第六章 色度学基础

色度学基础知识---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 色度学基础知识一、概述色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的理论与技术的科学，是以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科领域为基础的综合性科学。

在现代工业和科学技术发展中，存在着大量有关色度学的问题，颜色与人民生活的衣食住行密切相关。

颜色的测量和控制在一些工农业生产中极为重要，在许多部门颜色是评定产品质量的重要指标，如染料、涂料、纺织印染、塑料建材、医学试剂、食品饮料、灯光信号、造纸印刷、电影电视、军事伪装等等，这一切都是由于颜色科学的建立，才使色度工作者能以统一的标准，对颜色作定量的描述和控制。

在纺织印染、染料和涂料等行业天天与颜色打交道，过去全凭目测评定，评定结果无法记述，储存。

并受观察者的身体状况、情绪、年龄等影响很大。

随着电子技术和计算机技术的迅速发展，测色仪器的测色准确性、重演性和自动化程度大大提高。

现在又有在线检测对提高产品质量，减少不合格品率更为有用。

为此测色技术在各行各业日益得到广泛应用。

色彩的感觉是一个错综复杂的过程，单从物理观点来考虑，色彩的产生有三个主要因素：光源，被照射的物体和观察者。

二.、光和颜色1、光源光由光源体发出，太阳光是我们最主要的光源。

光辐射是一种电磁辐射波，包括无线电波、紫外光、红外光、可见光、X 射线和γ射线等。

我们人类所能见到的光只是电磁波中极小的一部分，其波长范围是380--700nm （纳米）称为可见光谱。

在可见光谱范围内，不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉：700nm 为红色，580nm 为黄色， 510nm 为绿色， 470nm 为蓝色。

单一波长的光表现为一种颜色，称为单色光。

色度學基本概念5-1色覺的三種屬性(attribute)光波進入人眼睛到達視網膜上時，引起的色覺具有三種屬性，即「色彩」、「飽和度」及「亮度」。

色彩(hue)引起視覺的色光，可能是由數種波長的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近缸、橙、黃、綠、藍、紫等純光譜色中的那一種，這種屬性稱為「色彩」；而最接近的光譜色，一般也稱之為色光的「色彩」。

太陽光譜中各色光的色彩，可以用其波長表示。

因此單一波長的光，就稱為「單色光」。

黑色與白色都沒有色彩，介於黑與白中間的灰色，也不具有色彩，或者說它們的色彩未定。

飽和度(saturation)色彩與飽和度合稱為「色品」。

「飽和度」指的是顏色偏離灰色、接近純光譜色的程度。

黑、白、灰色的飽和度最低(0%)，而純光譜色的飽和度最高(100%)。

純光譜色與白光混合，可以產生各種混合色光，其中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。

亮度(brightness)「亮度」指的是光所產生的亮暗感覺。

就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色則最不亮，灰色則居中。

如果由明而暗，製作一系列代表不同等級亮度(稱為灰階)的灰色方塊(如下圖)，則一有色方塊(下圖第二列為黃色)的亮度，可以在同一白光照射下，忽略其色彩與飽和度屬性，藉由視覺比較，找出亮暗感覺相近的灰色方塊，而以該灰色方塊的亮度為其亮度。

5-2色度學(colorimetry)(1)Luminous flux 光通量(與亮度對應)(2)Dominant wave length 主波長(與色彩對應)(3)Purity 純度(與飽和度對應)(2)+(3)=chromaticity (色度)一瓦特的任何色光，均可由任意選定的三種不同色彩(如紅、綠〃藍)的色光，以一定比例的光通量(R、G、B)混合，而引發相同的色覺:(R,G,B)3C V(λ)[lm/W/]=R+G+BR,G,B可能為負(負值表示是與待測定的色光混合)。

以下為各單色光的R、G、B 值。

第一节色度学基础色度学与人类工程学色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以认为是客观的科学, 是与人类无关的。

而色度学却是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属于人类工程学范畴, 以对光强的度量来说, 物理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量, 而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。

