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1、LED简介及色差分析手法简介及色差分析手法LED基本知识介绍基本知识介绍 色彩学的基本知识色彩学的基本知识 LED色差分析流程色差分析流程 发光二极管发光二极管 发光二极管英文全称为Light Emitting Diode（简称LED），是一种新型的固态光源。诞生于20世纪60年代，1923年罗塞夫（Lossen.o.w）在研究半导体SiC时有杂质的P-N结中有光发射，研究出了发光二极管（LED：Light Emitting Diode），一直不受重视.随着电子工业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展LED才逐步受到人们的重视。传统灯传统灯食人鱼食人鱼LED普通普通LED未来未来LED
2、大功率大功率LEDLED基本知识介绍基本知识介绍 LED的优点寿命长（100，000Hrs）驱动电压低（1.84.5V）耗电量少（401000mW）相对冷光源(辐射小)点亮速度快（时间常数为10-710-9S）避免疑似点灯效应体积小多种色彩耐震性特佳（全固体封装，不易破损）单色性佳（发光波长稳定）绿色无污染LED基本知识介绍基本知识介绍 发光原理发光原理发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结,中间的有双异质结构构成的有源层，这个有源层就是发光区.因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此
3、外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合，并以光和热的形式放出能量。如图所示，在电动势的作用下，电子对从能量高的能级跳跃到能量低的空穴，根据能量守恒，多余的能量以光和热的形式释放出。LED基本知识介绍基本知识介绍 LED分类及结构A.直插式LED：（ight emitting diode）按外形尺寸分：3mm、5mm、8mm、10mm等等按发光颜色分：红色、绿、蓝、黄、橙、黄绿、白色、紫色、红外线、紫外线等按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射（深浅根据配比调节）色彩分
4、类：单色、双色、全彩（三色）LED基本知识介绍基本知识介绍.SMD(Surface mount diode）表面贴装二极管 1.按外形分：0603、1206、2810、3020、3528、5050等等2.按颜色分：红色、绿、蓝、黄、琥珀、黄绿、白色、紫色、红外线等;3.按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射（深浅根据配比调节）4.色彩分类：单色、双色、全彩（三色）LED分类及结构LED基本知识介绍基本知识介绍 LED分类及结构C.食人鱼（Flux led）1.食人鱼产品主要是顶部LENS的不同种类而改变：2.顶部珠子分为：3mm、5mm、平头与微凸产品。3.为改变角度的大小，顶部
5、珠子的高低也不同：比如3mm的珠子高度有1.35、1.5、1.9mm的.4.颜色种类如插件LED齐全。LED基本知识介绍基本知识介绍 D、大功率LED（Power led）1.大功率有1w、3w、5w、10w等等不同种类2.目前流程大大功率有铝基板样式的、仿luminous、SMD样式的。3.透镜有酒杯状的、平头的、透镜的4.直流与交流驱动LED分类及结构LED基本知识介绍基本知识介绍 E、数码管LED（Display）数码管的种类比较繁多:单位、双位、三位、四位、多位、以及客户要求定做的各种产品。F、点阵（Dot matrix display）外形和数码管不同，但性能等相关规格差别不大。LE
6、D分类及结构LED基本知识介绍基本知识介绍 液晶模组使用的液晶模组使用的LED类型类型-SMD 目前已商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶体加上YAG黄色荧光粉组合产生白光。未来较被看好的是三波长白光LED，即以无机紫外光晶体加红、蓝、绿三色荧光粉混合产生白光。或以红、蓝、绿三色芯片的光混合产生白光。白光：W01P,W03P蓝光：B01P,B01,B03 单晶双晶RB(红、蓝)1206 RGB(红绿蓝)1615 RGB(红绿蓝)三晶5050 white HP Side view 2808 Side view 4008/2810 Flash LED 3228 Products of SMD
