是被测光的光谱功率分布一一光强与波长的关系.又考虑到色光加法原理我们 即可得出X、Y、Z的计算方法 如果用S(4)表示某待测光源的相对光谱功率分布,则该光源的三刺激值应为
形曲线是光谱轨迹．连接 400 nm 和 700 nm 的直线是无法用单色可见光表示的紫红色，它 是由光谱两端的红和紫色混合后所得到的非光谱色．凡是偏马蹄形曲线内部的所有坐标点 （包括这条封闭曲线本身）都是物理上能够实现的颜色． 由于三原色的份量各占 1/3，所以色度坐标为 x = y = z = 033 . 的 E 点称为“等能白”．这 是一个假想的白光，而用于颜色测量中的三个由 CIE 规定的标准光源 A、C、D 则分别位 于 E 点的周围（物体的颜色与照明光源有关）． 例如颜色 Q 的坐标为：xQ = 16.0 、 = 55.0 Qy ，颜色 S 的坐标为：xs = 50.0 、 ．在 用标准 C 光源照明时，可由 C 点过 Q 作一直线至光谱轨迹相交处，即得知颜色 Q 的主波 长为 511.3 nm．此处的光谱轨迹上的颜色就相当于颜色 Q 的色调（绿色）．同理，由 C 点 经 S 点连线后交于光谱轨迹上，又可得知颜色 S 的主波长为 595 nm（橙色）．某一颜色离 开 C 点接近光谱轨迹的程度表明此颜色的纯度，即相当于它的饱和度．愈靠近光谱轨迹处， 颜色的纯度愈高．QS 联线上将能得到此橙绿两种颜色相混合后的各种中间色．过 C 点的 直线交于光谱轨迹上两个交点，系表示此两种颜色成互补关系．即是说，凡过 C 点所有直 线的端点对应出的这两个颜色经适当混合后将会得到中性色． ys = 43.0 6．标准照明体Ａ和标准光源Ａ 我们知道，照明光源对物体的颜色影响很 大．不同的光源，有着各自的光谱能量分布及颜 色，在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之 变化．为了统一对颜色的认识，首先必须规定标 准的照明光源．因为光源的颜色与光源的色温密 切相关，所以CIE规定了标准照明体的色温标准， 其中常用的是标准照明体A，代表黑体在 2856K发 出的光（X0 = 109.87，Y0 = 100.00，Z0 = 35.59）． CIE 规定的标准照明体是指特定的光谱能量 分布，并不是一个物理上的光源．为了实现 CIE 规定的标准照明体的要求，还必须规定标准光源， 以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分 布．对于标准照明体 A，CIE 推荐的标准光源 A 为色温为 2856 K 的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄．其光谱分布如图 4 所示． 400 500 600 700 nm 100 200 S A 图 4 A 光源的功率分布 7．光的色度学参数计算方法 前面已指出，任何颜色光都可以被分解为三个对人眼的颜色刺激值 X、Y、Z．所以颜 色的测量就归结于如何计算 X、Y、Z．而计算的基础就是人眼的光 ～ 色转换规律：光谱 三刺激值． 由于光谱三刺激值是在等能光谱色条件下测定的，而要探测的光的光强按波长有强弱 的变化，必须对光谱刺激值按探测的光的光强变化乘上一个比例因子．很容易想到，这个 比例因子就是被测光的光谱功率分布――光强与波长的关系．又考虑到色光加法原理我们 即可得出 X、Y、Z 的计算方法： 如果用S( ) λ 表示某待测光源的相对光谱功率分布，则该光源的三刺激值应为 - 71 -
X=(s(2)x()d元 y=s(a)y(a)da Z=k「S(x)z(x)d2 式中,常数k= ∫s()2,称为调整因子,它是将Y值调整为100时0得到的常数项光 谱刺激值x(2)、y(4)、=(4)可由查表得到.所以只要测得S(x)就能计算X、Y、Z,进而 根据式(4)求出色度坐标 在实际计算时,积分可用求和代替 X=k∑S(4)x()△ y=k∑S(4)(2)△ z=∑S(4)2()△A 例:已测量到被测光谱S(2)由两根线谱构成,其波长为500m,600nm,光强比为 2:1,线宽为△=1nm.在此基础上加一滤色片,此时测得的光强分别是原来的1/4和1/2 分别计算Y,x,y,并简单讨论 由图1或附表可查得: 波长为500m的光谱三刺激为:x()=000,y(2)=0.32,=(x)=027 波长为600mm的光谱三刺激为:x(x)=1.05,y()=061,z()=0.00 X=k(2×0.00+1×105)=1.05k Y=k(2×0.32+1×061)=125k Z=k(2×0.27+1×000)=054k k=100/1.25=800,所以有X=84,Y=100,Z=43,这里Y=100,其意义是把被测 光当作光源看,其相对亮度为100%,算出x=0.38,y=0.45。由图4可知其坐标点位于黄 绿区,而且近于E点,偏白,说明颜色的纯度不高,虽然单根谱线的纯度为1009 加入滤色片后 X=k(2×1/4×000+1×1/2×105)=0.52k=42 Y=k(2×1/4×0.32+1×1/2×061)=046k=3 Z=k(2×1/4×0.27+1×12×000)=0.54k=43 这里的k要用前面已算出的值,由此可见,由于滤色片的加入,Y=37%,即其亮度 减少了63%,x=0.49,y=0.42.由图4可知其坐标点由于滤色片的影响而偏向于红区 对透射物体而言,公式(6)中的S(a)项将包含两个内容:S()=S2(2)(x).其中S() 是透射某物体时所用光源的相对光谱功率分布常用的光源是标准A光源而透射率()则
