自编色度测量实验讲义

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1、光信息科学与技术专业实验讲义色度测量实验一、实验目的建立现代色度学概念；了解色度仪原理，掌握使用方法；掌握反射样品、透射样品色度的测量技术及其计算方法；二、实验原理（一）、色度学简介色度学是研究颜色度量和评价方法的一门学科，是颜色科学领域里的一个重要部分。颜色感觉与听觉、嗅觉、味觉等都是外界刺激使人感觉器官产生的感觉。光经过物体反射或透射后刺激人眼，人眼产生了此物体的光亮度和颜色的感觉信息，并将此信息传至大脑中枢，在大脑中将感觉信息进行处理，于是形成了色知觉。人们就可辨认出此物体的明亮程度、颜色类别，颜色纯洁的程度(明度、色调、饱和度)。外界光刺激——色感觉——色知觉

2、是个复杂的过程，它涉及光学、光化学、视觉生理、视觉心理等各方面间题，要想度量色知觉量是很复杂的。心理物理学就是研究知觉量与外界刺激量之间关系而发展起来的一门学科。色度学要解决颜色的度量问题首先必须找到外界光刺激与色知觉量之间的对应关系，以便能用对光物理量的测量间接地测得色知觉量，因此应用了心理物理学的方法，通过大量的科学实验，建立了现代色度学。它是一门以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学，也是一门以大量实验为基础的实验性科学。现代色度学初步解决了对颜色作定量描述和测量的问题。描述颜色最简单的方法是用颜色名词。给每种颜色一个固定的名称，并冠以适合

3、的形容词，将这些名词汇编成颜色名词词典，为人们互相交流色知觉信息提供了一种简单、古老的方式，但它不能定量地表示色知觉量。人们还用制作标准色卡的方式来描述颜色，色卡可以有不同分类及排队方式，因而形成了不同的表色系统。例如孟塞尔表色系统，它是按照色知觉的明度、色调及饱和度这三个特征量的大小排队，井按各特征量的差值相同的原则来制作色卡，给每个色卡一定的标号，以此种色卡作为目视测量颜色的标准。用这种系统来测量颜色，在一定条件下反映了人的色知觉量。用心理物理学方法经过大量实验，研究了人眼的视觉规律而建立起来的国际照明协会的CIE色度系统，可以用数字量来表示颜色，井可用物理仪器代

4、表人眼来测量颜色。这部分内容是色度学中最基本的内容。用CIE色度系统度量的颜色是心理物理量，尚不能完全反映人们的色知觉。色度学这门科学最早开创于牛顿，他引入了颜色环的概念从而开创了建立颜色图的思想，他还提出了颜色混合中用重心原理来确定混合色结果的方法。19世纪，科学家格拉斯曼(Grassmann)、麦克斯韦(Maxwell)、赫姆霍尔兹(Helmholtz)等对色度学的进一步发展作出了巨大的贡献。奠定现代色度学基础的科学家有吉尔德(GuiId)、贾德(Judd)、麦克亚当(Macadam)、司梯鲁斯(Stiles)、莱特(Wright)和维泽斯基(Wyszecki)。

5、从1931年CIE色度学系统建立至今的50多年，色度学已取得了巨大的成绩。在工农业生产、科学技术和文化事业等部门色度学得到广泛利用，它的理论指导着彩色电视、彩色摄影和彩色印刷、染料、纺织、造纸、交通信号、照明技术等部门的工作，各色各样的侧色仪器都在产品检验和生产质量控制中获得了广泛应用。（二）色度的基本术语人们根据颜色的外貌，按直观颜色视觉的心理感受，对颜色进行系统的归纳和排列，给以相应的文字描述和数字标记。颜色可以分为彩色和非彩色两大类：非彩色是指白色，黑色和各种深浅不同的灰色。它们构成所谓的黑白系列，研究表明颜色有三种心理特性，分别可以用色调、饱和度、明度来描

6、述。1.色调表示颜色相互区分的属性。可见光谱中不同波长的光辐射在视觉上表现为不同的色调，如红、绿、蓝和黄等。光源的色调取决于人眼对其辐射的光谱构成产生的感觉；物体的色调则取决于人眼对光源光谱组成和物体表面反射（或透射）的各波长辐射的比例所产生的感觉。2.饱和度指颜色的纯洁性。可见光谱中各单色光的饱和度最高，当单色光中掺入白光愈多时，则饱和度愈低。3.明度明度是人眼感觉到颜色的明亮程度。颜色的亮度越高，眼睛就越感觉明亮，即有较高的明度。物体色的黑白系列的非彩色代表物体的光反射率的变化，在视觉上就是明度的变化，愈接近白色，明度愈高。反之，愈接近黑色，明

7、度愈低。（三）CIE1931－XYZ色度系统1.标准色度观测者光谱三刺激值颜色感觉是由于光辐射源的或被物体反射的光辐射作用于人眼的结果。因此，颜色不仅取决于光刺激，而且取决于人眼的视觉特性。关于颜色的测量和标准应该符合人眼的观测结果。但是，人眼的颜色特性对于不同的观测者或多或少会有差异，因此要求根据大量的观测者的颜色视觉实验，确定一组为匹配等能光谱色的三原色数据，称为“标准色度观测者光谱三刺激值”，以此代表人眼的平均颜色视觉特性，用于色度学的测量和计算。CIE（国际照明委员会）1931年在RGB系统的基础上采用设想的三原色（X），（Y），（Z