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1、关于食品的光学性质1第一页，讲稿共九十二页哦27.1光的吸收、反射、折射、散射、衍射和色散光的吸收、反射、折射、散射、衍射和色散光光通通过过介介质质时时，一一部部分分在在界界面面上上被被反反射射，一一部部分分被被介介质质吸吸收收，另另一一部部分分被被介介质质散散射射，余余下下部部分分按按一一定定折折射射方方向向继继续续前前进进(这这部部分分也也可可以以叫做透射光叫做透射光)。因因此此，通通过过介介质质透透出出的的光光强强度度必必然然比比入入射射光光弱弱。同同时时，由由于于不不同同波波长长的的光光在在介介质质中中的的传传播播速速度度不不同同，因因而而同同一一介介质质对对不不同同波波长长的的光光，
2、有有不不同同的的折折射射率率，所所以以一一束束白白光光或或复复合合光光在在折折射射时时，只只要要入入射射角角不不为为零零，则则不不同同波波长长的的光光，将将按按不不同同的的折折射射角角而而散散开开，称称之之为为色色散。散。由由此此可可见见，光光的的吸吸收收、反反射射、折折射射、散散射射、衍衍射射和和色色散散是是光光在在介质中传播时所发生的普遍现象。介质中传播时所发生的普遍现象。第二页，讲稿共九十二页哦37.1.1光的吸收光的吸收由于光是一种能量流，在光通过材料传播时由于光是一种能量流，在光通过材料传播时，会引起材料的价电，会引起材料的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一部分变成热能，导致光能
3、的衰子跃迁或使原子振动，从而使光能的一部分变成热能，导致光能的衰减，这种现象称为光的吸收。被吸收的光强与吸收体的厚度成正比。减，这种现象称为光的吸收。被吸收的光强与吸收体的厚度成正比。物物质质对对光光的的吸吸收收有有选选择择性性。同同一一介介质质对对不不同同波波长长(不不同同颜颜色色)的的光光的的吸吸收收程程度度不不等等。无无色色透透明明物物质质，例例如如玻玻璃璃，对对可可见见光光(波波长长在在400一一800nm之之间间)吸吸收收很很少少。通通常常lcm厚厚的的玻玻璃璃对对可可见见光光只只吸吸收收约约1%，但但玻玻璃璃对对紫紫外外线线吸吸收收较为显著。石英对紫外线吸收不多，而对红外线吸收性较
4、强。较为显著。石英对紫外线吸收不多，而对红外线吸收性较强。一一般般有有有有色色色色透透透透明明明明体体体体，例例如如红红色色玻玻璃璃对对红红、橙橙色色光光吸吸收收较较弱弱(透透过过较较多多)，而而对其他色光吸收较强。诸如这类现象称为透明介质对光的选择透射。对其他色光吸收较强。诸如这类现象称为透明介质对光的选择透射。不不透透明明物物质质对对光光也也有有选选择择性性，相相对对来来说说也也就就是是选选择择反反射射。白白色色物物体体对对各各种波长的可见光的吸收程度很小，而反射程度很大。种波长的可见光的吸收程度很小，而反射程度很大。有有色色物物体体对对可可见见光光的的选选择择反反射射性性显显著著。例例如
5、如黄黄色色物物体体对对黄黄色色光光反反射射最最强强，对对橙橙色色和和绿绿色色光光反反射射很很弱弱，而而对对其其他他红红、蓝蓝等等色色光光吸吸收收很很强强;蓝蓝色色物物体体对对蓝蓝色色反反射射最最强强，对对绿绿色色和和靛靛色色光光反反射射很很弱弱，对对其其他他黄黄、紫紫、红红等等色色光光吸吸收收很很强强。因因此此，黄黄色色颜颜料料与与蓝蓝色色颜颜料料混混合合而而成成绿绿色色颜颜料料，即即为为剩剩余反射现象。余反射现象。第三页，讲稿共九十二页哦4介质吸收光能，引起介质中电子的受迫震动，进而转化为其他形介质吸收光能，引起介质中电子的受迫震动，进而转化为其他形式的能。式的能。设强度为设强度为I 的某种
6、光，通过厚度为的某种光，通过厚度为dx的某种均匀介质层，因被介质吸收的某种均匀介质层，因被介质吸收部分光能量而使强度减少部分光能量而使强度减少dI，如图，如图7一一1所示，朗伯（所示，朗伯（Lambert），指出），指出()与吸收层厚度与吸收层厚度dx成正比，即有成正比，即有:式中式中a与介质性质和光波的波长有关，称为该介与介质性质和光波的波长有关，称为该介质对该种质对该种光的吸收系数光的吸收系数。当介质总厚度为当介质总厚度为x x，原入射光强度为，原入射光强度为I0，通过，通过整个介质以后的光强度为整个介质以后的光强度为I，将上式积分，得，将上式积分，得亦即亦即:或或第四页，讲稿共九十二页哦