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) λλλ λλλ λλλ d d d zSkZ ySkY xSkX ∫ ∫ ∫ = = = （5） 式中，常数 ( ) ( )dλλλ 100 yS k ∫ = ，称为调整因子，它是将 Y 值调整为 100%时得到的常数项．光 谱刺激值 x( ) λ 、 y(λ)、 z( ) λ 可由查表得到．所以只要测得S(λ) 就能计算 X、Y、Z，进而 根据式（4）求出色度坐标． 在实际计算时，积分可用求和代替： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) λλλ λλλ λλλ = Δ = Δ = Δ ∑ ∑ ∑ zSkZ ySkY xSkX （6） 例：已测量到被测光谱S( ) λ 由两根线谱构成，其波长为 500 nm，600 nm，光强比为 2:1，线宽为 λ =Δ 1nm．在此基础上加一滤色片，此时测得的光强分别是原来的 1/4 和 1/2， 分别计算 Y，x，y，并简单讨论． 由图 1 或附表可查得： 波长为 500 nm 的光谱三刺激为： x(λ) = 00.0 ， y(λ) = 32.0 ， z(λ) = 27.0 波长为 600 nm 的光谱三刺激为： x(λ) = 05.1 ， y(λ) = 61.0 ， z(λ) = 00.0 ( ) ( ) kZ ( ) k kY k kX k 54.000.0127.02 25.161.0132.02 05.105.1100.02 =×+×= =×+×= ×= + × = k = 100/1.25 = 80.0，所以有 X = 84，Y = 100，Z = 43，这里 Y = 100，其意义是把被测 光当作光源看，其相对亮度为 100%，算出 x = 0.38，y = 0.45。由图 4 可知其坐标点位于黄 绿区，而且近于 E 点，偏白，说明颜色的纯度不高，虽然单根谱线的纯度为 100% 加入滤色片后 ( ) ( ) ( ) 4354.000.021127.0412 3746.061.021132.0412 4252.005.121100.0412 ==××+××= ==××+××= ××= + × × = = kZ k kY k kX k 这里的 k 要用前面已算出的值，由此可见，由于滤色片的加入，Ｙ＝37%，即其亮度 减少了 63%，x = 0.49，y = 0.42．由图 4 可知其坐标点由于滤色片的影响而偏向于红区。 对透射物体而言，公式（6）中的 S(λ)项将包含两个内容： (λ) = SS N (λ)( ) τ λ ．其中 ( ) N S λ 是透射某物体时所用光源的相对光谱功率分布，常用的光源是标准Ａ光源．而透射率τ ( ) λ 则 - 72 -
是表示在某个波长值下,出射光强与入射光强的比值,即 r()=2E( E),因此,对透视物体的颁色三剩激值有 X=S(2)()x) y=kSA(2)(2)y()d (7) Z=」S()(1)()d 同理,对反射物体也是相应处理,其实,我们关心的只是光的功率谱S(2).至于如何得到 它并不是色度学所关心的. 表1列出了CIE标准照明体A(即:标准A光源)的相对功率谱和CIE1931标准观 察者光谱三刺激值x()、y(4)、(4)的加权值,以便于实验结果计算 【实验仪器】 平面光栅单色仪、光电倍增管、标准A光源和R、G、B色滤色镜等 【实验内容】 1.画一张1931CIE-xy色度图,建议用 oringin画这张图,画这张图时需要大量的数据, 我们已经放在了选课网上(进入“实验预习”后选择本实验即可),是 excell形式,很容 易与 oringin接口(也可参见附图1 2.安排合理的光路,测量R、G、B三色滤色镜的透过率r() 3.用实验室给出的标准A光源校准整个测量系统的光谱响应,在此基础上测量色光源 的光谱.设标准A光源的光谱为SA(),未知色光源的光谱为Sx(),测量系统的光谱响 应为D(),对两个光源分别测量可得到:4()=D()SA(2),A2(x)=D(2)S2(2).所 s()=4)S;() (8) A1( 4.作R、G、B三色滤色镜的透过率曲线和色光源的发光光谱曲线,计算色度值Y、x、 y,并在193CIE-xy色度图上作图,求出主波长并讨论 为保证实验精度,Aλ的取值不能太大,实验中可从400m开始,每隔10nm读取 个数值,直至750nm为止.在实验前,请仔细阅读有关实验仪器的使用说明 【思考题】