7、 LEDsLED基本知识介绍基本知识介绍 SMD LED构造金线Gold Wire晶片Chip封装胶体Plastic Body(Molding Compound)焊锡区Solder导线架Lead Frame银胶Ag EpoxyLED基本知识介绍基本知识介绍 发光二极管组件依其制作过程可分为上游晶圆制作(单芯片与磊芯片的生产与制造)、中游晶粒制作(将磊芯片经过制作电极、平台蚀刻等程序切割出LED晶粒)及下游封装(将晶粒封装成发光器件)，具体工艺流程为：1外延片工艺：外延片工艺：衬底结构设计缓冲层生长N型GaN层生长多量子阱发光层生长P型GaN层生长退火检测（光荧光、X射线）外延片2晶片工艺：晶片
8、工艺：外延片设计、加工掩模版光刻离子刻蚀N型电极（镀膜、退火、刻 蚀）P型电极（镀膜、退火、刻蚀）划片晶片分检、分级包装3、封装工艺：、封装工艺：封装扩晶点银浆（绝缘胶）固晶烘干焊线封胶（环氧树脂）烘干半切电性能检测全切测试分选包装 LED的产业链LED基本知识介绍基本知识介绍 LED主要参数电路电路正向导通电压驱动电流光学光学出光量（光通量Lm，光强Cd）颜色(色坐标x,y，色温K)结构结构尺寸大小 5630 6030 7020LED基本知识介绍基本知识介绍 LED主要参数-电路方面LED基本知识介绍基本知识介绍 正向电压VF(Forward voltage)通过发光二极管的正向电流为确定值
9、时，在两极间产生的电压降。V反向电流IR(Reverse current)加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。VLED的参数-电路方面LED基本知识介绍基本知识介绍 LED理想的I-V曲线图施加正向电压时施加正向电压时施加反向电压时施加反向电压时LED的特性LED基本知识介绍基本知识介绍 LED的特性LED电性参数图电性参数图正正向向电电流流反向电压反向电压反反向向电电流流正向电压正向电压LED基本知识介绍基本知识介绍 光通量v Luminous flux通过发光二极管的正向电流为规定值时，一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量 单位:流明(LM)发光（或辐
10、射）强度Iv Luminous（or Radiant）intensity光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为Iv=d/d。单位:mcd 其中:距离d在CIE中规定了两种标准d1:100mmd2:316mmVLED的参数-光学方面LED基本知识介绍基本知识介绍 CIE XY色度图因白光非单一色光,所以在测试时,白光分色按右图分X,Y值,而其它颜色光按波长来分.LED的参数-光学方面LED基本知识介绍基本知识介绍 LED的参数-光学方面LED基本知识介绍基本知识介绍 LED基本知识介绍基本知识介绍 LED的参数-光学方面LED基本知识介绍基本知识介绍 LED的参数-光学方面LED电流
11、、电压与光学的相关曲线LED基本知识介绍基本知识介绍 LED电流、电压与光学的相关曲线LED基本知识介绍基本知识介绍 图像信息图像信息图图像像是是用用各各种种观观测测系系统统以以不不同同形形式式和和手手段段观观测测客客观观世世界界而而获获得得的的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。科科学学研研究究和和统统计计表表明明，人人类类从从外外界界获获得得的的信信息息约约有有75来来自自视视觉觉系统，也就是从图像中获得的。例如照片、绘图、视频等等。系统，也就是从图像中获得的。例如照片、绘图、视频等等。对于人而言，视觉是五种感知觉中最重要的一个
12、。对于人而言，视觉是五种感知觉中最重要的一个。视觉视觉听觉听觉味觉味觉嗅觉嗅觉触觉触觉 色彩学的基本知识色彩学的基本知识 要看图像是如何形成的，还得先看看光是怎样产生的？要看图像是如何形成的，还得先看看光是怎样产生的？电偶极子模型电偶极子模型物物体体微微观观上上可可认认为为由由大大量量分分子子、原原子子、电电子子所所组组成成，可可看看成成电电荷荷体体系系，大大部部分分物物体体发发光光属属于于原原子子发发光光类类型型。经经典典电电磁磁场场理理论论把把原原子子发发光光看看作作是是原原子子内内部部过过程程形形成成的的电电偶偶极极子子的的辐辐射射。原原子子由由带带正正电电的的原原于于核核和和绕绕核核运