7、5此即为朗伯定律的数学表达式。对于选择吸收的物质来说，在吸收波段内，此即为朗伯定律的数学表达式。对于选择吸收的物质来说，在吸收波段内，a可以很大，可以很大，a越大，表示吸收越强。当介质总厚度越大，表示吸收越强。当介质总厚度x1/a时，由式时，由式(7-2)得得也就是说，厚度为也就是说，厚度为a的介质层，可使光强减弱到原有光强的的介质层，可使光强减弱到原有光强的1/2.72。实验证明，稀溶液对光的吸收系数实验证明，稀溶液对光的吸收系数a与其浓度与其浓度c成正比，即有成正比，即有akiC的的关系，式中关系，式中ki为决定于吸收物质的分子特性，而与浓度无关的另一常为决定于吸收物质的分子特性，而与浓度
8、无关的另一常数。由此，式数。由此，式(7一一2)变为变为根据光在溶液中的被吸收的程度，可以决定溶液的浓度，这就是吸根据光在溶液中的被吸收的程度，可以决定溶液的浓度，这就是吸收光谱分析的原理。此式称为收光谱分析的原理。此式称为比尔定律比尔定律。第五页，讲稿共九十二页哦67.1.2光的反射光的反射光的反射：光的反射：光从一种介质射向另一种光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的改变，这种现象称为光的反射反射。光的反射定律：光的反射定律：反射反射光线与入射光线、光线与入射光线、
9、法线在同一平面上；反射光线和入法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；射光线分居在法线的两侧；反射反射角角等于入射角可归纳为：等于入射角可归纳为：“三线共面，三线共面，两线分居，两角相等两线分居，两角相等”。第六页，讲稿共九十二页哦7当光从一种介质进入另一种介质时，一部分被反射，另一部分穿当光从一种介质进入另一种介质时，一部分被反射，另一部分穿入。反射的多少视两种介质折射率的比例而定，此外，还依赖于入射入。反射的多少视两种介质折射率的比例而定，此外，还依赖于入射角度，这些关系可由菲涅耳公式阐明角度，这些关系可由菲涅耳公式阐明:式中，式中，为入射角，为入射角，为折射角；下标为折射角
10、；下标S表示垂直于入射面的电场分量；表示垂直于入射面的电场分量；P表示在入射面内的电场分量；表示在入射面内的电场分量；Rs，Rp为反射光的电场分量；为反射光的电场分量；Es，Ep为为入射光的电场分量，入射光的电场分量，与与的关系由下式决定：的关系由下式决定：式中，式中，n两介质的折射率两介质的折射率n1和和n2之比。之比。第七页，讲稿共九十二页哦87.1.3光的折射光的折射光的折射：光的折射：当光由一种介质斜射到另一种介质时，其传播方向发生当光由一种介质斜射到另一种介质时，其传播方向发生改变这种现象叫光的改变这种现象叫光的折射。折射。光发生折射光发生折射后，其频率不变，但波长和波速发生改变。后
11、，其频率不变，但波长和波速发生改变。光光折射时折射时,折射光线折射光线,入射光线入射光线,法线在同一平面内法线在同一平面内,折射折射光线和入射光线和入射光线分别位于法线的两侧光线分别位于法线的两侧.折射折射角随入射角的改变而改变，但两者不等。角随入射角的改变而改变，但两者不等。第八页，讲稿共九十二页哦97.1.4光的散射光的散射定义：定义：一束光通过介质时其中一部分光偏离主要的传播方向，这种现象称为光一束光通过介质时其中一部分光偏离主要的传播方向，这种现象称为光散散射射。现象的本质是光波电磁场与介质分子相互作用的结果。光的。现象的本质是光波电磁场与介质分子相互作用的结果。光的散射散射是原子或分
12、子体系从入射光波中获得能量后，改变传播方向及相位，甚至改是原子或分子体系从入射光波中获得能量后，改变传播方向及相位，甚至改变频率的再辐射过程。变频率的再辐射过程。当光波射人介质时，在光波电场的作用下，分子或原子获得能量当光波射人介质时，在光波电场的作用下，分子或原子获得能量产生诱导极化，并以一定的频率作强迫振动，形成振动电偶极子（偶产生诱导极化，并以一定的频率作强迫振动，形成振动电偶极子（偶极子是指相距很近的符号相反的一对电荷）。这些振动的偶极子就成极子是指相距很近的符号相反的一对电荷）。这些振动的偶极子就成为二次波源，向各个方向发射出电磁波。为二次波源，向各个方向发射出电磁波。在纯净的均匀介
