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1、应用光学第六章色度学基础应用光学第六章色度学基础现在学习的是第1页，共36页u作业：作业：1.有两薄透镜有两薄透镜L1和和L2的口径分别为的口径分别为6cm和和4cm,在在L1和和L2距距L2为为2cm处有一直处有一直径为径为6cm的小孔光阑，物点位于的小孔光阑，物点位于L1前方前方12cm处，求孔径光阑、处，求孔径光阑、入射瞳孔、出瞳的位置及大小入射瞳孔、出瞳的位置及大小u2.(选作选作)两个薄透镜两个薄透镜L1、L2的孔径为的孔径为4.0cm，L1为凹透镜，为凹透镜，L2为为凸透镜，它们的焦距分别为凸透镜，它们的焦距分别为8cm和和6cm，镜间距离为，镜间距离为3cm，光，光线平行于光轴入
2、射。求系统的孔径光阑、入瞳和出瞳及视线平行于光轴入射。求系统的孔径光阑、入瞳和出瞳及视场光阑场光阑3.照相物镜照相物镜，对，对2m远处目标照相，假远处目标照相，假定底片上像点弥散斑直径小于定底片上像点弥散斑直径小于0.05mm仍可认为成像清晰，问物空仍可认为成像清晰，问物空间能清晰成像的最远、最近距离各位多少？间能清晰成像的最远、最近距离各位多少？现在学习的是第2页，共36页u4.人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于10cd/m2,假定白纸的漫反射系数为假定白纸的漫反射系数为0.75，用，用60w充充气钨丝灯照明，光视效能为气钨丝灯照明，光视效能为15lm/w,
3、求当灯泡离求当灯泡离纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的光纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的光亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？u5.面积为面积为1cm2的单面发光圆盘是一个朗伯光源，的单面发光圆盘是一个朗伯光源，光亮度为光亮度为1500lm/(m2sr),求求最大发光强度最大发光强度I0，与发光面法线，与发光面法线30度角方向上度角方向上的发光强度的发光强度I30圆盘发出的总光通量及光出射度圆盘发出的总光通量及光出射度现在学习的是第3页，共36页6.1颜色的分类和特性颜色的分类和特性一一 颜色及其分类颜色及其分类颜色：不同波长可见光辐射作用于人的视
4、觉器官后所产生的心里颜色：不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官后所产生的心里感受感受颜色和波长的关系并不是完全固定的颜色和波长的关系并不是完全固定的光谱上除光谱上除572nm572nm（黄）、（黄）、503nm(503nm(绿绿)和和478nm(478nm(蓝蓝)是不变的颜色外，是不变的颜色外，其它颜色在光强增加时都略向红色或蓝色变化其它颜色在光强增加时都略向红色或蓝色变化“贝楚德朴尔克效应贝楚德朴尔克效应”色度学则是将主观的颜色感受和客观的物理刺激联系起来的色度学则是将主观的颜色感受和客观的物理刺激联系起来的科学科学现在学习的是第4页，共36页非彩色非彩色:白色、黑色及灰色白色、黑色及灰色彩
5、色彩色:各种光谱色各种光谱色颜色形成的物理机制颜色形成的物理机制u光源色：自发光形成的颜色光源色：自发光形成的颜色u物体色：自身不发光，凭借其它光源照明，通过反射或透射而形物体色：自身不发光，凭借其它光源照明，通过反射或透射而形成的颜色成的颜色u荧光色：物体受光照射激发所产生的荧光与反射或投射光共同形荧光色：物体受光照射激发所产生的荧光与反射或投射光共同形成的颜色成的颜色现在学习的是第5页，共36页二二颜色的表观特征颜色的表观特征u明度：表示颜色明亮的程度明度：表示颜色明亮的程度对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关物体色，和物体的透射比或反射比有关物体色
6、，和物体的透射比或反射比有关u色调：区分不同彩色的特征色调：区分不同彩色的特征u饱和度：颜色接近光谱色的程度，彩色的纯洁性饱和度：颜色接近光谱色的程度，彩色的纯洁性现在学习的是第6页，共36页u彩色具备以上彩色具备以上3个特征个特征u非彩色只有明度值差别、没非彩色只有明度值差别、没有色调区分，饱和度为有色调区分，饱和度为0u用一个三维纺锤体可将颜色的三用一个三维纺锤体可将颜色的三个基本特征表示出来个基本特征表示出来现在学习的是第7页，共36页6.2颜色混合颜色混合颜色混合颜色混合:两种或几种颜色相互混合，形成不同于原色的新色两种或几种颜色相互混合，形成不同于原色的新色色光混合：加混色，不同颜色