13、运动动的的带带负负电电的的电电子子组组成成，在在外外界界能能量量的的激激发发下下，由由于于原原子子核核和和电电子子的的剧剧烈烈运运动动和和相相互互作作用用，原原子子的的正正电电中中心心和和负负电电中中心心常常不不重重合合，且且正正负电中心的距离在不断地变化，因而形成一个振荡电偶极子。负电中心的距离在不断地变化，因而形成一个振荡电偶极子。图像是如何形成的？图像是如何形成的？色彩学的基本知识色彩学的基本知识 振振荡荡电电偶偶极极子子在在周周围围空空间间产产生生交交变变的的电电磁磁场场，并并在在空空间间以以一一定定的的速速度度传传播播，伴伴随随着着能能量量的的传传递递。由由于于原原子子的的剧剧烈烈运
14、运动动，彼彼此此间间不不断断碰碰撞撞，辐辐射射过过程程常常常常中中断断，因因而而原原子子发发光光是是断断断断续续续续的的。原原子子每每次次发发光光持持续续时时间间是是原原子子两两次次碰碰撞撞的的时时间间间间隔隔，持持续续时时间间很很短短，大大约约10-810-9秒秒。实实际际光光源源由由大大量量原原子子和和分分子子组组成成，所所发发出出的的光光振振动动方方向向杂杂乱乱无无章。章。光就是电磁波，电磁波的频谱对于光而言就是光谱光就是电磁波，电磁波的频谱对于光而言就是光谱视觉是外界光刺激作用于人的视觉神经而产生的主观感觉。视觉是外界光刺激作用于人的视觉神经而产生的主观感觉。视视觉觉有有三三种种特特性
15、性，从从描描述述视视觉觉特特性性的的心心理理物物理理量量来来看看，它它们们是是亮亮度度、主主波波长长、纯纯度度；从从相相应应的的心心理理量量来来看看，它它们们是是明明度度、色色度度、饱和度。饱和度。用用一一个个三三维维空空间间纺纺锤锤体体形形立立体体可可以以把把颜颜色色的的三三种种基基本本特特性性明明度度、色调和饱和度全部表示出来。色调和饱和度全部表示出来。亮亮度度表表示示光光的的强强度度。物物体体表表面面或或光光源源的的亮亮度度越越高高，人人感感觉觉到到的的明明度就越高。但二者的关系并不固定；度就越高。但二者的关系并不固定；光光谱谱是是由由不不同同波波长长的的光光组组成成的的，不不同同波波长
16、长所所引引起起的的不不同同感感觉觉就就是是色度；色度；纯纯色色是是指指没没有有混混入入白白色色的的窄窄带带单单色色光光，在在视视觉觉上上就就是是高高饱饱和和度度的的颜颜色色。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。当当光光谱谱色色搀搀入入白白光成分越多时，就越不饱和。光成分越多时，就越不饱和。图像是如何形成的？图像是如何形成的？色彩学的基本知识色彩学的基本知识 特特定定的的光光谱谱将将让让人人感感受受到到不不同同的的亮亮度度和和颜颜色，于是感受到五彩缤纷的世界。色，于是感受到五彩缤纷的世界。人眼如何看到图像？人眼如何看到图像？视网膜成像功能强大的成像系统视网膜成像
17、功能强大的成像系统快快速速无无极极变变焦焦，自自动动光光圈圈调调整整，光光轴轴可可变变，环环境境亮度自适应亮度自适应.一个功能很强大的成像系统一个功能很强大的成像系统色彩学的基本知识色彩学的基本知识 人眼的结构人眼的结构1.晶状体：强大的自动调焦能力晶状体：强大的自动调焦能力2.视网膜：人眼感知图像信号的窗口视网膜：人眼感知图像信号的窗口 视网膜上分布着无数的光接收细胞视网膜上分布着无数的光接收细胞 锥体细胞：约锥体细胞：约60000007000000个；个；对颜色很敏感，适应于强照度；对颜色很敏感，适应于强照度；人类利用它分辨物体细节；人类利用它分辨物体细节；锥体细胞视觉称为适亮视觉。锥体细
18、胞视觉称为适亮视觉。杆体细胞：约杆体细胞：约75000000150000000个；个；对颜色不敏感，适应于低照度；对颜色不敏感，适应于低照度；杆体细胞主要提供视野的整体视象；杆体细胞主要提供视野的整体视象；杆体细胞视觉称为适暗视觉。杆体细胞视觉称为适暗视觉。3.中央凹：视网膜的中心中央凹：视网膜的中心 高分辨率的传感器高分辨率的传感器1.人人眼眼具具有有很很大大的的亮亮度度适适应应范范围围（最最低低10-19lx，最高，最高110 lx）这这样样大大的的亮亮度度适适应应范范围围，仅仅靠靠瞳瞳孔孔的的调调节节是是远远远远不不够够的的（瞳瞳孔孔调调节节只只能能使使进进入入眼眼球球内内的的光光通通量