13、质中，这些次波相互干涉的结果，使光线只能在在纯净的均匀介质中，这些次波相互干涉的结果，使光线只能在折射折射方向上传播，而在其他方向上则相互抵消，所以没有方向上传播，而在其他方向上则相互抵消，所以没有散射散射光出现。但当均光出现。但当均匀介质中掺入进行着布朗运动的微粒后，或者体系由于热运动而产生局匀介质中掺入进行着布朗运动的微粒后，或者体系由于热运动而产生局部的密度涨落或浓度涨落时，就会破坏次波的相干性，而在其他方向上部的密度涨落或浓度涨落时，就会破坏次波的相干性，而在其他方向上出现放射光。出现放射光。第九页，讲稿共九十二页哦10光光波波投投到到一一般般物物体体表表面面时时，由由于于物物体体的的
14、线线度度远远大大于于光光波波的的波波长长，因而产生漫射因而产生漫射(又称漫反射又称漫反射)现象。现象。当当光光波波投投到到细细小小质质点点上上的的时时候候，根根据据惠惠更更斯斯原原理理，从从质质点点表表面面上上各各点点激激发发次次级级子子波波，进进而而形形成成同同样样波波长长的的光光波波向向各各方方向向散散开开，如如图图7一一2(a)所示。这种现象称为光的散射现象。所示。这种现象称为光的散射现象。散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去的现象。散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去的现象。图图7-2第十页，讲稿共九十二页哦11散射物质对入射光没有经过共振吸收作用，所以此种现象
15、不是共振辐散射物质对入射光没有经过共振吸收作用，所以此种现象不是共振辐射，而是直接从被照射物体的微粒表面射，而是直接从被照射物体的微粒表面“反射反射”而来。而来。事实上，光的散射与反射和衍射有着密切的关系。例如光波投入混浊事实上，光的散射与反射和衍射有着密切的关系。例如光波投入混浊介质介质(含有许多悬浮微粒的透明物质含有许多悬浮微粒的透明物质)时，由于介质中有许多时，由于介质中有许多线度线度大大于波长的微粒呈无规则的分布，则有部分光波被散射，散射光波将绕于波长的微粒呈无规则的分布，则有部分光波被散射，散射光波将绕过微粒两边，向各方发散，类似于单径衍射现象。过微粒两边，向各方发散，类似于单径衍射
16、现象。然而，混浊介质中，由于悬浮微粒的存在，破坏了介质的光然而，混浊介质中，由于悬浮微粒的存在，破坏了介质的光学均匀性学均匀性(存在微小区域有密度起伏现象存在微小区域有密度起伏现象)。因此，虽有些类似于衍射。因此，虽有些类似于衍射现象，而没有干涉现象的伴随，故此呈现为散射现象。这种光的散射现象现象，而没有干涉现象的伴随，故此呈现为散射现象。这种光的散射现象称为称为廷德尔廷德尔(Tyndll)散射。散射。如如图图7一一2(b)所所示示，在在一一杯杯清清水水中中加加入入几几滴滴豆豆浆浆，成成为为混混浊浊透透明明介介质质，光光沿沿X轴轴方方向向通通过过时时，在在Y轴轴方方向向可可以以看看到到杯杯中中
17、有有光光亮亮散散发发出出来来，这这就就是属于是属于廷德尔廷德尔散射的一个实例。散射的一个实例。第十一页，讲稿共九十二页哦12又如某些从表面看来是均匀纯净的介质，当有光波通过时，也会产生散射现又如某些从表面看来是均匀纯净的介质，当有光波通过时，也会产生散射现象，只是它的散射光强度比不上混浊介质的散射光强。这种散射现象是由线度象，只是它的散射光强度比不上混浊介质的散射光强。这种散射现象是由线度小于光波长的介质分子所产生。称为分子散射，又称小于光波长的介质分子所产生。称为分子散射，又称瑞利瑞利散射。例如大气散射。例如大气中的空气分子，对太阳光中的蓝色光波散射特别显著，所以呈现蔚中的空气分子，对太阳光
18、中的蓝色光波散射特别显著，所以呈现蔚蓝色天空。蓝色天空。根据光的电磁理论，次波振幅根据光的电磁理论，次波振幅A与其波动频率的平方成正比，次波光与其波动频率的平方成正比，次波光强强I 又与振幅又与振幅A的平方成正比，同时频率与波长的平方成正比，同时频率与波长成反比，故散射光强度：成反比，故散射光强度：可见散射光强度与波长的四次方成反比，称为可见散射光强度与波长的四次方成反比，称为瑞利瑞利定律。定律。第十二页，讲稿共九十二页哦13由由瑞利瑞利定律可知，白光中的短波成分的散射效应较为显著，波长越大定律可知，白光中的短波成分的散射效应较为显著，波长越大散射越不显著。所以空气分子对蓝色光的散射特别显著，
19、对太阳光的散射散射越不显著。所以空气分子对蓝色光的散射特别显著，对太阳光的散射呈现蔚蓝色。呈现蔚蓝色。质点足够微小的烟雾，在白光照耀下，往往呈现淡蓝色，所谓质点足够微小的烟雾，在白光照耀下，往往呈现淡蓝色，所谓“一缕蓝烟一缕蓝烟”，也是蓝色光散射的道理。，也是蓝色光散射的道理。早、晚太阳偏东、西方，早、晚太阳偏东、西方，太阳光线通过大气层的厚太阳光线通过大气层的厚度比中午阳光通过大气层度比中午阳光通过大气层厚度要大得多，如右图所厚度要大得多，如右图所示，根据示，根据瑞利瑞利定律，早、定律，早、晚太阳光中的短波成分被晚太阳光中的短波成分被空气分子的散射较多，因空气分子的散射较多，因而橙红色光透射