是表示在某个波长值下，出射光强与入射光强的比值，即 ( ) ( ) ( ) λ λ λτ i o E E = ．因此，对透视物体的颜色三刺激值有 ( ) ( ) ( ) ()() ( ) ()() ( ) λλλτλ λλλτλ λλλτλ dzSkZ SkY dy SkX dx A A A ∫ ∫ ∫ = = = （7） 同理，对反射物体也是相应处理，其实，我们关心的只是光的功率谱 S(λ) ．至于如何得到 它并不是色度学所关心的． 表 1 列出了 CIE 标准照明体 A（即：标准 A 光源）的相对功率谱和 CIE 1931 标准观 察者光谱三刺激值 x(λ)、 y( ) λ 、 z(λ)的加权值，以便于实验结果计算． 【实验仪器】 平面光栅单色仪、光电倍增管、标准 A 光源和 R、G、B 色滤色镜等． 【实验内容】 1．画一张 1931CIE-xy 色度图，建议用 oringin 画这张图，画这张图时需要大量的数据， 我们已经放在了选课网上（进入“实验预习”后选择本实验即可），是 excell 形式，很容 易与 oringin 接口（也可参见附图 1）． 2．安排合理的光路，测量 R、G、B 三色滤色镜的透过率τ (λ)． 3．用实验室给出的标准Ａ光源校准整个测量系统的光谱响应，在此基础上测量色光源 的光谱．设标准Ａ光源的光谱为 (λ) A S ，未知色光源的光谱为 (λ) X S ，测量系统的光谱响 应为 D( ) λ ，对两个光源分别测量可得到： (λ) (λ) (λ) A 1 = SDA ， (λ) () ( λ λ) X 2 = SDA ．所 以有： ( ) ( ) ( ) ( ) λ λ λ X λ S A A A S 1 2 = （8） 4．作 R、G、B 三色滤色镜的透过率曲线和色光源的发光光谱曲线，计算色度值 Y、x、 y，并在 1931CIE-xy 色度图上作图，求出主波长并讨论． 为保证实验精度，Δλ 的取值不能太大，实验中可从 400 nm 开始，每隔 10 nm 读取一 个数值，直至 750 nm 为止．在实验前，请仔细阅读有关实验仪器的使用说明． 【思考题】 - 73 -
1.什么是光谱三刺激值?光谱三刺激值有什么意义? 2.什么是颜色三刺激值?它与光谱三刺激值是什么关系? 【参考资料】 [崔唯编著.色彩构成.北京:中国纺织出版社,199 [2]安宁编著.色彩原理与色彩构成.北京:中国美术学院出版社,1999 [3]汤顺青主编.色度学.北京:北京理工大学出版社,1990 [4]杜功顺编.印刷色彩学.印刷工业出版社,1995
1．什么是光谱三刺激值？光谱三刺激值有什么意义？ 2．什么是颜色三刺激值？它与光谱三刺激值是什么关系？ 【参考资料】 [1] 崔唯编著．色彩构成．北京：中国纺织出版社，1996 [2] 安宁编著．色彩原理与色彩构成．北京：中国美术学院出版社，1999 [3] 汤顺青主编．色度学．北京：北京理工大学出版社，1990 [4] 杜功顺编．印刷色彩学．印刷工业出版社，1995 - 74 -
【附录】 cIE标准照明体A与光谱三刺激值的加权值 (A=380-780nm;AA=5nm) 波长 波长 )(a)x() S A(A)() S 4(A)-(2) S A()(A) S A()(2) S A(A)-(4) 00060000002958 4.8594 4613900090 390 00024000000011359 5.7896 4.2704 0.0062 00047 000100224 0.0097 63518 0.0048 0.003 00356000100169961 3.1780 0.0019 00694000200339 0877 2862200013 6525358 00077 74 62 3126721901 0.0007 430 0324600133 1.5840 4.4962 1852300000 0405500207 003663 046320 0.4976 0.0426 450051550058327173650 08183 0.0000 4550.5230007882.86216551.70780637200000 0.1052 660 046900.13802.8539 09850036250000 388 0.1808 670 02651 475 0299802375 21979 675 053680195800000 013720400414575 685 0287701041 0.0000 0079905196 0201900729 003870681309608 0.142900515000 013 700 77 505 000701187806191 705007560027100000 510 0.028 6054 1.5398 04843 00549001990000 0039400144 5502627 0283000970000 2503849278590.201272500158 53 06069316090154773 001400005000000 0.8631 3.4987 0.1140 0.0041 0.0000 540 1.1567 3799900809 0.0031 00000 284 00375 00032000100000 4701 602.75504611000181 0021 0001000000 3.2564 4.69 57037853 4529 00130 765 0.0011 0000000000 0010177 0001 000000000 00092 4.8594 总和 X,y,z109847210000 35.5824 0.4476 0.4074 x,y,二
