现代色度学-第二章CIE标准色度系统part2

第二部分CIE标准色度系统(CIEcalorimetricsystem)2.6CIE标准照明体和标准光源我们知道，照明光源对物体的颜色影响很大。不同的光源，有着各自的光谱能量分布及颜色，在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化，确定颜色离不光源。为了统一对颜色的认识，首先必须要规定标准的照明光源。CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布(《色度学》p229），是规定的光源颜色标准。因为光源的颜色与光源的色温密切相关，所以CIE规定了四种标准照明体的色温标准：这4种标准光源的名称见下表，在这4种标准光源中，常用的Ｃ光源和Ｄ65光源，我国以Ｄ65为标准光源。标准光源名称定义Ａ白炽光Ｂ正午的阳光Ｃ阴天的日光Ｄ65平均的白天日光•标准光源标准照明体A：代表完全辐射体在2856K发出的光（X0=109.87，Y0=100.00，Z0=35.59）；标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光（X0=99.09，Y0=100.00，Z0=85.32）；标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光，光色近似阴天天空的日光（X0=98.07，Y0=100.00，Z0=118.18）；标准照明体D65：代表相关色温大约为6504K的日光（X0=95.05，Y0=100.00，Z0=108.91）；标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其它日光。•CIE标准照明体A、C、D65的相对光谱能量分布•CIE标准照明体A、B、C的相对光谱能量分布•CIE标准照明体D55、D65、D75的相对光谱能量分布CIEstandardilluminant(1)连续光谱(2)线状光谱(3)组合光谱•Fluorescentlamps•人造光源来实现标准照明体的规定CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布（《色度学》p229-），是规定的光源颜色标准。它并不是必须由一个光源直接提供，也并不一定用某一光源来实现。为了实现CIE规定的标准照明体的要求，还必须规定标准光源，以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分布。CIE推荐下列人造光源来实现标准照明体的规定：√标准光源A：色温为2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄(白织灯)。√标准光源B：色温为4874K，由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。光色相当于中午日光。√标准光源C：色温为6774K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光。√标准光源D65：CIE标准照明体A、B、C由标准光源A、B、C实现，但对于模拟典型日光的标准照明体D65，目前CIE还没有推荐相应的标准光源。因为它的光谱能量分布在目前还不能由真实的光源准确地实现。当前国际上正在进行着与标准照明体D65相对应的标准光源的研制工作。现在研制的三种模拟D65人造光源分别为：带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯。它们的相对光谱能量分布与D65有所符合，带滤光器的高压氙弧灯提供了最好的模拟，带滤光器的白炽灯在紫外区的模拟尚不太理想，荧光灯的模拟较差。√标准光源D75：为了满足精细辨色生产活动的需要，还有采用荧光灯和带滤器的白炽灯组成的混光光源，称为D75光源。其色温可达7500K。主要运用在原棉评级等精细辨色工作中。A、B、C、E、D55、D65、D75。光源名称色温模拟A（2856K）：白织灯B（4874K）：模拟中午日光C（6774K）：模拟平均昼光、阴天光E：人为规定的一种光源，实际不存在。D55（5503K）：模拟日光“早”D65（6504K）：模拟日光“中”D75（7504K）：模拟日光“晚”•blackbodyradiation•描述光源的参数光通量：光源每秒种发出的可见光量之和，简单说就是发光量。单位：流明（lm）照度：单位面积内入射的光通量，也就是光通量除以面积所得到的值。单位：勒克司（lux）。照度分为水平照度和垂直照度。水平照度为光通量入射水平表面的照度，垂直照度为光通量入射到垂直面的照度。光强：符号I，单位:坎德拉（cd），发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量亮度：符号L，单位:尼脱(cd/m2)，说明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。光效：衡量光源节能的重要指标，就是光源发出的光通量除以光源所消耗的功率。单位：流明/瓦（lm/w）。平均寿命：单位:小时，指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数经济寿命：单位:小时，在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定的小时数。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。色温：以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅评色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。不同光源环境的相关色温度。显色性Colorrendering：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60~90。显色分两种：忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。眩光：视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光。