20、相对较为而橙红色光透射相对较为显著，所以早、晚天空多显著，所以早、晚天空多现橙红色光现橙红色光;空中如有云彩，空中如有云彩，则将出现红霞。则将出现红霞。第十三页，讲稿共九十二页哦14光波通过介质时，由于介质的吸收作用，足使透射光强减弱，介质的光波通过介质时，由于介质的吸收作用，足使透射光强减弱，介质的散射，也足以使透射光强度进一步减弱。设光波通过厚度为散射，也足以使透射光强度进一步减弱。设光波通过厚度为dx 的薄层介的薄层介质时，因介质的散射作用而使入射光强度质时，因介质的散射作用而使入射光强度I减小一个微量减小一个微量dI，则此光强，则此光强的相对减少量的相对减少量与光波通过该介质的厚度与光
21、波通过该介质的厚度dx成正比，即有成正比，即有 式中，式中，比例系数，称为该介质对该波长光波的散射系数。比例系数，称为该介质对该波长光波的散射系数。将上式积分，得：将上式积分，得：式中，式中，1o入射于介质之前的光强度；入射于介质之前的光强度；I通过厚度为通过厚度为x的介质，除去被散射以外的介质，除去被散射以外(不考虑纯吸收不考虑纯吸收)的透过光的透过光强度。强度。如果结合前面讲的光的吸收，一般测量所得光的如果结合前面讲的光的吸收，一般测量所得光的“吸收系数吸收系数”应包括纯吸应包括纯吸收系数收系数和散射系数和散射系数两个部分。因此，实际上，入射光强两个部分。因此，实际上，入射光强1o通过厚度
22、为通过厚度为x的的介质以后，透出光强度介质以后，透出光强度I 应为应为以上所述的以上所述的瑞利瑞利散射，它的散射光波长与入射光的波长相同。散射，它的散射光波长与入射光的波长相同。第十四页，讲稿共九十二页哦157.1.5光的衍射光的衍射光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。衍射又称为绕射衍射又称为绕射,光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的现象。现象。光衍射的本质：光的衍射与微粒的刚性反弹没有关系，在这里我光衍射的本质：光的衍射与微粒的刚性反弹没有关系，在这里我们要用到的是光的波动性而
23、不是光的粒子性。们要用到的是光的波动性而不是光的粒子性。道理很容易理解：由于光道理很容易理解：由于光是波动传播的，它走的路线自然就是如正弦函数那样的曲线。只是在大是波动传播的，它走的路线自然就是如正弦函数那样的曲线。只是在大的尺度下我们分辨不出而以为光是沿直线传播的罢了。光的曲线走向就的尺度下我们分辨不出而以为光是沿直线传播的罢了。光的曲线走向就是光的衍射，它给了我们光偏离了运动方向的错觉。是光的衍射，它给了我们光偏离了运动方向的错觉。第十五页，讲稿共九十二页哦16衍射屏衍射屏 观察观察屏屏 不但光线拐弯不但光线拐弯,而且在屏上而且在屏上出现明暗相间的条纹。出现明暗相间的条纹。衍射屏衍射屏 观
24、察观察屏屏 透过手指缝看日光灯，透过手指缝看日光灯，也能看到衍射条纹。光也能看到衍射条纹。光的衍射的衍射第十六页，讲稿共九十二页哦17平行单色光照到一圆孔上，在孔板后不同处的面上观察光的不平行单色光照到一圆孔上，在孔板后不同处的面上观察光的不同特点同特点第十七页，讲稿共九十二页哦18第十八页，讲稿共九十二页哦197.1.6光的色散光的色散光波都有一定的频率，光的颜色是由光波的频率决定的，在可见光区域，光波都有一定的频率，光的颜色是由光波的频率决定的，在可见光区域，红光频率最小，紫光的频率最大，各种频率的光在真空中传播的速度都相同，红光频率最小，紫光的频率最大，各种频率的光在真空中传播的速度都相
25、同，等于但是不同频率的单色光，在介质中传播时由于受到介质的作用，传播等于但是不同频率的单色光，在介质中传播时由于受到介质的作用，传播速度都比在真空中的速度小，并且速度的大小互不相同红光速度大，紫光速度都比在真空中的速度小，并且速度的大小互不相同红光速度大，紫光的传播速度小，因此介质对红光的折射率小，对紫光的折率大当不同色光的传播速度小，因此介质对红光的折射率小，对紫光的折率大当不同色光以相同的入射角射到三棱镜上，红光发生的偏折最少，它在光谱中处在靠近以相同的入射角射到三棱镜上，红光发生的偏折最少，它在光谱中处在靠近顶角的一端紫光的频率大，在介质中的折射率大，在光谱中也就排列在最顶角的一端紫光的