辐射能量很大的波长很长的红光对人来说却没有辐射能量很小的黄光亮, 人们就认为黄光的强度比红光大。

色度学既然是建立在人眼的反应基础上, 对于别的动物就不适用了。

好在人类的不同人种之间对光的感受没有太大的区别, 因此色度学是和人种无关的。

绝对亮度( Lv) 的定义是:( 坎德拉/ 平米)其中θ 是发光表面法线与给定方向夹角的余弦。

由于多数情况下是垂直于发光表面观察的, 所以亮度可理解为单位面积的发光强度( di 为微发光强度, ds 为微发光面元) 。

1 坎德拉的发光强度是频率为540×1012赫兹的光源在每球面度中强度为1/683 瓦的光辐射。

由此可见, 亮度与电磁波的辐射强度这个物理量成正比。

又由于人眼的感色性的关系, 又与光的波长密切相关。

由于人眼在不同的亮度环境下会自动调节瞳孔的大小, 使进入眼睛的光强总在一个亮度范围之内。

因此除了在超出人眼调节范围之外的极暗或极亮的环境之外, 使用相对亮度来表述图像或图片更为方便。

例如, 尽管电视屏幕的白场、灯光下的白纸和阳光下的白纸的亮度很不一样, 但都将其定义为100% 的相对亮度。

考虑到在电子出版领域的应用, 后面使用亮度这个术语时, 都是表示相对亮度。

亮度和明度物体的亮度在计算机内都要以整数的方式表示, 例如最亮的为100, 最暗的就是0, 中间还有许多过渡亮度。

为了计算方便, 计算机内通常都以 2 的多少次方来表示一个亮度范围。

例如0～31、0～63、0～127、0～255。

现在最常用的是0～255, 即256 级亮度, 但其他几种方式也常使用; 例如有许多彩色显示卡的32K 色显示方式, 它的亮度等级就是0～31, 共32 级。

色度学基础知识什么是色度学？色度学是研究色彩的科学，也被称为颜色学。

它涉及颜色的感知、产生、测量和应用等各个方面。

色度学不仅仅关注颜色的外观，还研究颜色的物理和化学特性以及其在人类生活和工业中的应用。

主观与客观颜色在色度学中，我们经常讨论主观和客观颜色。

主观颜色是指人们通过视觉系统感知到的颜色，它受到个体的视觉特性和观察条件的影响。

相比之下，客观颜色是测量和描述颜色特性的科学方法。

在主观颜色的研究中，我们了解了人类视觉系统的工作原理。

视觉系统通过不同类型的感光细胞和神经传递来识别和解释外部光线的不同波长。

这些信息被传递到大脑中的视觉皮层，并被解释为不同的颜色。

客观颜色的研究则使用了各种仪器和方法来测量和描述颜色。

光谱仪是一种常用的工具，可以将光线分解为其组成的不同波长。

通过测量各个波长的强度，可以确定光线的颜色。

色彩空间色彩空间是用来描述颜色的一种系统。

它由不同的坐标轴组成，每个坐标轴表示颜色的一个特定属性。

常见的色彩空间有RGB、CMYK和HSB等。

•RGB色彩空间是由红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）三个原色组成的。

这种色彩空间常用于电子设备和计算机上的颜色显示。

•CMYK色彩空间是由青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Black）四个颜色组成的。

它常用于印刷行业，用于混合油墨来产生不同的颜色。

•HSB色彩空间代表色相（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）。

色相表示颜色的种类，饱和度表示颜色的纯度，亮度表示颜色的明暗程度。

不同的色彩空间可以用来描述不同的颜色特性，选择适合的色彩空间可以更准确地表示和处理颜色。

颜色的应用在生活和工业中，颜色有许多应用。

颜色可以通过情绪而产生不同的影响，对于个人和品牌来说具有重要的影响力。

在设计领域，颜色可以用来传达特定的情感和理念。

例如，在广告中使用红色可以引起人们的注意力和兴奋感，而使用蓝色则可以传达平静和安全的感觉。

色度学的基本知识色度学是研究人的颜色视觉规律，颜色测量理论与技术的科学，是物理光学，视觉生理，视觉心理等科学为基础的综合性科学。

彩色电视技术中的色度学是研究自然界景物的颜色，如何在彩色电视系统中分解，传输，并在彩色电视机屏幕上正确的复显出来。

名词解释：同色异谱：也就是说一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一种颜色可以有不同的光谱分布合成。

彩色电视机的颜色复显技术正是利用同色异谱概念，在颜色复显过程中，不是重复原来景物的光谱分布，而是利用几种规格化的光源进行配制。

以求在色感上得到等效效果。

如在彩电的复显中用的是R，G，B三基色光谱（因为R，G，B三基色可以混合出自然界中绝大多数颜色）的合成来复显原来景物的颜色。

绝对黑体：是指在辐射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。

当绝对黑体被加热时，就会发射一定的光谱，这些光谱表现为特定的颜色。

色温：当绝对黑体发射出与某一光源相同特性的光时，绝对黑体所必须保持的温度，便叫某光源的“色温”。

1931CIE-XYZ计色系统现代色度学采用CIE（国际照明委员会）所规定的一套色测量原理，数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。

白色可分为好多种，有偏红的白色（暖白色），偏蓝的白色（冷白色）等。

在彩色电视系统中，为了分解，重现彩色图象，通常也要选择一种白色作为分解，重现颜色的基准白。

为了清楚的描述不同的白色，通常把1931CIE-XYZ图中把白色用色度坐标（x，y）来表示，也可以用相关色温和最小分辨的颜色差来表示。

图中斜竖线称为布朗克轨迹等色温线，与其垂直的斜线称为最小可分辨的颜色差（Minimum Perceptible Colour Difference，简称MPCD），MPCD为零的斜竖线称为黑体（Black body）轨迹，又称布朗克轨迹。

