第4章光源色度学

在1960UCS色度图上， 按mrd划分与黑体 轨迹正交的直线 称为： 等相关色温线，
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落在黑体轨迹上的色坐标，可根据mrd的划分用内插法算出对应 2 的色温。例如图中D65点在mrd 150~155之间，对应的色温约 为: T≈(1/153) × 106=6535K 在1960UCS色度图上，按mrd划分与黑体轨迹正交的直线
1、参照照明体
待测光源的相关色温低于 5000 K 时，参 照照明体应是普朗克辐射体的光谱功率分布， 高于5000 K时应是不同时相日光的光 谱功率分布(标准照明体D)。 待测光源( 色度坐标 uk，vk )与参照 照明体( 色度坐标 ur，vr )之间的色度差为
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△C = [(uk - ur )
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4.1.1 光源显色性
按CIE的规定，我们把普朗克辐射体作为低 色温光源的参照标准，把标准照明体D作为高色 温光源的参照标准，用以衡量在其它各种光源 照明下的颜色效果。
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光源的显色性：指与参照标准下相比较，一个 光源对物体颜色外貌所产生的效果。 光源的光谱功率分布决定了光源的显色性。
日光、白炽灯都是连续光谱，具有与 白炽灯和日光相似的连续光谱的光源均有较好
光源色温、相关色温的确定
在CIE l931色度图上，黑体轨迹上各温度点不是按 等距分布的；同时由于CIE l931色度图的空间是不均 匀的，即在色度图上两处相同的距离不代表视觉上等 量的颜色差别，所以就很难确定一个在黑体用CIE l960 UCS图，
按视觉恰可分辨的最小颜色差别，把黑体轨迹划分为
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第四章
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光源色度学
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• 一般光源检测项目： • １、光谱功率分布： • ２、电参数: 电压、电流、功率、功率因数 • ３、光度参数： 光通量、光效率、辐射功率 • ４、色度参数： 色坐标、相关色温、主波长、色纯度、 显色指数
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§3-1 光源的光谱功率分布 （1）光谱功率分布：一种光源所发射的光谱往 往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混 合辐射所组成。光源的光谱辐射按波长顺序和 各波长功率分布称为光源的光谱功率分布。 （2）绝对光谱功率分布曲线和相对光谱功率分 布曲线：前者指以光谱辐射的各种波长光能量 绝对值所作的曲线；后者指将光源辐射光谱的 各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理 后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功 率分布曲线。
109 106 103 x D 4.6070 3 2.9678 2 0.09911 0.244063 TC TC TC
( 7000 K≤TC≤25000 K )
109 106 103 x D 2.0064 3 1.9018 2 0.24748 0.237040 TC TC TC
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（ 3 ） 连续光谱、线状光谱、混合光谱： 由红到
蓝各种色光在内的连续彩色光带称连续光谱；在整个 光谱区域中某几个波长处发生狭窄的光谱称为线状光 谱；在连续光谱中附上一些突出的线光谱称为混合光 谱。
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（ 4 ） 绝对黑体和全辐射体：能够完全吸收入射在其上 的辐射能并产生辐射的理想物体。 （ 5 ）黑体的色度轨迹黑体的光谱功率分布是温度与波 长的函数，如果已知黑体的绝对温度，其光谱功率分 布可有普朗克辐射定律算出。
许多视觉分辨的单位，叫做麦勒德（mrd）。麦勒德与
色温、相关色温的关系为： l 麦勒德 = （l / 色温 ）×106
落在黑体轨迹上的色坐标，可根据mrd的划分用内插法算 出对应的色温。 例如：图中D65点在 mrd 150~155之间， 对应的色温约为: T≈(1/153) × 106=6535K
三基色荧光灯
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研究发现，用光谱 430 nm( 蓝 ) ， 540 nm( 绿 ) ， 610 nm( 红 ) 的辐射以适当的比例混合所产生的 白光，与连续光谱的日光或白炽灯具有同样优 良的显色性。 三基色荧光灯就是根据上述原理研制 的光源，它不仅显色性好，而且光效高，是一 种新型节能灯。 实验发现：在不连续光谱的光源中，含 有500 nm 和580 nm波长附近的光谱对颜色显现 有不利影响，一些颜色会失真，称为干扰波长。 另外，在消除 450 nm ， 540 nm ， 616 nm 波长功 率时，显色性明显下降。
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CIE 标准照明体的光谱功率分布曲线
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B: T cp = 4874 K;
C: T cp = 6774 K
2、 CIE 标准光源
标准光源：指用来实现标准照明体光谱功率分布的光 源，CIE规定用下述人工光源来实现标准照明体。