26、频率大，在介质中的折射率大，在光谱中也就排列在最靠近棱镜底边的一端，出现彩色光带，称为光的色散现象。靠近棱镜底边的一端，出现彩色光带，称为光的色散现象。为了表征介质折射率因波长不同而为了表征介质折射率因波长不同而变化的程度，引入色散率这个概念，变化的程度，引入色散率这个概念，并且定义并且定义:介质色散率的量值等于介质介质色散率的量值等于介质折射率对波长的变化率。折射率对波长的变化率。第十九页，讲稿共九十二页哦20不同波长的光会有不同的折射角不同波长的光会有不同的折射角色散的原因色散的原因第二十页，讲稿共九十二页哦217.2食品颜色的表征食品颜色的表征7.2.1颜色的视觉颜色的视觉(颜色辨认颜色
27、辨认)l颜颜色色是是外外来来的的光光刺刺激激作作用用于于人人的的视视觉觉器器官官而而产产生生的的主主观观感感觉觉。因因而而物物体体的的颜颜色色不不仅仅取取决决于于物物体体本本身身，还还与与光光源源、周周围围环环境境的的颜颜色色，以以及及观观察察者的视觉系统有关系。者的视觉系统有关系。一一般般来来说说可可见见光光谱谱上上的的各各种种颜颜色色随随光光强强度度的的增增加加而而有有所所变变化化(向向红红色色或或蓝蓝色色变变化化)。这这种种颜颜色色随随光光强强度度而而变变化化的的现现象象叫叫做做贝贝楚楚德德-朴朴尔尔克克效效应应。但但在在光光谱谱上上黄黄(527nm)绿绿(503nm)蓝蓝(478nm)
28、三三点点基基本本上上不不随随光光强而变。强而变。人人眼眼对对波波长长变变化化引引起起的的颜颜色色变变化化的的辨辨认认能能力力(颜颜色色辨辨认认的的灵灵敏敏阈阈)在在光光谱谱中中的的不不同同位位置置是是不不同同的的。人人眼眼刚刚能能辨辨认认的的颜颜色色变变化化就就称称为为颜颜色色辨辨认认的的灵灵敏敏阈。阈。最灵敏处为最灵敏处为480nm(青青)及及600nm(橙黄橙黄)附近附近最不灵敏处为最不灵敏处为540nm(绿绿)及光谱两端。灵敏处只要波长改变及光谱两端。灵敏处只要波长改变1nm人眼就能感受到颜色的变化人眼就能感受到颜色的变化而多而多数要改变数要改变12nm才行。才行。第二十一页，讲稿共九十
29、二页哦22颜色可分为彩色和非彩色。颜色可分为彩色和非彩色。非彩色指白色非彩色指白色 黑色和各种不同深浅的灰色。黑色和各种不同深浅的灰色。彩色就是指黑白系列以外的各种颜色。彩色就是指黑白系列以外的各种颜色。对对于于理理想想的的完完全全反反射射的的物物体体其其反反射射率率为为100%称称它它为为纯纯白白而而对对于于理理想的完全吸收的物体想的完全吸收的物体其反射率为零其反射率为零称它为纯黑。称它为纯黑。白白色色 黑黑色色 和和灰灰色色物物体体对对光光谱谱各各波波段段的的反反射射和和吸吸收收是是没没有有选选择择性性的的称称它它们为中性色。们为中性色。对对光光来来说说非非彩彩色色的的黑黑白白变变化化相相
30、当当于于白白光光的的亮亮度度变变化化即即当当白白光光的的亮亮度度非非常常高高时时人人眼眼就就感感觉觉到到是是白白色色的的当当光光的的亮亮度度很很低低时时就就感感觉觉到到发发暗暗或或发发灰灰无光时是黑色的。无光时是黑色的。第二十二页，讲稿共九十二页哦237.2.2颜色的基本物理量颜色的基本物理量色彩三要素色彩三要素色彩的三要素是明度、色相（即色调）色彩的三要素是明度、色相（即色调）、饱和度，是评价食品颜色的主、饱和度，是评价食品颜色的主要依据。要依据。色色调调与与饱饱和和度度合合称称为为色色度度（Chromaticity），它它既既说说明明彩彩色色光光的的颜颜色色类类别别，又又说说明明颜颜色色的
31、的深深浅浅程程度度。色色度度再再加加上上亮亮度度，就就能能对对颜颜色色作作完完整整的说明。的说明。明度明度亮亮度度或或明明度度是是光光作作用用于于人人眼眼时时所所引引起起的的明明亮亮程程度度的的感感觉觉，是是指指色色彩彩明明暗深浅的程度，也可称为色阶。暗深浅的程度，也可称为色阶。每一种颜色在不同强弱的照明光线下都会产生明暗差别。每一种颜色在不同强弱的照明光线下都会产生明暗差别。同同一一物物体体由由于于照照射射在在它它表表面面的的光光的的能能量量不不同同，反反射射出出的的能能量量也也不不相相同同，因因此此就就产产生生了了同同一一颜颜色色的的物物体体在在不不同同能能量量光光线线的的照照射射下下呈呈