7、光的直接混合色光混合：加混色，不同颜色光的直接混合色料混合：色料是对光有强烈选择吸收的物质，在白光照明色料混合：色料是对光有强烈选择吸收的物质，在白光照明下呈现一定的颜色。下呈现一定的颜色。从白光中去除某些色光，又称减混色。从白光中去除某些色光，又称减混色。现在学习的是第8页，共36页格拉斯曼颜色混合定律格拉斯曼颜色混合定律H.Grassman于于1953年总结出年总结出色光色光混合的基本定律混合的基本定律人的视觉只能分辨颜色的三种变化人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、色调和饱：明度、色调和饱和度和度两种颜色混合，如果一种颜色成分连续变化，混合色两种颜色混合，如果一种颜色成分连续变化，混合
8、色的外貌也连续变化的外貌也连续变化补色律：每一种颜色都有相应补色补色律：每一种颜色都有相应补色中间色律：两种非互补颜色混合，将产生两颜色的中中间色律：两种非互补颜色混合，将产生两颜色的中间色，其色调决定于两颜色的比例间色，其色调决定于两颜色的比例现在学习的是第9页，共36页R+G=YR+B=M(Magent洋红、品红洋红、品红)G+B=C（Cyan青）青）R+G+B=Wu两种颜色以一定的比例相混合产生白色或灰色，则此两颜色为互两种颜色以一定的比例相混合产生白色或灰色，则此两颜色为互补色补色u某一颜色与其补色以适当比例混合便某一颜色与其补色以适当比例混合便产生白色或灰色产生白色或灰色R+C=WG
9、+M=WB+Y=W现在学习的是第10页，共36页颜色颜色外貌外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中等效色混合中等效凡是视觉上相同的颜色是等效的凡是视觉上相同的颜色是等效的代替律：相似色混合，混合色仍相似代替律：相似色混合，混合色仍相似颜色颜色A=颜色颜色B颜色颜色C=颜色颜色D颜色颜色A+C=颜色颜色B+D在混色中，某种颜色用外貌相同的另外颜色代替，最后效果不变在混色中，某种颜色用外貌相同的另外颜色代替，最后效果不变混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和亮度相加定律：假定参加混色
10、各色光亮度分别为亮度相加定律：假定参加混色各色光亮度分别为L1、L2Ln,则混合色光的光亮度则混合色光的光亮度L为为L=L1+L2+Ln现在学习的是第11页，共36页6.3颜色匹配颜色匹配一颜色匹配实验一颜色匹配实验把两个颜色调节到视觉上相同的方法叫颜色匹配把两个颜色调节到视觉上相同的方法叫颜色匹配色光混合匹配实验色光混合匹配实验利用颜色光相加实现利用颜色光相加实现调节红、绿、兰色光的强度，直到黑档屏两边的视场呈现相同调节红、绿、兰色光的强度，直到黑档屏两边的视场呈现相同颜色，就完成了颜色匹配颜色，就完成了颜色匹配现在学习的是第12页，共36页现在学习的是第13页，共36页u颜色匹配不受背景颜
11、色的影响，即颜色匹配遵颜色匹配不受背景颜色的影响，即颜色匹配遵守守颜色匹配恒常定律颜色匹配恒常定律。但应注意，眼受强光刺。但应注意，眼受强光刺激时，此定律也会失效。激时，此定律也会失效。u对于饱和度很高的颜色，例如某些光谱色，常对于饱和度很高的颜色，例如某些光谱色，常常不能用红、绿、蓝三种颜色直接混合得到。常不能用红、绿、蓝三种颜色直接混合得到。为了匹配，需把某种颜色转加到被匹配颜色一为了匹配，需把某种颜色转加到被匹配颜色一方，然后用另二种颜色混合与降低了饱和度的方，然后用另二种颜色混合与降低了饱和度的颜色进行匹配颜色进行匹配现在学习的是第14页，共36页高饱和度颜色匹配高饱和度颜色匹配现在学
12、习的是第15页，共36页二二颜色匹配方程颜色匹配方程u不能直接匹配，需把某种颜色加到被匹配颜色不能直接匹配，需把某种颜色加到被匹配颜色一方的情况一方的情况例如用红（例如用红（R）、绿（）、绿（G）、兰（）、兰（B）匹配光谱黄）匹配光谱黄色，需把兰色（色，需把兰色（B）加到黄色（）加到黄色（C）一边再进行）一边再进行匹配匹配(C)+B(B)=R(R)+G(G)(C)=R(R)+G(G)-B(B)现在学习的是第16页，共36页结论结论u红、绿、兰三种颜色以不同的量值（有的可能红、绿、兰三种颜色以不同的量值（有的可能为负值）相混合，可以匹配任何颜色。为负值）相混合，可以匹配任何颜色。u红、绿、兰不是
13、唯一的能匹配所有颜色的三种红、绿、兰不是唯一的能匹配所有颜色的三种颜色。三种颜色，只要其中的每一种都不能用颜色。三种颜色，只要其中的每一种都不能用其它两种混合产生出来，就可以用它们匹配所其它两种混合产生出来，就可以用它们匹配所有的颜色。有的颜色。现在学习的是第17页，共36页6-4色度学中的几个概念色度学中的几个概念一一、颜色刺激、颜色刺激颜色刺激：引起颜色知觉的可见辐射的辐通量颜色刺激：引起颜色知觉的可见辐射的辐通量u颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用()表示。表示。u颜色刺激是纯物理量颜色刺激是纯物理量二二、三原色、三原色u能够匹配