眩光分为失能性眩光和不舒适性眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。电磁干扰：气体放电灯镇流器在使用过程中，会通过辐射，传导等方式对周围电器产生干扰。电磁噪音：可能使周围电器工作异常甚至失控。亮度对比：被识别对象和其背景亮度之差与背景亮度之比称为亮度对比，对比影响物体的可见度。对比大的物体容易被观察到，并在视觉上产生近距感和兴奋感。•光源色温:Colortemperature光源色温北方晴空8000-8500k阴天6500-7500k夏日正午阳光5500k金属卤化物灯4000-4600k下午日光4000k冷色营光灯4000-5000k高压汞灯3450-3750k暖色营光灯2500-3000k卤素灯3000k钨丝灯2700k高压钠灯1950-2250k蜡烛光2000k从光源的光谱能量分布和色彩，用来描述光源的光色特性的：·分布温度(Distributiontemperature，Td)·色温度(Colortemperature，Tc)·相关色温(Correlatedcolortemperature，Tc)•色温的测量在(x,y)色度坐标的马蹄形曲线包围的面积內有一条弯曲的线，代表各种温度的黑体辐射的(x,y)色度坐标轨迹。如果对某一光源发出的光，经过测量和计算所到的(x,y)正好与轨迹上某一点的(x,y)值相符，则与该点相对应的的黑体温度就是该光源的色温。•光源色温不同，光色也不同√色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的感觉；√色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效果，有爽快的感觉；故称为“中性”色温。√色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，√色温与亮度高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。√光色的对比在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。√采用低色温光源照射，能使红色更鲜艳；√采用中色温光源照射，使蓝色具有清凉感；√采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。光源显色性√人类在长期的生产生活实践中，习惯于在日光下辨认颜色。尽管日光的色温和光谱能量分布随着自然条件的变化有很大的差异，但人眼的辨认能力依然是准确的。这是人们在自然光下长期实践对颜色形成了记忆的结果。√随着照明技术的发展，许多新光源的开发利用，人们经常在不同的环境下辨认颜色。有些灯光的颜色与日光很相似如荧光灯、汞灯等，但其光谱能量分布与日光却有很大的差别。这些光谱中缺少某些波长的单色光成份。人们在这些光源下观察到的颜色与日光下看到的颜色是不同的，这就涉及到光源的显色性问题。√什么是光源的显色性？由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉，而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”中规定用普朗克辐射体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度，采用“一般显色性指数”作为定量评价指标。显色性指数最高为100。显色性指数的高低，就表示物体在待测光源下“变色”和“失真”的程度。例如，在日光下观察一副画，然后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，在高压汞灯下，物体失去了“真实”颜色，如果在黄色光的低压钠灯底下来观察，则蓝色会变成黑色，颜色失真更厉害，显色指数更低。光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。日光、白炽灯具有连续光谱，连续光谱的光源均有较好的显色性。通过对新光源的研究发现，除连续光谱的光源具有较好的显色性外，由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如450nm的蓝光，540nm的绿光，610nm的桔红光以适当比例混合所产生的白光，虽然为高度不连续光谱，但却具有良好的显色性。用这样的白光去照明各色物体，都能得到很好的显色效果。光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分：100～75显色优良75～50显色一般50以下显色性差光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。假若光源色处于人们所习惯的色温范围内，则显色性应是光源质量的更为重要的指标。这是因为显色性直接影响着人们所观察到的物体的颜色。2.7均匀色空间(uniformcolorspace)2.7.1基本概念（1）色空间(或颜色模型)(colorspacesorcolormodels)•Whyusecolourmodels?Giventhecomplexitiesofcolourperception,itisusefultodefineasimplified,abstractmethodofsuccinctlyspecifyingcolourwithasmallnumberofparameters.Typically,thetristimulustheoryisusedsotherearethreeparameters.Theremaybeotherunderlyingassumptionstoo.Oftencolourmodelsaredefinedintermsofthreeprimarycolours,fromwhichallothersareobtainedbymixture.Inothercases,thethreeparametersrepresentmorereadilyunderstoodattributessuchaslightnessorsaturation.Consideringthethreeparameterstobeorthogonalaxesproducesageometriccolourspace.Thege