布朗克轨迹上各点呈现的白色代表了绝对黑体在不同绝对温度下呈现的白色（从6000—20000K），竖斜线与布朗克轨迹相交的各点，均称为相应竖斜线上的点所表征的白色的相关色温点，与布朗克轨迹相交的斜线称为等相关色温线。

色度学的技术基础色度学是研究色彩的科学，涉及到色彩的感知、测量、表示以及应用等方面。

色彩在我们的日常生活中起着重要的作用，不仅影响着我们对事物的认知，还在许多行业中广泛应用，如设计、印刷、制药等。

要理解色彩的本质，了解色彩学的技术基础就显得尤为重要。

光谱分布与色彩色彩是由光的不同波长组成的，不同波长的光对应着不同的颜色。

色彩的感知取决于光的波长和光的强度，这种波长和强度的分布称为光谱分布。

光谱分布决定了我们所看到的色彩，通过测量和表示光谱分布，我们可以准确地描述和分析色彩。

色彩空间与色彩表示色彩空间是用来描述和表示色彩的数学模型，常见的色彩空间有RGB、CMYK、Lab等。

其中，RGB色彩空间由红、绿、蓝三个分量组成，通过调节这三个分量的强度可以得到不同的颜色。

CMYK色彩空间则用青、洋红、黄、黑四个分量表示，主要用于印刷行业。

Lab色彩空间则以明度（L）和两个色度分量（a、b）来表示，主要用于色彩差异的计算。

色彩测量与光谱仪色彩的测量是通过使用光谱仪来进行的，光谱仪能够测量光的波长和强度，从而得到光的光谱分布。

光谱仪通常由光源、光栅、光电二极管等组成。

通过将待测样品照射到光栅上，光栅会将光分解成不同的波长，然后通过光电二极管测量不同波长的光的强度。

色彩检测与色度计色度计是用来进行色彩检测的仪器，它可以测量光的颜色，并将其转换成数值，以表示色彩的属性。

色度计通常通过测量标准样品的颜色参数，来校准仪器，然后再对待测样品进行测量。

常见的颜色参数包括色度坐标（如CIE L a b*中的a、b）和色差值（如△E值）等。

色彩管理与ICC配置文件在一些需要准确表现色彩的行业中，如设计、印刷等，色彩管理非常重要。

色彩管理通过建立一套标准的色彩工作流程，以保证不同设备（如显示器、打印机）之间的色彩一致性。

ICC配置文件是色彩管理的关键，它包含了设备的色彩特性和校准参数，以及色彩转换的算法等。

色度学在应用中的挑战尽管色度学的技术基础已经相当成熟，但在实际应用中仍面临一些挑战。

初中物理实验色光的混合教案第一章：引言1.1 课程背景色光混合是物理学中的重要内容，通过本章节的学习，让学生了解色光混合的基本原理，以及色光混合在现实生活中的应用。

1.2 教学目标（1）理解色光混合的概念；（2）掌握色光混合的基本原理；（3）了解色光混合在生活中的应用。

第二章：色光的基本概念2.1 色光的三原色红、绿、蓝是色光的三原色。

通过观察多媒体课件，让学生了解红、绿、蓝三种颜色的特点，以及它们在色光混合中的作用。

2.2 色光的混合原理色光的混合遵循加法原理，即红光、绿光、蓝光三者相互叠加，可以产生其他颜色的光。

通过实验演示，让学生直观地感受色光混合的过程。

第三章：色光混合实验3.1 实验目的通过实验，让学生验证色光混合的原理，提高动手实践能力。

3.2 实验器材红色、绿色、蓝色透明塑料片、白色屏幕、手电筒。

3.3 实验步骤（1）将红色透明塑料片放在手电筒前方，观察白色屏幕上的光色；（2）将绿色透明塑料片放在手电筒前方，观察白色屏幕上的光色；（3）将蓝色透明塑料片放在手电筒前方，观察白色屏幕上的光色；（4）将红色、绿色、蓝色透明塑料片依次放在手电筒前方，观察白色屏幕上的光色变化。

3.4 实验现象及解释通过实验，学生可以观察到不同颜色光混合后的效果，从而验证色光混合原理。

第四章：色光混合在生活中的应用4.1 彩色电视让学生了解彩色电视是如何通过红、绿、蓝三种颜色的光混合，呈现出多彩的画面。

4.2 计算机显示器计算机显示器同样采用红、绿、蓝三种颜色的光混合技术，让学生了解其工作原理。

4.3 舞台灯光舞台灯光通过色光混合，营造出丰富的视觉效果。

让学生了解舞台灯光的设计原理。

第五章：总结与拓展5.1 总结本章节让学生通过实验和实例，掌握了色光混合的基本原理及其在生活中的应用。

5.2 拓展让学生探讨色光混合在其他领域的应用，如摄影、印刷等，激发学生对物理学科的兴趣。

第六章：色度学基础6.1 色度学基本概念介绍颜色的三个基本属性：色相、亮度和饱和度。