19、量改改变变大大约约20倍倍），还还需需要要杆杆细细胞胞和和锥锥细细胞胞的的转转换换来来实实现现的的，但但这这需需要要大大约约30分钟的时间完成完全转换。分钟的时间完成完全转换。2.人人眼眼具具有有较较小小的的亮亮度度分分辨辨能能力力，一一般般小小于于64级级3.人眼有较强的亮度变化鉴别能力人眼有较强的亮度变化鉴别能力4.人眼具有马赫效应人眼具有马赫效应5.人眼具有人眼具有“同时对比度同时对比度”现象现象6.人人的的视视觉觉感感受受不不仅仅受受实实际际物物体体的的视视觉觉特特征征影影响响，还还取取决决于于观观察察物物体体的的环环境境和和背背景景，以及观察者所具备的先验知识以及观察者所具备的先验知
20、识人眼有很多有趣的生理人眼有很多有趣的生理/心理视觉现象心理视觉现象人眼的特性人眼的特性色彩学的基本知识色彩学的基本知识 自我测试自我测试亮度分辨能力测试亮度分辨能力测试 亮度变化鉴别能力测试亮度变化鉴别能力测试 色彩学的基本知识色彩学的基本知识 马赫带效应马赫带效应 同时对比度现象同时对比度现象人眼的特性视见光谱范围人眼的特性视见光谱范围人可以看到的频谱范围很窄人可以看到的频谱范围很窄色彩学的基本知识色彩学的基本知识 色彩学的基本知识色彩学的基本知识 辐射通量物体能量辐射能力的量度辐射通量物体能量辐射能力的量度设设光光源源表表面面S向向所所有有方方向向辐辐射射出出各各种种波波长长的的光光。此
21、此光光源源表表面面一一个个面面积积元元dS的的辐辐射射情情况况，可可以以用用单单位位时时间间内内该该面面积积元元dS辐辐射射出出来来的的所所有有波波长长的的光光能能量量（也也就就是是通通过过该该面面积积的的辐辐射射功功率）来表示，这就是面积元率）来表示，这就是面积元dS的辐射通量。单位为瓦特。的辐射通量。单位为瓦特。由由于于光光源源的的辐辐射射由由不不同同波波长长的的光光组组成成，不不同同波波长长的的光光在在其其中中所所占占的的相相对对数数值值又又是是不不同同的的。设设P()是是辐辐通通量量随随波波长长变变化化的的函函数数，它它就就是是在在单单位位时时间间内内某某一一波波长长附附近近的的单单位
22、位波波长长间间隔隔内内的辐射能量，它又称谱辐射通量密度。的辐射能量，它又称谱辐射通量密度。于是，从面积元于是，从面积元dS发出的各种波长的光的总辐射通量为发出的各种波长的光的总辐射通量为：色彩学的基本知识色彩学的基本知识 辐辐射射通通量量代代表表的的是是光光源源面面积积元元在在单单位位时时间间内内辐辐射射的的总总能能量量的的多多少少，而而我我们们感感兴兴趣趣的的只只是是其其中中能能够够引引起起视视觉觉的的部部分分，相相等等的的辐辐射射通通量量，由由于于波波长长不不同同，人人眼眼的的感感觉觉也也不不相相同同。为为了了研研究究客客观观的的辐辐射射通通量量与与它它们们在在人人眼眼所所引引起起的的主主
23、观观感感觉觉强强度度之之间间的的关关系系，首首先先必必须须了了解解眼睛对各种不同波长的视觉灵敏度。眼睛对各种不同波长的视觉灵敏度。人人眼眼对对黄黄绿绿色色光光最最灵灵敏敏；对对红红色色和和紫紫色色光光较较差差；而而对对红红外外光光和和紫紫外外光光，则则无无视视觉觉反反应应。在在引引起起强强度度相相等等的的视视觉觉情情况况下下，若若所所需需的的某某一一单单色色光光的的辐辐射射通通量量愈愈小小，则则说说明明人人眼眼对对该该单色光的视觉灵敏度愈高。单色光的视觉灵敏度愈高。如如果果一一个个物物体体只只发发出出红红外外线线，哪哪怕怕它它辐辐射射的的能能量量很很强强，我我们们看看它它也也是是“黑黑的的”，
24、比如一块烧热了的铁比如一块烧热了的铁.光通量光通量引引入入视视见见函函数数V()后后，就就可可以以研研究究光光通通量量，它它表表示示光光源源表表面面的的客客观观辐辐射射通通量量对对人人眼眼引引起起的的视视觉觉强强度度，以以表表示示，它它等等于于辐辐射射通通量量与与视视见见函函数数的的乘乘积积。在在某某一一波波长长附附近近对对于波长间隔为于波长间隔为d的单色光来讲，其光通量为：的单色光来讲，其光通量为：光光通通量量和和辐辐射射通通量量具具有有相相同同的的量量纲纲，但但在在国国际际单单位位制制中中，辐辐射射通通量量的的单单位位为为瓦瓦，而而光通量的单位为流明（光通量的单位为流明（lumen）。）。
25、1lm到底是多少呢？教室里的总光通量大约是多少？到底是多少呢？教室里的总光通量大约是多少？实实验验测测量量和和理理论论分分析析表表明明，波波长长为为555 nm的的单单色色辐辐射射，1W辐辐通通量量等等于于683 lm的的光光通通量量。对对于于其其它它波波长长的的单单色色光光，1 W辐辐通通量量引引起起的的光光刺刺激激值值都都小小于于683 lm，它它们们的的数数值值关关系系就就是是光光谱谱光光视效率视效率/视见函数。视见函数。色彩学的基本知识色彩学的基本知识 发光效率发光效率电电光光源源发发出出的的总总光光通通量量与与电电光光源源的的耗耗电电功功率率P之之比比，称称为为电电光光源源的的发发光
