光度学与色度学基础.ppt

人眼有敏锐的辨别颜色能力, 人们长期利用目视比较法来区别颜色。但目视法测量结果带有主观性, 受到视觉适应性、人眼光谱响应差异、测量时人的状况等因素的影响。
CIE标准色度系统为客观地测量物体颜色奠定了基础, 可通过对物体颜色三刺激值的测量确定颜色。
第十章色度的测量及其仪器
式中, 为光源光谱分布; 为物体光谱辐亮度因数;
为标准观察者的光谱三刺激值。
颜色测量仪器就是通过一定途径求得三刺激值的工具。由于获得三刺激值的方式不同, 测色仪器主要可分为两类:分光测色仪器和色度计。
第十章色度的测量及其仪器
分光测色仪器:作为颜色测量最基本的仪器,不直接测量颜色的三刺激值本身,而是测量物体的光谱反射或光谱透射特性,即测量物体的光谱辐亮度因数或光谱透射比。再选用CIE的标准照明体和标准观察者,通过积分计算求得颜色的三刺激值。
第十章色度的测量及其仪器
色度计:其响应类似人眼视觉,通过直接测得与颜色三刺激值成比例的仪器响应,换算颜色三刺激值。三刺激值的获取由仪器内部完成,即用滤色镜来校正仪器光源和探测元件光谱特性,使输出信号正比于颜色的三刺激值。
密度计:不是标准颜色测量仪器,密度计在某些情况下能给出颜色测量的近似值.
分光测色仪器
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色度计
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光源颜色特性的测量
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荧光材料的颜色测量
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白度的测量
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第十章色度的测量及其仪器
分光光度计是颜色测量中最基本的仪器,其不直接测量颜色,而是测量样品的反射特性和透射特性,经过计算求得样品颜色的三刺激值。
现代的分光光度计由照明光源、提供单色光的色散系统和对通过仪器的光辐射进行测量的探测器系统组成。通常在仪器内部将由色散系统产生的单色辐射分成样品光束和参考两条光路。当将样品放在样品光路内时,两条光束相等的状态被破坏,探测器检测到差别,得到该波长上样品的透射比或反射比。
分光测色仪器
测量方法:
分光光度计测量光谱透射比或光谱反射比都采用比较法,通过定量地比较某些已知光谱特性的“标准”(参照物)和样品在同一波长上透射或反射的单色辐射功率,测出样品的光谱透射比或光谱辐亮度因数。
优点:采用比较测量能够补偿测量中由于光源的不稳定以及控制器灵敏度、光学系统透射比、分光元件效率等随波长而变化的各种因素影响,由于这些因素对样品和参照物有相同的影响而自动地互相抵消。
比较法测量与比较的标准
参照标准:
测量透射样品,选用空气作为参照标准,空气是理想透射体,在整个可见光谱范围透射比均近似为1;液体样品则采用同样厚度的溶剂作为标准;
测量反射样品,虽然全反射漫射体的反射比在各波长上均为1,是理想的参照标准,但实际材料难以达到这样的特性,只能选择与它性质比较接近的材料作为工作标准。颜色测量中所选用的反射标准常采用的有硫酸钡(BaSO4)、海龙(Halon)、氧化镁(MgO)、碳酸钙(CaCO3)和陶瓷等。
硫酸钡稳定性好,但不易清洁,常用于传递标准。
海龙是一种多***树脂, 在可见光波段反射率非常接近硫酸钡, 在红外波段优于硫酸钡, 但在250~280nm处有微弱的发光性。
氧化镁光谱选择性小,反射比大,但稳定性差,过去曾用作原始标准,1969年CIE已用完全反射漫射体取而代之。
陶瓷使用方便,容易清洁,多用作仪器的工作标准。
比较法测量与比较的标准
实现方式:
单光束法。仪器只有一条光路,将参照物和样品依次放在光路中进行测量。其优点是能严格保持参照物和样品在完全相同的光路中进行测量,但缺点较多,因此很少采用。
双光束法。将单色光分成两束光,一束通过参照物,另一束通过样品。双光束系统最基本的要求是保持两光路对称,光学特性一致。在微机控制的仪器中,可用数值方法校正光学特性的不一致性。
比较法测量与比较的标准
由于颜色视觉的复杂性,颜色测量条件必须标准化,仪器间的测量结果才有可比性。
测量样品的三刺激值时, 照明光源选择标准照明体,常用的标准照明体有A,C,D65等。
测量样品的三刺激值时, 要选用标准观察者,小视场(1~4)选用CIE1931标准色度观察者,大视场(10)时选取用CIE1964标准补充色度观察者。
标准照明观察条件。颜色测量时,光源照明和控制器收集光能的几何条件很重要,几何条件不一致会造成测量结果的差异。为统一测量结果, CIE规定了统一的几何条件。
颜色测量的标准化
在透射样品测量中, 一般采用对样品表面垂直方向照明,透射方向探测。照明光束的光轴与样品表面法线的夹角不超过5°, 照明光束中任一光线与光轴的夹角不应超过5°, 此几何条件不适合于漫透射物体。
在反射样品(不透明物体)测量中,CIE1931年正式推荐四种测色的标准照明和观察