色度学理论_色度学论文

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学年论文

题目：色度学实验探究 学院：物理与电子工程学院 专业：物理学

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色度学实验探究

摘要：本文概述了色度学的相关概念及其应用，设计实验并制定了颜色相加、相减的规律及任意复色光与汞灯的色坐标、色调、色饱和度的测量及三原色滤色片的透过滤测定等实验内容。并介绍了研究复色光所用到的精确算法与粗略算法为下一步的实验奠定理论基础。

关键词：色度学;色坐标;色饱和度;三刺激值

引言：

在人们的生活中，每天都会接触到各种颜色，而颜色是怎么，它怎样测量，却不是一个简单的问题。近代科学技术和生产技术的发展更迫切的提出了这个问题，大约80年以前，科学家开始研究这个问题，并逐渐形成了一门新兴的学科——色度学。

色度学是一门涉及物理光学，视觉生理，视觉心理，心理物理等交叉研究领域的学科，正是由于色度学的建立，人们就可以用统一的标准，对颜色做定量的描述和控制。色度学最早起源于牛顿的色散理论，随着色度学的发展，它被广泛地应用到了工业生产当中，指导着彩色电视机、彩色摄影、彩色印刷、染料、纺织、造纸、交通信号、照明技术等领域的工作，同时也被应用到产品检验和产品质量监控中，比如宝石级别的评价、石油中含硫量的检测以及水环境污染的监测等等。另外，在地质方面，地质沉积物的色度值也可以反映出沉积物的组分，从而能够间接地推测出当初的沉积环境。

1931CIE标准表色系统的建立为人们客观地测量物体的颜色奠定了基础，在实验中就可以通过仪器测量颜色的三刺激值X、Y、Z，然后将颜色点在平面直角色度坐标加以表示，从而给出颜色。

本文针对色度学实验所涉及到的实验仪器，基本原理及相关术语进行整理，以便进一步实验。

正文：

一、实验仪器介绍：

本实验所用仪器主要有TCC—I型三色合成仪、WDM1—3光栅单色仪、光电接收装置和微电流计、高压汞灯、镀膜滤色片、照度计、CIE1931色度图等，如图1所示:

1. 三色合成仪；

仪器包括三色合成仪和辅助光源两部分，三色合成仪中有三个相互独立的光路，其中光路1和3可绕竖直轴转动，光路2可绕水平轴转动（如图2所示）。

光源为溴钨灯，它是CIE推荐的A标准光源，溴钨灯发出的光经集光镜会聚到滤色片上，再由灯头成像在屏上，通过调节镜头的焦距，可由1米到8米的范围内成像。

滤色片为镀膜滤色片，颜色有红，绿，蓝，黄，品，青六种。

图2三色合成仪仪器原理图

光栏为可调光栏，通过调节光栏，可改变三原色的亮度，从而改变合成色的色度。

该套仪器还配有照度计来测量光源照度。

图1 色度学实验装置图

2．光栅单色仪及计算机数据采集系统

光栅单色仪及计算机数据采集系统主要用来定量测量光源的光谱分布、滤色片的光谱透过率等。配套的光源有溴钨灯，光强测量采用电子倍增管，溴钨灯的

供电电源模块、电子倍增管的负高压供电电源模块与输出放大数显模块集中在一个仪器盒内。整套仪器的使用可参考教室内的仪器说明书与软件操作说明书。

另外实验室提供低压Hg灯及电源用以标定光栅单色仪，并作为被测光源测其色度坐标。

二、实验相关术语

1. 颜色：颜色可分为彩色和非彩色两大类，颜色是彩色和非彩色的总称。非彩色是指白色，黑色和各种深浅不同的灰色，它们可以排列成一个系列，由白渐渐到灰，，渐渐到中灰，再到深灰，直到黑色，叫做白黑系列。

2. 彩色的特性：彩色由三种特性，明度，色调，饱和度。

明度：明度是人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性的过去经验的影响。一般，明度的变化相应于亮度的变化。当物体表面或光源的亮度愈高，人感觉到的明度也高。但明度与亮度是彼此独立的两个变量。通常亮度随照明强度的增加而增加，是对一般照度等级大小的感觉。明度是非孤立色、相关色的一种属性。有其他刺激或环境影响存在时，就产生明度感觉。明度通常包含对比的含义，是一种颜色光亮度与另一种颜色(或周围环境)的光亮度互相比较时引起的某种感觉。

色调：色调是彩色彼此相互区分的特性。可见光谱不同波长的辐射在视觉上表现为各种色调，如红、橙、黄、绿、蓝等。光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。物体的色调决定于光源的光谱组成和物体表面所反射的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。在所有的色调中，发现只有四种色调不能由其它色调混合出来，它们称为单色调:单色调红、单色调黄、单色调绿、单色调蓝。人们观察到有颜色的色调均可看作是由四对单色调色混合得到的:单色红和单色黄、单色黄和单色绿、单色绿和单色蓝、单色蓝和单色红。

饱和度：饱和度是指彩色的纯洁性。可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。当光谱色掺入白光成分愈多时，就愈不饱和。物体色的饱和度决定于该物体表面反射光谱辐射的选择性程度。物体对光谱某一较窄波段的反射率很高，而对其它波长的反射率很低或没有反射，表明它有很高的光谱选择性，这一颜色的饱和度就高。红色的光谱反射率曲线比棕红色和黄褐色有更高的选择性，所以有更高的饱和度。愈饱和的颜色愈和灰色不相同。

非彩色只有明度的差别、而没有色调和饱和度这两种特性。

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