1、第五章光源及其光學特性,物體：發(fā)光體(光源)、不發(fā)光體,光源：自然光源與人工光源,第五章光源及其光學特性,物體：發(fā)光體(光源)、不發(fā)光體,光源：自然光源與人工光源,5.1概述,只有在光的照射下，人們才能感知物體的形態(tài)與顏色，沒有光就沒有顏色，光是人們感知色彩的必要條件，色來源與光。簡言之，光是色的源泉，色是光的表現。,5.1.1光的本質,中國國家標準（GB/T5698-2001）：“光能對人的視覺系統產生明亮和顏色感覺的電磁輻射，又叫可見電磁輻射。其波長范圍一般取380nm780nm?！?5.1概述,5.1.1光的本質,可見光：波長380nm到780nm（1nm10-9m）的電磁波。,5.1概

2、述,5.1.1光的本質,色散現象說明：白光實際是由各種色光組成的，這些色光不是由棱鏡創(chuàng)造出來的，棱鏡僅僅是把原已經存在著的各種色光加以分解而已。,色散實驗,5.1概述,5.1.1光的本質,單色光：波長只有一個在物質中傳播的速度隨波長的不同而不同，波長越短，偏折程度越大，波長越長，偏折程度越小。,5.1概述,5.1.1光的本質,復色光：由多種單色光混合而成的光,5.1概述,5.1.1光的本質,5.1概述,5.1.2光源,物體：發(fā)光體(光源)、不發(fā)光體,光源：自然光源與人工光源,印刷行業(yè)常用光源：車間照明用光源日光燈、白熾燈制版光源金屬鹵化物燈、鏑燈,5.1概述,在GB/T3978-94（標準照明

3、體和照明觀測條件）中的定義。照明體是指“在影響物體顏色視覺的整個波長范圍內所定義的相對光譜功率分布”；色度學標準照明體是“由CIE用相對光譜功率分布所定義的照明體A、C、D65其它照明體D。由相對光譜功率分布定義的照明體可以不必由光的物理發(fā)射體光源來準確地提供和實現?！保簧葘W標準光源是“由CIE規(guī)定的人工光源，它們的輻射近似色度學標準照明體”。,5.1.2光源,(1)照明體概念,照明體A：應為完全輻射體在絕對溫度2856K（根據1990年國際實用溫標）時發(fā)出的光。照明體A的相對光譜功率分布根據普朗克輻射定律計算。照明體C：代表相關色溫大約為6774K的平均日光，光色近似陰天天空的晝光；照明體

4、D50、D55、D65、D75：代表相關色溫分別為5003K、5503K、6504K和7504K時的晝光；,5.1概述,5.1.2光源,標準照明體A：代表完全輻射體在2856K發(fā)出的光，鎢絲燈光，其光色偏黃標準照明體B：代表相關色溫約為4874K的直射陽光，表示中午平均直射陽光標準照明體C：代表相關色溫大約為6774K的平均日光標準照明體D65：代表相關色溫大約為6504K的日光標準照明體D：代表標準照明體D65以外的其它日光,CIE規(guī)定了四種標準照明體的色溫標準：,5.1概述,5.1.2光源,5.1概述,5.1.3光源的三刺激值,5.1概述,5.1.3光源的刺激值,根據CIE1931觀察者計

5、算的常用光源的參數,5.1概述,5.1.3光源的刺激值,根據CIE1964觀察者計算的常用光源的參數,5.1概述,5.1.3光源的刺激值,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,絕對黑體：如果一個物體能夠在任何溫度下全部吸收任何波長的輻射，那么這個物體稱為絕對黑體。天然的、理想的絕對黑體是不存在的。,黑體輻射的發(fā)射本領只與溫度有關。嚴格地說，一個黑體若被加熱，其表面按單位面積輻射光譜能量的大小及其分布完全決定于它的溫度。因此我們把任一光源發(fā)出的光的顏色與黑體加熱到一定溫度下發(fā)出的光的顏色相比較，來描述光源的光色。,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,當黑體連續(xù)加熱，溫度不斷升高時，其相對光譜能量分布的