26、光效效率率。它它是衡量电光源工作性能的重要指标。即是衡量电光源工作性能的重要指标。即表表示示电电源源每每耗耗电电1W所所发发出出光光通通量量的的流流明明数数。电电光光源源的的发发光光效效率率都都是是不不高高的的，这这是是因因为为输输入入光光源源的的电电功功率率不不能能全全部部转转化化为为电电磁磁辐辐射射通通量量，而而电电磁磁辐辐射射通通量量中中又又只只有有一一部分落在可见光区的缘故。部分落在可见光区的缘故。式中式中d是点光源在某一方向上所张的立体角元。可以证明：是点光源在某一方向上所张的立体角元。可以证明：因此：因此：发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量，它可用发光
27、强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量，它可用点光源在单位立体角中发出的光通量的数值来量度，可表达为：点光源在单位立体角中发出的光通量的数值来量度，可表达为：于是可以得出整个空间立体角为：于是可以得出整个空间立体角为：发光强度发光强度色彩学的基本知识色彩学的基本知识 如果如果I不随不随和和而变化（均匀发光体），则总光通量：而变化（均匀发光体），则总光通量：=4I一一个个光光源源发发出出频频率率为为5401012Hz(555 nm)的的单单色色辐辐射射，若若在在给给定定方方向向的的辐辐射射强强度度为为（1/683）W/sr，则光源在该方向上的发光强度为，则光源在该方向上的发
28、光强度为1cd。可可见见，发发光光强强度度为为1cd的的点点光光源源在在单单位位立立体体角角1sr内内发发出出的的光光通通量量为为1lm，即即：1lm1cdsr 发发光光强强度度的的单单位位是是坎坎德德拉拉(cd)，在在国国际际单单位位制制中中，发发光光强强度度的的单单位位是是国国际际单单位位制制中中七七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。通常发光强度是空间角度的函数。通常发光强度是空间角度的函数。LED发光强度空间分布图发光强度空间分布图色彩学的基本知识色彩学的基本知识 光照度光照度照照度度是是表表征征受受照照面面被被照照明明程程度度的
29、的物物理理量量，它它可可用用落落在在受受照照物物体体单单位位面面积积上上的的光光通通量量数数值来量度，如果照射在物体面元值来量度，如果照射在物体面元d上的光通量为上的光通量为d，则照度，则照度E可表达为：可表达为：照度的单位称为勒克斯照度的单位称为勒克斯(lx)，它是，它是1lm的光通量均匀分布在的光通量均匀分布在1m2的表面上所产生的照度。的表面上所产生的照度。对对点点光光源源(均均匀匀发发光光体体)来来说说d=Id，I与与空空间间角角无无关关，因因而而与与点点光光源源距距离离为为R、法法矢矢量量与光线成与光线成角的平面上的照度：角的平面上的照度：因为：因为：由由此此可可见见，点点光光源源所
30、所造造成成的的照照度度反反比比于于光光源源到到受受照照面面的的距距离离的的平平方方，而而正正比比于于光光束束的的轴线方向与受照面法线间夹角轴线方向与受照面法线间夹角的余弦。的余弦。色彩学的基本知识色彩学的基本知识 光亮度光亮度只只有有在在发发光光体体的的线线度度远远小小光光源源到到观观察察点点距距离离，即即发发光光体体实实际际线线度度大大小小可可以以略略去去不不计计时时，点点光光源源才才有有意意义义。对对于于实实际际的的扩扩展展光光源源来来说说，应应该该把把它它的的表表面面分分成成无无数数面面元元，同同时时分分出出这这样样的的一一个个光光束束：它它从从某某一一面面元元dS出出发发，包包围围在在
31、一一个个立立体体角角d内内，这这光光束束的的轴轴线线与与dS的的法线法线N成一个角度成一个角度。光亮度简称亮度，是与人眼视觉感受联系最直接的光度学参数。光亮度简称亮度，是与人眼视觉感受联系最直接的光度学参数。朗朗伯伯首首先先由由实实验验发发现现对对许许多多发发光光体体(不不是是所所有有发发光光体体)来来说说，在在立立体体角角d中中发发射射出出的的光光通通量量di正正比比于于dScosi的的大大小小(朗朗伯伯定定律律)，比比例例系系数数和和发发光光面面的的性性质质有有关关，不不随随i角角的的不不同而变。同而变。这这个个系系数数用用L表表示示，称称为为光光源源的的亮亮度度，它它是是表表征征发发光光