14、所有颜色的三种颜色，称做三原色。能够匹配所有颜色的三种颜色，称做三原色。u匹配实验表明，能够匹配所有颜色的三种颜色不是唯一的匹配实验表明，能够匹配所有颜色的三种颜色不是唯一的u红：红：700nm，绿：，绿：546.1nm，兰：，兰：435.8nm现在学习的是第18页，共36页三、三、三刺激值三刺激值u匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。三刺激值。颜色方程中的颜色方程中的R、G、B 就是三刺激就是三刺激值值u三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位来度量。来度量。u对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是
15、唯对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色现在学习的是第19页，共36页四四、光谱三刺激值或颜色匹配函数、光谱三刺激值或颜色匹配函数u用红、绿、兰三种颜色可以匹配所有颜色，对于各种波长的光谱用红、绿、兰三种颜色可以匹配所有颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。色也不例外。u匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺激值匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺激值。对于不。对于不同波长的光谱色，其三刺激值显然为波长同波长的光谱色，其三刺激值显然为波长的函数，故的函数，故也称之为也称之为颜色匹配函数颜色匹配函数u等能光谱是指各
16、波长辐射能量相等，只有在此条件下，所得到等能光谱是指各波长辐射能量相等，只有在此条件下，所得到的光谱色三刺激值才是可比较和有意义的的光谱色三刺激值才是可比较和有意义的u颜色匹配函数是重要的色度量颜色匹配函数是重要的色度量，它是在颜色现像研究中把物，它是在颜色现像研究中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带理刺激与生理响应结合起来的纽带现在学习的是第20页，共36页五五、色品坐标及色品图、色品坐标及色品图三刺激值各自在三刺激值总量中所占的比例，叫做颜色的色三刺激值各自在三刺激值总量中所占的比例，叫做颜色的色品品 r+g+b=1用用r为横坐标、为横坐标、g为纵坐标，为纵坐标，由由r和和g所决定的平面上
17、的所决定的平面上的点均和某种颜色相对应，点均和某种颜色相对应，这样一个能表示颜色的平面，这样一个能表示颜色的平面，称做称做色品图色品图色品图上表示颜色的各色品图上表示颜色的各个点称做色品点个点称做色品点现在学习的是第21页，共36页u三原色红（三原色红（R）、绿（）、绿（G）和兰（）和兰（B）的色品点。）的色品点。此三点连线，构成一个三角形，三角形里面部此三点连线，构成一个三角形，三角形里面部分是三原色以不同比例混合能产生的所有颜色分是三原色以不同比例混合能产生的所有颜色色品点的集合。这个三角形叫做色品点的集合。这个三角形叫做麦克斯韦颜色麦克斯韦颜色三角形三角形u光谱色的色品坐标光谱色的色品坐
18、标u在色品图上，各在色品图上，各光谱色色品点形成一条马蹄形光谱色色品点形成一条马蹄形曲线，称之为光谱色品轨迹曲线，称之为光谱色品轨迹现在学习的是第22页，共36页六、六、色度学中常用的光度学概念色度学中常用的光度学概念光谱透射率光谱透射率物体透过的光谱辐通量物体透过的光谱辐通量与入射光谱辐通量与入射光谱辐通量之比之比光谱反射率因数光谱反射率因数在限定的方向上、在指定的立体角范围在限定的方向上、在指定的立体角范围内，所考虑物体反射的光谱辐通量内，所考虑物体反射的光谱辐通量与相同照明、相同方向、与相同照明、相同方向、在相同立体角内由完全漫射反射体反射的光谱辐通量在相同立体角内由完全漫射反射体反射的
19、光谱辐通量之比之比u光谱反射率光谱反射率物体反射的光谱辐通量物体反射的光谱辐通量与入射光谱辐通量与入射光谱辐通量之比之比现在学习的是第23页，共36页6.5颜色相加原理及光源色和物体色的三刺颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值激值一、颜色相加原理一、颜色相加原理假定有（假定有（C1）和（）和（C2）两种颜色相混合，混合）两种颜色相混合，混合色的三刺激值与参加混色颜色的三刺激值之间色的三刺激值与参加混色颜色的三刺激值之间存在什么关系呢？存在什么关系呢？(C1)=R1(R)+G1(G)+B1(B)(C2)=R2(R)+G2(G)+B2(B)两种颜色混合后形成的混合色（两种颜色混合后形成的混合色（
20、C）为）为(C)=(C1)+(C2)现在学习的是第24页，共36页根据代替律，有根据代替律，有(C)=(C1)+(C2)=R1(R)+G1(G)+B1(B)+R2(R)+G2(G)+B2(B)=(R1+R2)(R)+(G1+G2)(G)+(B1+B2)(B)颜色（颜色（C）也可用三刺激值）也可用三刺激值R、G、B表示为表示为(C)=R(R)+G(G)+B(B)得到得到R=R1+R2;G=G1+G2;B=B1+B2u表明，混合色的三刺激值为各组成色相应三刺表明，混合色的三刺激值为各组成色相应三刺激值之和。这就是颜色相加原理激值之和。这就是颜色相加原理现在学习的是第25页，共36页二二光源色和物体