6、峰值部位將向短波方向變化，所發(fā)的光帶有一定的顏色，其變化順序是紅-黃-白-藍。,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,黑體在不同溫度下可見光譜范圍的相對功率分布曲線,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,黑體不同溫度的色度軌跡,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,色溫：當某一種光源的色度與某一溫度下的絕對黑體的色度相同時絕對黑體的溫度。相關色溫（correlatedcolortemperature）：當某一光源的色度與某一溫度下的完全輻射體（黑體）的色度最接近，或在均勻色度圖上的色差距離最小時的完全輻射體（黑體）的溫度。色溫用絕對溫度“K”表示（T(K)=t(oC)+2

7、73）,(1)定義,5.2光源的色溫,5.2.1黑體,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,色溫是光源的重要指標，一定的色光具有一定的相對能量分布,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(2)計算,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,在CIEl931色度圖上，黑體軌跡上各溫度點不是按等距分布的；同時由于CIEl931色度圖的空間是不均勻的，即在色度圖上兩處相同的距離不代表視覺上等量的顏色差別，所以就很難確定一個在黑體軌跡附近的光源的相關色溫。因此，凱萊利用CIEl960UCS圖，按視覺恰可分辨的最小顏色差別，把黑體軌跡劃分為許多視覺分辨的單位，叫做麥勒德（rd）。麥勒德與色溫、相關色溫

8、的關系為：l麥勒德=l/色溫106,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,CIE1931色度圖上按10麥勒德間隔分布的等相關色溫線,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,CIE1960UCS圖上按10麥勒德間隔分布的相關色溫線,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,光源的相關色溫近似值計算：,TC=1.4388TC48/1.4380,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,根據光色的舒適感選擇色溫根據人的生理和心理需求合理運用色溫根據不同的被照場所使用色溫印刷行業(yè)對光源色溫的要求,照度水平與色光舒適感的程度,很低的照度下采用接近火焰的低色溫的光源；在中等照度下采用色溫接

9、近黎明和黃昏的色溫略高的光色較適宜;而在高的照度下則是采用接近中午陽光或偏藍的去消天空光色較舒適,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,根據光色的舒適感選擇色溫,人們對自然光的適應不僅是色溫感覺問題,并且在光譜的分布上也要求人工光與自然光接近或基本相同,其光譜分布只有一峰值較好,若是兩個峰值且不連續(xù)則易引起人們的視覺疲勞。光譜成分單一的光源,光色質量較差，照明效果不好。同一類光源光譜能量分布較寬的光源照明質量相對分布較窄的效果要好,舒適度高。,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,紅色使人興奮,藍色使人沉靜；波長較長的紅黃光使人有近感,波長較短的藍青光使

10、人有遠感；重量大小相同的物體深暗色看起來重而小,明亮色看起來輕而大。在心理方面紅系統光可以增加食欲,藍系統光則會使食欲減退。彩色度高的比彩色度低的光更能使人產生激情。低色溫光給人以溫暖的感覺(稱暖色光),高色溫光給人以冷的感覺(稱冷色光),所以當需要一種熱烈激昂的氣氛時可用低色溫的暖色光源,當需要冷靜沉穩(wěn)的氣氛時可用高色溫的冷色光源。在溫度較高的熱帶地區(qū),宜用高色溫光源增加涼爽的舒適感,在寒冷地區(qū)宜使用低色溫光源,給人以溫暖祥和的感覺。,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,根據人的生理和心理需求合理運用色溫,在餐廳選用以紅黃為主的光色,可以給人一種燈火輝煌的感覺,使人興奮

11、食欲增強.而在緊張繁忙的車間則較適宜采用高色溫的冷色光源,可緩解人們的緊張情緒.在醫(yī)院病人的情緒多是焦慮不安,選用色溫高的冷色光源可減輕這種感覺,多些平靜感.在臥室或賓館客房采用茶色或橙色光源,會使人具有休閑、安逸和溫馨的感覺.在商店為了吸引顧客要設法使商品突出,通常的做法是使商品和襯托背景具有強烈的對比效應,達到醒目的效果再加上適當的彩色投光裝飾,效果會更佳.,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,根據不同的被照場所使用色溫,原稿的拍攝：彩色膠片分日光型片和燈光型片日光型片室外日光下拍攝，要求色溫54005600K，如果色溫低或在室內拍攝，會使照片偏黃。燈光型片室內拍攝，