32、面面发发光光强强弱弱并并与与发发光光表表面面特特性性有有关关的的物物理理量量，可可以以用用单单位位面面积积的的光光源源表表面面在在法法线线方方向向的的单单位位立立体体角角内内传传送送出出的的光光通通量量数值来量度。于是数值来量度。于是:由上式可知，亮度的单位为由上式可知，亮度的单位为lm/(m2sr)cd/m2，称为尼特，称为尼特(nit)。因此：因此：色彩学的基本知识色彩学的基本知识 通常扩展光源上每一面元的亮度通常扩展光源上每一面元的亮度L随方向而变。随方向而变。如果某扩展光源的发光强度如果某扩展光源的发光强度I cos，即：，即：其其中中IN是是dS法法线线方方向向的的发发光光强强度度，
33、Ii是是任任意意角角度度i的的发发光光强强度度。这这类类光光源源称称为为遵遵从从朗朗伯伯定律的光源，也叫余弦发光体或朗伯光源。定律的光源，也叫余弦发光体或朗伯光源。显然：显然：可可见见，朗朗伯伯光光源源的的亮亮度度与与空空间间角角度度无无关关，或或者者说说，朗朗伯伯光光源源从从各各个个方方向向看看都都是是一一样样亮亮的。的。光光束束投投射射到到光光滑滑的的表表面面上上时时，会会定定向向地地反反射射出出去去；而而投投射射到到粗粗糙糙的的表表面面上上时时，它它将将朝朝所所有有方方向向漫漫射射。一一个个理理想想的的漫漫射射面面，应应是是遵遵循循朗朗伯伯定定律律的的；也也就就是是无无论论入入射射光光从
34、从何何方方来，沿各方向漫射光的发光强度总是与来，沿各方向漫射光的发光强度总是与cos成正比，因而亮度相同。成正比，因而亮度相同。涂涂了了氧氧化化镁镁的的表表面面被被照照亮亮以以后后，或或者者从从内内部部被被照照明明的的优优质质玻玻璃璃灯灯罩罩、积积雪雪、白白墙墙以以及及十分粗糙的白纸，都很接近理想的漫射体。这类物体称为朗伯反射体。十分粗糙的白纸，都很接近理想的漫射体。这类物体称为朗伯反射体。CRT电视机屏幕、电影荧幕都是朗伯反射体，而液晶显示屏幕则不是电视机屏幕、电影荧幕都是朗伯反射体，而液晶显示屏幕则不是色彩学的基本知识色彩学的基本知识 光度学参数汇总光度学参数汇总色彩学的基本知识色彩学的基
35、本知识 光度学参数汇总光度学参数汇总色彩学的基本知识色彩学的基本知识 色度学色度学色度学是本世纪发展起来的以物理光学、视觉生理学和视觉心理学等学科领域为、色度学是本世纪发展起来的以物理光学、视觉生理学和视觉心理学等学科领域为、基础的综合性学科。它超出了通常意义下的物理学范围，但又常常在物理学中介基础的综合性学科。它超出了通常意义下的物理学范围，但又常常在物理学中介绍它。在科学研究、生产和生活中有许多现象往往和视觉联系在一起，这些现象绍它。在科学研究、生产和生活中有许多现象往往和视觉联系在一起，这些现象是物理过程和生理过程的一种混合。要完全理解这些现象，必须研究视觉这个领是物理过程和生理过程的一
36、种混合。要完全理解这些现象，必须研究视觉这个领域，特别是色的视觉，即色度学所涉及的问题。域，特别是色的视觉，即色度学所涉及的问题。如如果果要要使使得得两两个个光光源源的的色色彩彩完完全全一一致致，是是不不是是需需要要两两个个光光源源的的光光谱谱分分布布完完全全一一样样呢呢？不不是是的的。这这是是人人眼眼的的又又一一个个特特性性。即即两两个个光光谱谱分分布布完完全全不不同同的的光光源源有有可可能能引引起起相相同同的的色彩感，这称为人眼的色彩感，这称为人眼的“异谱同色异谱同色”效应。效应。特特定定的的光光谱谱产产生生特特定定的的视视觉觉感感受受，但但是是特特定定的的视视觉觉感感受受不不一一定定只只
37、有有一一种种光光谱谱可可以以产产生生。因此，试图用光谱来度量颜色是行不通的。因此，试图用光谱来度量颜色是行不通的。但是可以用与复杂光谱具有相同视觉刺激函数的简单光谱组合来度量复杂的光谱组合。但是可以用与复杂光谱具有相同视觉刺激函数的简单光谱组合来度量复杂的光谱组合。色彩学的基本知识色彩学的基本知识 颜色的基本概念混色颜色的基本概念混色十七世纪后期，牛顿通过分光棱镜实验证明了：十七世纪后期，牛顿通过分光棱镜实验证明了：白光是由很多不同颜色的光混合而成的；白光是由很多不同颜色的光混合而成的；两种颜色相混合会出现一种新的颜色。两种颜色相混合会出现一种新的颜色。十九世纪初，十九世纪初，Yaung提出某