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标准光源A：熔凝石英壳或玻璃壳带石英窗口的充气钨
丝灯，以产生色温为2856 K的辐射。 标准光源B：在A光源前加一组特定的戴维斯-吉伯逊液 体滤光器，以产生相关色温4874K的辐射。 标准光源C：A光源另加一组戴维斯-吉伯逊液体滤光
器，以产生相关色温6774 K的辐射。
戴维斯-吉伯逊滤色液系用硫酸钠、甘露醇吡啶、蒸 馏水，或硫酸钻铵、硫酸钠、硫酸、蒸馏水等不同
的分量配合而成。
3、标准照明体D（重组日光）的确定和模拟 （1）典型日光色度轨迹
为了统一时相与空相引起的日光变化，CIE 规 定的标准照明体D也叫做典型日光或重组日光．它是 由在 CIE l931 色度图上的一条位于普朗克 ( 黑体 ) 轨 迹上方的典型日光色度轨迹来代表的。这条轨迹是 根据 CIE l931 色度图上许多实测的日光色度点的分 布定出的，它包括4000～40000 K典型日光的色度点。 典型日光轨迹也就是标准照明体D的轨迹。典型日光 色度轨迹是根据实验材料定出的。
TC = 1.4388 TC48 / 1.4380
§3-３ CIE 标准照明体与标准光源
为了给颜色的观察与测量建立统一的标准，CIE推荐了 五种标准照明体A、B、C、D、E和三种标准光源A、B、 C。 1、CIE标准照明体 标准照明体：指一定的光谱功率分布，这种标准的光 谱功率分布并不是必须由一个光源直接提供，也不一 定能用一个光源来实现。 •标准照明体 A ：相当于绝对黑体在加温到 2856 K 时所 辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可根据普朗克 辐射定律计算： 标准照明体A色度点正好落在CIE l931色度 图的黑体轨迹上。
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第四章 光源的色度评价
4.1 显色性评价 4.1.1 光源显色性 我们认为在白炽灯和日光光源下看到的 颜色是物体的“真实”颜色。人们在光源下所 看到的物体颜色与在白炽灯和日光下所看到的 颜色是不同的。 例如，在日光下观察一块花布，再把它 拿到高压汞灯下观察，就会发现，某些颜色已 变了色，如粉色变成了紫色，蓝色变成了蓝紫 色。因此，我们说，在高压汞灯下，物体失去 了“真实”颜色，或颜色有所失真。
称为等相关色温线，根据等相关色温
线可以计算任意色坐标在黑体轨迹以 外的光源的相关色温。
Mc=M1+(M2-M1)d1/(d1+d2)
或
1 T C 48 1 1 1 d 2 T1 T1 T2 d1 d 2
转换成1968国际温标：
0.0300 31.4424x D 30.0717y D M2 0.0241 0.2562x D 0.7341 yD
（3）标准照明体D的模拟
目前， CIE 还没有正式推荐人工光源来实现 标准照明体D，这主要是因为日光具有独特的锯 齿形光谱功率分布，而人工光源不具有这种光 谱功率分布。 在色度学的实际应用中，不一定要求对日 光光谱功率分布做出完善的模拟。人工光源与 标准照明体光谱功率分布具有一定程度的偏离 应该是允许的。 为了评价模拟日光的光谱功率分布与标准 照明体 D55 、 D65 、 D75 其中之一的符合程度， CIE 推荐了用于色度学目的的评价方法。
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典型日光色度的色度坐标
CIE规定典型日光(D)的色度坐标满足以下关系：
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yD = -3.000 xD2 + 2.870 xD – 0.275
式中xD的有效范围为0.2500～0.380。 在相关色温 T 已知情况下，可通过下式计算典型日光色度坐标
xD ： ( 4000 K≤T ≤7000 K ) C
（2）典型日光相对光谱功率分布的计算
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贾德、麦克亚当和威泽斯基对上述康狄特等 人测量的622例光谱分析进行了统计学的特征矢 量分析，得出一组公式，用以计算一定相关色 温的典型日光的相对光谱功率分布。也就是说， 用数理统计手段重新组合出该相关色温的典型 日光光谱功率分布。这就是“重组日光”的含 意。 分析结论：日光光谱分布由平均曲线 So + 偏离 平均曲线的特征矢量S1和S2
1 P(，T) 5 exp(C2 / T） -1 C1
由 光 谱 功 率 分 布 可 算 出 各 种 温 度 黑 体 相 应 的 CIE l931 色度坐标，这些坐标在 CIE l931 色度图上形成的 弧形轨迹，称为黑体的色度轨迹。
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§3-２
光源的色温和相关色温：
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光源的色温： 某光源的色度与绝对黑体在某一温度下 的色度一样， 则这一黑体的温度称为该光源的 色温。 相关色温： 对于色坐标不能准确地落在绝 对黑体轨迹上的光 源，用黑体轨迹上色度坐标与该光源最为相近的黑 体的温度表示光源的色温，称为相 关色温。 色温与相关色温主要描述光源发出的光色，并不 表 示光源的实际温度 例如： 色温高说明蓝 绿光成分多，色温低说明黄红光成 分多，
日光光谱分布的平均曲线So及 第1、第2特征矢量曲线 S1、S2
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典型日光的相对功率分布的公式：
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S () = So() + M1 S1() + M2 S2() 式中S ()为某一相关色温典型日光波长 的相对 光谱功率。 在已知典型日光的色度坐标情况下，M1和M2 可用下式求得：
1.3515 1.7703 x D 5.9114y D M1 0.0241 0.2562x D 0.7341 yD