12、要求色溫28003200K，如果色溫高或在室外拍攝，會使照片偏藍。,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,印刷行業(yè)對光源色溫的要求,制版光源對色溫的要求：色溫在5500K6500K的光源的光譜能量分布符合制版分色的要求。色溫過高或過低都會影響制版的質量。制版車間和印刷車間的照明光源，色溫最低應該在2850K以上。按照我國的行業(yè)標準規(guī)定，觀察透射樣品時，光源的相關色溫應該為5003K，觀察反射樣品時，光源的相關色溫應該為6504K,5.2光源的色溫,5.2.2光源的色溫,(3)色溫的應用,5.3光源的顯色性,例如，在日光下觀察一副畫，然后拿到高壓汞燈下觀察，就會發(fā)現，某些顏色

13、已變了色。如粉色變成了紫色，藍色變成了藍紫色。因此，在高壓汞燈下，物體失去了真實顏色，如果在黃色光的低壓鈉燈底下來觀察，則藍色會變成黑色，顏色失真更厲害，顯色指數更低。光源的顯色性是由光源的光譜能量分布決定的。日光、白熾燈具有連續(xù)光譜，連續(xù)光譜的光源均有較好的顯色性。,5.3光源的顯色性,5.3光源的顯色性,光源的顯色性：以日光作標準,將白熾燈等人工光源與其比較,顯示同色差異的能力。定量評價指標：一般顯色性指數100，顯色性指數的高低，就表示物體在待測光源下變色和失真的程度。我國國家標準光源顯色性評價方法GB/T5702-2003中規(guī)定用普朗克輻射體（色溫低于5000K）和組合日光（色溫高于5

14、000K）做參照光源。,光源的顯色性以一般顯色性指數Ra值區(qū)分：Ra值為10075顯色優(yōu)良7550顯色一般50以下顯色性差,5.3光源的顯色性,5.3光源的顯色性,光源的一般顯色指數,色溫是衡量光源本身光色的指標，顯色性是衡量光源視覺質量的指標。假若光源色處于人們所習慣的色溫范圍內，則顯色性應是光源質量的更為重要的指標。這是因為顯色性直接影響著人們所觀察到的物體的顏色。,5.3光源的顯色性,顯色性高顯色性低,光源顯色性的定量評價,參照光源的選擇待測光源的相關色溫不高于5000K時，以普朗克輻射體作為參照光源待測光源相關色溫高于5000K時，以組合晝光作為參照光源參照光源的寬容度檢驗色樣8+7檢

15、驗色樣的CIE1931XYZ三刺激值的確定由xy坐標轉換為uv坐標色適應色品位移的修正,5.3光源的顯色性,由u、v、Y轉換成U*、V*、W*均勻色空間坐標值色差計算,5.3光源的顯色性,顯色指數,特殊顯色指數的計算用計算特殊顯色指數。計算結果取舍入后最接近的整數。一般顯色指數Ra的計算一般顯色指數是由8個特殊顯色指數（i1，8）取算術平均值求得。,5.3光源的顯色性,光源顯色性的應用,5.3光源的顯色性,根據不同的裝飾效果運用顯色特性在實際的夜景裝飾、電影、電視、布景及室內裝飾等工程中,可以根據不同的裝飾要求選用不同光源例如:熒光高壓汞燈表面看上去它發(fā)出的光亮而白,說明其色表好,但它照在人的臉上卻發(fā)青很難看,說明它顯色性差。因為它的光譜成分中青綠具多,所以若將其用于草坪裝飾,會使草坪看上去更加郁郁蔥蔥,生機昂然,具有甚佳的效果.根據被照場所對顯色指標要求運用顯色特性,光源顯色性的應用,5.3光源的顯色性,根據不同的裝飾效果運用顯色特性再如低壓鈉燈表面光色為橙黃色,但由于它的光譜成分