【附录】 CIE 标准照明体 A 与光谱三刺激值的加权值 （λ ＝380－780 nm； Δλ ＝ 5 nm） 波长 λ(nm) ( ) ( ) λλ A xS )()(A yS λλ S z A() () λ λ 波长 λ(nm) S x A() () λ λ S y A() () λ λ S z A() () λ λ 380 0.0006 0.0000 0.0029 580 4.8594 4.6139 0.0090 385 0.0011 0.0000 0.0053 585 5.3549 4.4668 0.0077 390 0.0024 0.0000 0.0113 590 5.7896 4.2704 0.0062 395 0.0047 0.0001 0.0224 595 6.1403 4.0379 0.0058 400 0.0097 0.0003 0.0463 600 6.3518 3.7733 0.0048 405 0.0174 0.0004 0.0825 605 6.4299 3.4855 0.0037 410 0.0356 0.0010 0.1699 610 6.3345 3.1780 0.0019 415 0.0694 0.0020 0.3319 615 6.0877 2.8622 0.0013 420 0.1308 0.0039 0.6283 620 5.6865 2.5358 0.0013 425 0.2269 0.0077 1.0974 625 5.1267 2.1901 0.0007 430 0.3246 0.0133 1.5840 630 4.4962 1.8523 0.0000 435 0.4055 0.0207 2.0036 635 3.8779 1.5529 0.0000 440 0.4632 0.0306 2.3236 640 3.2791 1.2812 0.0000 445 0.4976 0.0426 2.5484 645 2.7004 1.0344 0.0000 450 0.5155 0.0583 2.7173 650 2.1681 0.8183 0.0000 455 0.5230 0.0788 2.8621 655 1.7078 0.6372 0.0000 460 0.5097 0.1052 2.9254 660 1.3141 0.4861 0.0000 465 0.4690 0.1380 2.8539 665 0.9850 0.3625 0.0000 470 0.3882 0.1808 2.5581 670 0.7241 0.2651 0.0000 475 0.2998 0.2375 2.1979 675 0.5368 0.1958 0.0000 480 0.2138 0.3108 1.8179 680 0.4022 0.1461 0.0000 485 0.1372 0.4004 1.4575 685 0.2877 0.1041 0.0000 490 0.0799 0.5196 1.1322 690 0.2019 0.0729 0.0000 495 0.0387 0.6813 0.9608 695 0.1429 0.0515 0.0000 500 0.0136 0.8960 0.7545 700 0.1047 0.0377 0.0000 505 0.0070 1.1878 0.6191 705 0.0756 0.0271 0.0000 510 0.0285 1.5398 0.4843 710 0.0549 0.0199 0.0000 515 0.0934 1.9818 0.3585 715 0.0394 0.0144 0.0000 520 0.2127 2.3855 0.2627 720 0.0283 0.0097 0.0000 525 0.3849 2.7859 0.2012 725 0.0158 0.0069 0.0000 530 0.6069 3.1609 0.1547 730 0.0140 0.0050 0.0000 535 0.8631 3.4987 0.1140 735 0.0101 0.0041 0.0000 540 1.1567 3.7999 0.0809 740 0.0072 0.0031 0.0000 545 1.4904 4.0616 0.0555 745 0.0052 0.0021 0.0000 550 1.8660 4.2841 0.0375 750 0.0032 0.0010 0.0000 555 2.2887 4.4701 0.0255 755 0.0021 0.0010 0.0000 560 2.7550 4.6110 0.0181 760 0.0021 0.0010 0.0000 565 3.2564 4.6974 0.0130 765 0.0011 0.0000 0.0000 570 3.7853 4.7285 0.0101 770 0.0011 0.0000 0.0000 575 4.3259 4.7002 0.0092 775 0.0000 0.0000 0.0000 580 4.8594 4.6139 0.0090 780 0.0000 0.0000 0.0000 总和： X，Y，Z x，y，z 109.8472 0.4476 100.0000 0.4074 35.5824 0.1450 - 75 -