21、色的三刺激值光源色和物体色的三刺激值现在学习的是第26页，共36页6.6CIE标准色度学系统标准色度学系统u国际照明委员会国际照明委员会(CIE)规定的颜色测量原理、基本数据和计算规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法，称做方法，称做CIE标准色度学系统。标准色度学系统。CIE标准色度学的核心内容是用标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色三刺激值及其派生参数来表示颜色u任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。选用不任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。CIE对三原色做
22、对三原色做了规定了规定u光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视觉不同人测得的光要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视觉不同人测得的光谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。CIE取多人测得的光取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为标准色度标准色度观察者观察者现在学习的是第27页，共36页uCIE对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。u对于物体色，光源、照明
23、和观察条件对颜色有对于物体色，光源、照明和观察条件对颜色有一定影响。为了统一测量条件，一定影响。为了统一测量条件，CIE对光源、照对光源、照明条件和观察条件也做了规定明条件和观察条件也做了规定现在学习的是第28页，共36页一、一、CIE1931标准色度学系统标准色度学系统CIE1931标准色度学系统，是标准色度学系统，是1931年在年在CIE第八次会议上提出和推第八次会议上提出和推荐的。它包括荐的。它包括1931CIE-RGB和和1931CIE-XYZ两个系统两个系统（一）（一）1931CIE-RGB系统系统该系统用波长分别为该系统用波长分别为710-7米（红）、米（红）、5.46110-7米
24、（绿）和米（绿）和4.35810-7米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（R）、）、（G）、（）、（B）表示。系统规定，用上述三原色匹配等能白）表示。系统规定，用上述三原色匹配等能白光（光（E光源）三刺激值相等。光源）三刺激值相等。R、G、B的单位三刺激值的光亮度的单位三刺激值的光亮度比为比为1.000:4.5907:0.0601；辐亮度比为；辐亮度比为72.0962:1.3791:1.000 现在学习的是第29页，共36页现在学习的是第30页，共36页现在学习的是第31页，共36页（二）（二）1931 CIEXYZ系统系统u1931CIERGB系统可以用
25、来标定颜色和进行色度计算。系统可以用来标定颜色和进行色度计算。但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，也难以理解。因此也难以理解。因此CIE同时推荐了另一色度学系统，即同时推荐了另一色度学系统，即1931CIEXYZ系统。系统。u1931CIEXYZ系统选用系统选用(X)、(Y)、(Z)、为三原色。用此三原、为三原色。用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。该系统的色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。该系统的光谱三刺激光谱三刺激值已经标准化，并定名为值已经标准化，并定名为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺标准色度观察者光谱三刺
26、激值激值”，简称，简称“CIE1931标准色度观察者标准色度观察者”。u1931CIEXYZ系统，是在系统，是在1931 CIERGB系统基础上，经系统基础上，经重新选定三原色和数据变换而确定的重新选定三原色和数据变换而确定的现在学习的是第32页，共36页光谱三刺激值光谱三刺激值现在学习的是第33页，共36页光谱色品图光谱色品图色品坐标现在学习的是第34页，共36页u颜色的主波长和补色波长颜色的主波长和补色波长u颜色纯度颜色纯度刺激纯度刺激纯度亮度纯度亮度纯度现在学习的是第35页，共36页uCIE196410度视场度视场u孟塞尔颜色系统孟塞尔颜色系统世界上广泛采用的世界上广泛采用的孟塞尔颜色系统由三部分组成孟塞尔颜色系统由三部分组成明度值明度值彩度彩度色调色调现在学习的是第36页，共36页