38、一波长的光可以通过三种不同波长的光相混合而复现出提出某一波长的光可以通过三种不同波长的光相混合而复现出来的假设。他认为红来的假设。他认为红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)这三种单色光可以作为基本的颜色这三种单色光可以作为基本的颜色原原色，把这三种光按不同的比例混合就能准确地复现出任何其它波长的光。当把它们色，把这三种光按不同的比例混合就能准确地复现出任何其它波长的光。当把它们以等量混合时会产生中性的颜色以等量混合时会产生中性的颜色白光白光(W)。Maxwell用旋转圆盘所做的颜色混合实验证明了用旋转圆盘所做的颜色混合实验证明了Yaung的假设。的假设。他还证明这三种颜色不一定是红、绿、蓝。他
39、还证明这三种颜色不一定是红、绿、蓝。所谓混色，是将两种或者两种以上的彩色相混合，从而产生新的彩色的过程。所谓混色，是将两种或者两种以上的彩色相混合，从而产生新的彩色的过程。混混色色有有两两种种方方法法，一一种种是是通通过过颜颜料料的的反反射射或或吸吸色色性性质质，将将两两种种不不同同颜颜色色的的颜颜料料相相混混合合，混混合合颜颜料料将将会会具具有有新新的的反反射射或或吸吸色色性性质质，从从而而得得到到新新的的颜颜色色。这这称称为为相相减减混混色色。例例如如红红色色颜颜料料，它它因因为为反反射射白白光光中中的的红红光光而而吸吸收收白白光光中中的的绿绿光光和和蓝蓝光光，故故呈呈红红色色。而而黄黄颜
40、颜料料则则反反射射白白光光中中的的红红光光和和绿绿光光而而吸吸收收白白光光中中的的蓝蓝光光，故故呈呈黄黄色色。相相减减混混色色一一般般用用于于彩彩色印刷、印染、相纸行业等。色印刷、印染、相纸行业等。另另一一种种混混色色方方法法是是直直接接将将不不同同彩彩色色的的光光同同时时投投射射到到人人眼眼，从从而而产产生生新新的的彩彩色色感感，这这称称为相加混色。为相加混色。色彩学的基本知识色彩学的基本知识 直接混色直接混色两种以上的彩色光同时投到屏幕上，又称光谱混色。两种以上的彩色光同时投到屏幕上，又称光谱混色。投影电视就是把红、绿、蓝光同时投到银幕上直接混色。投影电视就是把红、绿、蓝光同时投到银幕上直
41、接混色。间接混色间接混色(1)时时间间混混色色：两两种种以以上上的的光光先先后后很很快快投投射射到到屏屏幕幕上上，利利用用人人眼眼的的“视视觉觉惰惰性性/视视觉觉暂暂留留”重现彩色。重现彩色。(2)空间混色：空间混色：利用人眼分辨力有一定限度实现空间混色，如彩色显象管。利用人眼分辨力有一定限度实现空间混色，如彩色显象管。(3)生理混色：生理混色：两只眼睛同时分别看不同彩色，大脑中形成混色效果。两只眼睛同时分别看不同彩色，大脑中形成混色效果。颜色的基本概念混色颜色的基本概念混色通过混色实验，有如下的基本混色式：通过混色实验，有如下的基本混色式：红绿黄红绿黄 红黄品红红黄品红 绿蓝青绿蓝青 红绿蓝
42、白红绿蓝白需需要要注注意意的的是是，上上述述混混色色式式只只是是一一种种简简便便的的表表达达，实实际际混混色色比比上上述述结结果果要要复复杂杂得得多多。因因为为混混色色的的两两种种光光的的强强度度不同，结果也会不同。不同，结果也会不同。R RGYRGBYMCW色彩学的基本知识色彩学的基本知识 颜色度量体系颜色度量体系1931年年9月月，国国际际照照明明委委员员会会在在英英国国的的剑剑桥桥市市召召开开了了具具有有历历史史意意义义的的大大会会。会会议议所所取取得得的主要成果包含：的主要成果包含：1、定定义义了了标标准准观观察察者者(Standard Observer)标标准准：普普通通人人眼眼对对
43、颜颜色色的的响响应应。该该标标准准采采用用想想象象的的X,Y和和Z三三种种基基色色，用用颜颜色色匹匹配配函函数数(color-matching function)表表示示。颜颜色色匹匹配配实实验使用的视野验使用的视野(field of view)。2、定义了标准光源、定义了标准光源(Standard Illuminants)：用于比较颜色的光源规范。：用于比较颜色的光源规范。3、定定义义了了CIE XYZ基基色色系系统统：与与RGB相相关关的的想想象象的的基基色色系系统统，但但更更适适用用于于颜颜色色的的计计算。算。4、定定义义了了CIE xyY颜颜色色空空间间：一一个个由由XYZ导导出出的的
44、颜颜色色空空间间，它它把把与与颜颜色色属属性性相相关关的的x和和y从与明度属性相关的亮度从与明度属性相关的亮度Y中分离开。中分离开。5、定义了、定义了CIE色度图色度图(CIE chromaticity diagram)：容易看到颜色之间关系的一种图。：容易看到颜色之间关系的一种图。近日出或日落时之日光近日出或日落时之日光近正午之阳光近正午之阳光相似北方相似北方45度仰角之日光度仰角之日光平均太阳光平均太阳光色彩学的基本知识色彩学的基本知识 彩色电视的色度范围彩色电视的色度范围NTSC和和PAL电视重现的颜色范围电视重现的颜色范围几种设备重现的颜色范围几种设备重现的颜色范围色彩学的基本知识色彩