32、现现出出明明暗暗的的差差别别。第二十三页，讲稿共九十二页哦24色调（也称色相）色调（也称色相）就就是是指指不不同同颜颜色色之之间间质质的的差差别别，它它们们是是可可见见光光谱谱中中不不同同波波长长的的电电磁磁波波在在视视觉觉上的特有标志。上的特有标志。它它是是指指各各种种颜颜色色之之间间的的差差别别。从从表表面面现现象象来来讲讲，例例如如一一束束平平行行的的白白光光透透过过一一个个三三棱棱镜镜时时，这这束束白白光光因因折折射射而而被被分分散散成成一一条条彩彩色色的的光光带带，形形成成这这条条光光带带的的红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫等等颜颜色色，就就是是不不同同的的色色调调。从从物物
33、理理光光学学的的角角度度上上来来讲讲，各各种种色色调调是是由由射射入入人人眼眼中中光光线线的的光光谱谱成成分分所所决决定定的的，色色调调即即色色相相的的形形成成取取决决于于该该光谱成分的波长。光谱成分的波长。物物体体的的色色调调由由照照射射光光源源的的光光谱谱和和物物体体本本身身反反射射特特性性或或者者透透射射特特性性决决定定。例例如如蓝蓝布布在在日日光光照照射射下下，只只反反射射蓝蓝光光而而吸吸收收其其它它成成分分。如如果果分分别别在在红红光光，黄黄光光或或绿绿光光的照射下，它会呈现黑色。红玻璃在日光照射下，只透射红光，所以是红色。的照射下，它会呈现黑色。红玻璃在日光照射下，只透射红光，所以
34、是红色。光光源源的的色色调调取取决决于于辐辐射射的的光光谱谱组组成成和和光光谱谱能能量量分分布布及及人人眼眼所所产产生生的感觉。的感觉。第二十四页，讲稿共九十二页哦25饱和度饱和度饱饱和和度度是是指指构构成成颜颜色色的的纯纯度度，即即彩彩色色的的纯纯洁洁性性色色调调深深浅浅的的程程度度。它它表表示示颜颜色色中中所所含含某某颜颜色色成成分分的的比比例例。某某彩彩色色比比例例越越大大，该该色色彩彩的的饱饱和和度越高，反之则饱和度越低。度越高，反之则饱和度越低。饱饱和和度度还还和和亮亮度度有有关关，同同一一色色调调越越亮亮或或越越暗暗越越不不纯纯。强强光光下下比比阴阴暗暗的的光光线线下下饱和度高。同
35、一颜色的物体，表面光滑的物体比表面粗糙的物体饱和度大。饱和度高。同一颜色的物体，表面光滑的物体比表面粗糙的物体饱和度大。可可见见光光谱谱的的各各种种单单色色光光是是最最饱饱和和的的彩彩色色。当当光光谱谱色色(即即单单色色光光)掺掺入入白白光光成成份份时时其其彩彩色色变变浅浅或或者者说说饱饱和和度度下下降降。当当掺掺入入的的白白光光成成份份多多到到一一定定限限度度时时在在眼眼睛睛看看来来它它就就不不再再是是一一种种彩彩色色光光而而成成为为白白光光了了或或者者说说饱饱和和度度接接近近于于零零，白白光的饱和度等于零。光的饱和度等于零。物物体体色色调调的的饱饱和和度度决决定定于于该该物物体体表表面面反
36、反射射光光谱谱辐辐射射的的选选择择性性程程度度，物物体体对对光光谱谱某某一一较较窄窄波波段段的的反反射射率率很很高高，而而对对其其它它波波长长的的反反射射率率很很低低或或不反射，表明它有很高的光谱选择性，物体这一颜色的饱和度就高。不反射，表明它有很高的光谱选择性，物体这一颜色的饱和度就高。不不同同的的色色别别在在视视觉觉上上也也有有不不同同的的饱饱和和度度，红红色色的的饱饱和和度度最最高高，绿绿色色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适中。的饱和度最低，其余的颜色饱和度适中。第二十五页，讲稿共九十二页哦26光度学基本物理量光度学基本物理量光度与光通量光度与光通量光度是表示光辐照度产生光感的程度。在光
37、学中用光通量表示光度是表示光辐照度产生光感的程度。在光学中用光通量表示光度。光通量是光源在单位时间内所发出的可见光的辐射能量（即光度。光通量是光源在单位时间内所发出的可见光的辐射能量（即=W/t），单位为流明。流明与瓦特有一定的对应关系。），单位为流明。流明与瓦特有一定的对应关系。光通量的单位是流明光通量的单位是流明lumen记作记作lm，这是功率单位。光通量与辐射通，这是功率单位。光通量与辐射通量之间的换算，根据国际上规定的标准：量之间的换算，根据国际上规定的标准：1瓦波长为瓦波长为555nm的单色辐射通的单色辐射通量是等于量是等于683流明的光通量。这是光功当量，也是最大的光功当量。流明的
38、光通量。这是光功当量，也是最大的光功当量。或者或者1流明波长为流明波长为555nm的单色光通量相当于的单色光通量相当于1/683瓦的辐射通量。其他瓦的辐射通量。其他波长的单色光，波长的单色光，1瓦辐射通量引起的光刺激都小于瓦辐射通量引起的光刺激都小于683流明，它们的关系就是流明，它们的关系就是视见函数关系。视见函数关系。光源在给定方向上光源在给定方向上1球面度立体角内发出球面度立体角内发出0.00146W，波长为，波长为555nm的的单色光的辐射能通量（亮度）时的发光强度为单色光的辐射能通量（亮度）时的发光强度为1坎德拉。坎德拉。1坎德拉（坎德拉（cd）=1流明流明/1球面度立体角（球面度立
39、体角（lm/1sr）第二十六页，讲稿共九十二页哦27设在波长设在波长与与d之间光的辐射照度为之间光的辐射照度为 E d，则光通量的定义式为：，则光通量的定义式为：=V E d对于波长为对于波长为12的连续光谱：的连续光谱：=kV Ed21 式中式中：K-表示常数；表示常数；-表示光通量，单位为流明（表示光通量，单位为流明（lm,lumen）;V 表示表示波长为波长为光的相对光谱光效率；光的相对光谱光效率；E表示波长为表示波长为的光源的辐射功率（单的光源的辐射功率（单位为位为W）。）。多色光源的光通量为各单位光光通量之和。多色光源的光通量为各单位光光通量之和。第二十七页，讲稿共九十二页哦28照度
40、照度表示某一受光点单位面积的光通量为照度。即：表示某一受光点单位面积的光通量为照度。即：E=ddA2式中，式中，A2表示受光面积，单位为表示受光面积，单位为m2；E表示照度，单位为表示照度，单位为lm/m2(流明流明/米米2)，也为勒克斯（，也为勒克斯（lux）。）。即即1lux=llm/m2第二十八页，讲稿共九十二页哦29光出射度（面发光度）光出射度（面发光度）从一发光表面的单位面积上发出的光通量称为该表面的光出射度，以从一发光表面的单位面积上发出的光通量称为该表面的光出射度，以M表表示。光出射度和光照度示。光出射度和光照度E是一对相同意义的物理量，只是前者是发出而后是一对相同意义的物理量，
41、只是前者是发出而后者是接收光通量。两者的单位本质上是相同的。者是接收光通量。两者的单位本质上是相同的。式中，式中，A1表示发光面积，单位为表示发光面积，单位为m2；M表示发光光通量，单位为表示发光光通量，单位为lm/m2。发光表面可以是本身发光的，也可以是受外来照射后投射或反射发光的；发光表面可以是本身发光的，也可以是受外来照射后投射或反射发光的；可以是实际发光体，也可以是其象面。对于后一种情况，其发光度则与该面接可以是实际发光体，也可以是其象面。对于后一种情况，其发光度则与该面接收的辐射通量有关，即与表面的照度有关。令收的辐射通量有关，即与表面的照度有关。令表示该面的反射率，表示该面的反射率
42、，1。M=EM=ddA1第二十九页，讲稿共九十二页哦30发光强度简称光强，国际单位是发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写（坎德拉）简写cd。是指是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为为I=/，为立体角，单位为球面度（为立体角，单位为球面度（sr）,为光通量，单位是流为光通量，单位是流明。明。I（发光强度）单位为（发光强度）单位为lm/sr。设点光源在一立体角设点光源在一立体角d内发出的光通量为内发出的光通量为d，则其发光强度为，则其发光强度为立体角立体角因此，整个空间因此，整
43、个空间当光源在各个方向上发光强度相同时，总光通量为当光源在各个方向上发光强度相同时，总光通量为发光强度发光强度第三十页，讲稿共九十二页哦31亮度（亮度（光亮度光亮度）光亮度光亮度是表示发光是表示发光面明亮程度的，指发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发表面在指定方向的发光光强强度与垂直且指定方向的发度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光强和光通量不同，但各个方向的通量不同，但各个方向的亮度亮度都是相等的。都是相等的。亮度用亮度用L表示，表示，L=dIdAcos
44、式中，式中，A表示发光体表面积，单位表示发光体表面积，单位m2；表示发光体表面法线与观测方向夹角。表示发光体表面法线与观测方向夹角。第三十一页，讲稿共九十二页哦327.2.3颜色的物理表示颜色的物理表示颜色的三色学说颜色的三色学说人们发现了三原色现象，即只要有人们发现了三原色现象，即只要有红红、绿绿、蓝蓝这三种光，经过适当配这三种光，经过适当配比，就可以得到一切彩色。比，就可以得到一切彩色。人的眼睛色觉是由人的眼睛色觉是由红红、绿绿、蓝蓝三种感觉组合形成的，这就是三色学说。三种感觉组合形成的，这就是三色学说。眼睛的三种感色细胞分别为赤锥体、绿锥体、蓝锥体细胞。眼睛的三种感色细胞分别为赤锥体、绿