45、学的基本知识 CIE 1960 YUV色度图色度图CIE 1960 YUV是是由由CIE 1931 XYZ经经过过线线性性变变换换之之后后得得到到的的一一种种颜颜色色空空间间，目目的的是是企企图图得得到到这这样样的的一一种种色色度度图图：在在色色度度图图中中，代代表表两两种种颜颜色色的的两两个个点点之之间间的的色色差差与与对对颜颜色色感感知知的的差差别别是是均均匀匀的的。其其中中的的Y代代表表色色彩彩的亮度，的亮度，U、V的坐标定义如下：的坐标定义如下：这种色度体系主要用于电视信号传输。这种色度体系主要用于电视信号传输。1976 CIE LUV色度图色度图CIE 1931 XYZ二维色度图有两
46、个比较明显的缺点：二维色度图有两个比较明显的缺点：明度没有反映在色度图中。明度没有反映在色度图中。在在颜颜色色空空间间中中两两种种颜颜色色之之间间的的距距离离与与这这对对两两种种颜颜色感知的色差有差异。色感知的色差有差异。CIE 1960 YUV色色度度图图表表示示色色差差有有了了明明显显改改进进，但但色色度度图图上上没没有有亮亮度度坐坐标标，在在列列出出U，V值值时时要要单单独独列出列出Y值，对计算色差很不方便值，对计算色差很不方便CIE于于1976年年采采用用了了新新的的颜颜色色空空间间和和色色差差公公式式，称称1976 CIE LUV，其转换公式为：，其转换公式为：U=U,V=1.5VC
47、IE 1931 与与CIE 1976 Luv色度图对比色度图对比色彩学的基本知识色彩学的基本知识 显色指数显色指数光光源源对对物物体体本本身身颜颜色色呈呈现现的的程程度度称称为为显显色色性性,也也就就是是颜颜色色逼逼真真的的程程度度，显显色色性性高高的的光光源源对对颜颜色色表表现现较较好好，我我们们所所见见到到的的颜颜色色也也就就接接近近自自然然原原色色，显显色色性性低低的的光光源源对对颜颜色色表表现现较较差差，我们所见到的颜色偏差也较大。我们所见到的颜色偏差也较大。光光源源的的显显色色性性是是指指与与参参照照标标准准下下相相比比较较，一一个个光光源源对对物物体体颜颜色色外外貌貌所所产产生生的
48、的效效果果；光光源源的显色指数是待测光源下物体的颜色与参照光源下物体的颜色相符程度的度量。的显色指数是待测光源下物体的颜色与参照光源下物体的颜色相符程度的度量。在一个连续的光谱下的显色性在一个连续的光谱下的显色性仅有绿光和黄光的光照下的显色性仅有绿光和黄光的光照下的显色性在一个连续的光谱下的显色性在一个连续的光谱下的显色性仅有黄光的光照下的显色性仅有黄光的光照下的显色性色彩学的基本知识色彩学的基本知识 那那什什么么是是色色温温呢呢？色色温温全全称称为为开开尔尔文文温温度度，色色温温的的单单位位是是K，即即Kelvin、开开尔尔文文。和和我我们们中中国国人人平平时时用的摄氏温度、和美国人用的华氏
49、温度一样，色温也是温度的一种计量单位。用的摄氏温度、和美国人用的华氏温度一样，色温也是温度的一种计量单位。色色彩彩和和开开尔尔文文温温度度的的关关系系就就起起源源于于黑黑体体辐辐射射理理论论，对对黑黑体体(能能够够吸吸收收全全部部可可见见光光的的物物体体)加加热热直直到到它它发发光光(就像把铁加热一样就像把铁加热一样)，在不同温度下呈现的色彩就是色温。，在不同温度下呈现的色彩就是色温。将将黑黑体体从从绝绝对对零零度度(摄摄氏氏负负273点点15度度,又又让让我我想想起起了了圣圣斗斗士士冰冰河河)开开始始加加温温，温温度度每每升升高高一一度度称称为为1开开氏氏度度(用用字字母母K来来表表示示)当
50、当温温度度升升高高到到一一定定程程度度时时候候，黑黑体体便便辐辐射射出出可可见见光光，其其光光谱谱成成份份以以及及给给人人的的感感觉觉也也会会着着温温度度的的不不断断升升高高发发生生相相应应的的变变化化。于于是是，就就把把黑黑体体辐辐射射一一定定色色光光的的温温度度定定为为发发射射相相同同色色光光光光源源的的色色温温。当当这这个个黑黑色色物物体体受受热热后后受受到到的的热热力力相相当当于于500550摄摄氏氏度度时时，将将变变成成暗暗红红色色，如如果果继继续续加加热热达达到到1050一一1150摄摄氏氏度度时时，就就会会变变成成黄黄色色，然然后后是是白白色色，最最后后就就会会变变成成蓝蓝色色。