45、锥体、蓝锥体细胞。第三十二页，讲稿共九十二页哦33互补色：互补色：凡两个以适当比例相混合产生白色的颜色光是互补色。两个色光的凡两个以适当比例相混合产生白色的颜色光是互补色。两个色光的主波长定义为互补波长，但在不同光源下主波长定义为互补波长，但在不同光源下补色补色的主波长是会有所不同的。的主波长是会有所不同的。或者按适当比例混合而能产生黑色或灰色的两种颜色的染料，都互为补或者按适当比例混合而能产生黑色或灰色的两种颜色的染料，都互为补色。色。例如黄与蓝，红与蓝绿即为互补色。在混合时，如果比例不对则例如黄与蓝，红与蓝绿即为互补色。在混合时，如果比例不对则成为不饱和的彩色，色调偏于过多的一色。成为不饱
46、和的彩色，色调偏于过多的一色。蓝、绿、红三原色互为补色的黄、蓝、绿、红三原色互为补色的黄、品红、青三色通常称为品红、青三色通常称为“三补色三补色”。这三个补色在可见光谱中，各约占这三个补色在可见光谱中，各约占13。第三十三页，讲稿共九十二页哦34三种光互相混合，诞生了四种新色彩：黄、品、青、白。三种光互相混合，诞生了四种新色彩：黄、品、青、白。在这个由六色构成的色环中：在这个由六色构成的色环中：每一种色与相邻的色彩构成了邻色系统，每一种色与对面的色彩每一种色与相邻的色彩构成了邻色系统，每一种色与对面的色彩构成补色系统。构成补色系统。在混合两种非补色时，会产生一种新的介于他们之间的中间色。在混合
47、两种非补色时，会产生一种新的介于他们之间的中间色。白白第三十四页，讲稿共九十二页哦35三刺激值三刺激值色色度度学学中中用用三三原原色色匹匹配配物物体体反反射射色色光光所所需需要要红红、绿绿、蓝蓝原原色色数数量量称称为物体颜色的为物体颜色的三刺激值三刺激值，即，即X、Y、Z，也是物体色的色度值。，也是物体色的色度值。三三刺刺激激值值相相当当于于眼眼睛睛三三种种感感光光细细胞胞，即即称称赤赤锥锥体体、绿绿锥锥体体、蓝蓝锥体细胞，锥体细胞，对各种等能量对各种等能量单色波长单色波长光的感度光的感度。自自然然界界中中的的每每种种颜颜色色都都可可以以用用选选定定的的、能能刺刺激激人人眼眼中中三三种种受受体
48、体细细胞的胞的红红、绿绿、蓝蓝三原色，按适当比例混合而成。三原色，按适当比例混合而成。第三十五页，讲稿共九十二页哦36三三刺刺激激值值，即即在在给给定定的的三三色色系系统统中中与与待待测测色色达达到到色色匹匹配配所所需需要要的的三三个个原原刺刺激激量量，分分别别以以X、Y、Z表表示示。通通过过对对众众多多具具有有正正常常色色觉觉的的人人体体(称称为为标标准准观观察察者者，即即标标准准眼眼)进进行行广广泛泛的的颜颜色色比比较较试试验验，测测定定了了每每一一种种可可见见波波长长(380780nm)的的光光引引起起每每每每种种种种锥锥锥锥体体体体刺刺激激的的相相对对数数量量的的色色匹匹配配函函数数，
49、这这些些色色匹匹配配函函数数分分别别用用()、()、()来来表表示示。把把这这些些色色匹匹配配函函数数组组合合起起来来，描描绘成曲线，就叫做绘成曲线，就叫做CIE色度标准观察者的光谱三刺激值曲线色度标准观察者的光谱三刺激值曲线(见图见图)。第三十六页，讲稿共九十二页哦37任何一种颜色可以用任何一种颜色可以用红红、绿绿、蓝蓝三原色按照不同比例混合来得到。颜三原色按照不同比例混合来得到。颜色匹配过程是通过三原色混合后的光的颜色与对应给定光的颜色相同。色匹配过程是通过三原色混合后的光的颜色与对应给定光的颜色相同。CIE（国际照明委员会）选取的标准（国际照明委员会）选取的标准红红、绿绿、蓝蓝三种光的波
50、长分别为：三种光的波长分别为：红红光，光，R，1=700nm；绿绿光，光，G，1=546nm；蓝蓝光，光，B，1=435.8nm。第三十七页，讲稿共九十二页哦38RGB和和CIE-XYZ表色系统表色系统光颜色的匹配可以用式子表示为：光颜色的匹配可以用式子表示为：其其中中权权值值r、g、b为为颜颜色色匹匹配配中中所所需需要要的的R、G、B三三色色光光的的相相对对量，也就是三刺激的值。量，也就是三刺激的值。1931年，年，CIE给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线，这样的一个系统被称为刺激值曲线，这样的一个系统被称为CIE-RGB系统。