1、輻射度、光度與色度輻射度、光度與色度及其測量及其測量廖寧放廖寧放顏色科學與工程國家專業實驗室顏色科學與工程國家專業實驗室第第10章章 色度的測量及其儀器色度的測量及其儀器 (8h)第第10章章 色度的測量及其儀器色度的測量及其儀器 10.2 CM-1000型電腦配色系統設計實例型電腦配色系統設計實例 10.3 色度計（色度計（Tristimulus colorimeter）10.1 分光測色儀器分光測色儀器（Spectrocolorimeter，spectrophotometer）10.4 光源顏色特性的測量光源顏色特性的測量（Spectroradiometer）10.6 白度的測量白度的測量

2、10.5 熒光材料的顏色測量熒光材料的顏色測量 0. 概述概述概概 述述 顏色（色度）測量技術分類顏色（色度）測量技術分類（1）顏色測量主要包括）顏色測量主要包括物體色物體色的測量與的測量與光源色光源色的測量兩大類。的測量兩大類。（2）物體色測量又分為）物體色測量又分為非熒光物體非熒光物體測量和測量和熒光物熒光物體測量。體測量。（3）在非熒光物體顏色的測量方法中，又可分為）在非熒光物體顏色的測量方法中，又可分為目視測色目視測色和和儀儀器測色器測色兩大類；兩大類；（4）其中的儀器測色又包括）其中的儀器測色又包括分光光度法分光光度法、光電積分法光電積分法以及密度以及密度法等。法等。（5）光源色光源

3、色的測量同樣可以劃分為目視測色和儀器測色兩大類的測量同樣可以劃分為目視測色和儀器測色兩大類，其中的儀器測色法主要有，其中的儀器測色法主要有分光測色法分光測色法和和光電積分光電積分測色法兩類測色法兩類 測色儀器分類舉例測色儀器分類舉例物體色測量物體色測量 分光測色儀分光測色儀X、Y、Z，L、a、b測色儀器分類舉例測色儀器分類舉例物體色測量物體色測量 色度計（光電積分式）色度計（光電積分式）X、Y、Z，L、a、b測色儀器分類舉例測色儀器分類舉例光源色測量光源色測量第第10章章光譜（分光）輻射計光譜（分光）輻射計 顏色測量術語顏色測量術語光源色（自發光體）光源色（自發光體）物體色（反射體）物體色（反

4、射體）透射體色透射體色光譜反射因數光譜反射因數 Spectral Reflective Factor光譜透射因數光譜透射因數 Spectral Transmissive Factor光譜透射比光譜透射比 Spectral Transmissive Ratio 顏色測量術語顏色測量術語 顏色測量術語顏色測量術語光譜反射比光譜反射比 , 符號：符號：（）， Spectral Reflective Ratio在波長為在波長為（nm）的光照射下，樣品在的光照射下，樣品在2范圍內的范圍內的反射通量與入射通量之比反射通量與入射通量之比(積分球照明積分球照明0/0/d)d) 。光譜輻亮度因數光譜輻亮度因數,

5、 ,符號：符號：（ ）， Spectral radiance factor在波長為在波長為（nm）的光照射下，樣品在給定方向的光照射下，樣品在給定方向上，立體角接近上，立體角接近0時，探測的時，探測的 光譜反射因數光譜反射因數( (反射通量與入射通量之比反射通量與入射通量之比).).(0/45,45/0,d/0)(0/45,45/0,d/0) 比較法測量與比較的標準比較法測量與比較的標準:p236 測量測量反射樣品反射樣品時，選用完時，選用完全反射漫射體全反射漫射體。雖然完。雖然完全反射漫射體的反射比在各波長上均為全反射漫射體的反射比在各波長上均為1 1，是理想的，是理想的參照標準，但實際材料

6、難以達到這樣的特性，只能參照標準，但實際材料難以達到這樣的特性，只能選擇與它性質比較接近的材料作為工作標準選擇與它性質比較接近的材料作為工作標準 測量測量透射樣品透射樣品時選用空氣作為參照標準，空氣是理時選用空氣作為參照標準，空氣是理想透射體，在整個可見光譜范圍內透射比均近似為想透射體，在整個可見光譜范圍內透射比均近似為1 1 液體樣品液體樣品則采用同樣厚度的則采用同樣厚度的溶劑溶劑作為標準作為標準 顏色測量術語顏色測量術語標準白板標準白板 顏色測量術語顏色測量術語顏色測量術語顏色測量術語 由于顏色視覺的復雜性，顏色測量條件必須標準化，儀由于顏色視覺的復雜性，顏色測量條件必須標準化，儀器間的測

7、量結果才有可比性器間的測量結果才有可比性 (1)(1)標準照明體標準照明體: : 測量樣品的測量樣品的三刺激值三刺激值時時, ,照明光源選擇照明光源選擇標準標準照明體照明體, , 常用的標準照明體有常用的標準照明體有A A，C C，D D6565(2)(2)標準觀察者標準觀察者: : 測量樣品的三刺激值時測量樣品的三刺激值時, , 要選用要選用標準觀察標準觀察者，者，小視場小視場(1(1 4 4 ) )選用選用CIE1931CIE1931標準色度觀察者，大視場標準色度觀察者，大視場(10(10 ) )時選取用時選取用CIE1964CIE1964標準補充色度觀察者標準補充色度觀察者(3) 標準照

8、明觀察條件標準照明觀察條件:p237（轉下頁）（轉下頁）顏色測量的標準化顏色測量的標準化:p227:p227顏色測量術語顏色測量術語(3) (3) 標準照明觀察條件（幾何條件）標準照明觀察條件（幾何條件）: : 顏色測量時，光源照明和控制器收集光能的顏色測量時，光源照明和控制器收集光能的幾何條件幾何條件很重要，幾很重要，幾何條件不一致會造成測量結果的差異。為統一測量結果何條件不一致會造成測量結果的差異。為統一測量結果, , CIECIE規定規定了統一的幾何條件。了統一的幾何條件。 在在透射樣品透射樣品測量中，一般采用對樣品表面測量中，一般采用對樣品表面垂直方向垂直方向照明，照明，顏色顏色測量術

9、語測量術語探測。照明光束的光軸與樣品表面法線的探測。照明光束的光軸與樣品表面法線的夾角不超過夾角不超過5 5，照明光束中任一光線與光軸的夾角不應超過照明光束中任一光線與光軸的夾角不應超過5 5，此幾何條件不適，此幾何條件不適合于漫透射物體。合于漫透射物體。 在在反射樣品反射樣品( (不透明物體不透明物體) )測量中，測量中，CIE1931CIE1931年正式推薦年正式推薦四種四種測測色的標準照明和觀察條件。色的標準照明和觀察條件。顏色測量的標準化顏色測量的標準化透射樣品透射樣品幾何條件反射樣品反射樣品幾何條件反射樣品測量（反射樣品測量（45度方式）度方式）1010標準照明觀察條件（標準照明觀察

10、條件（4種典型種典型幾何條件）10101010反射樣品測量（反射樣品測量（積分球方式）積分球方式）標準照明觀察條件（標準照明觀察條件（4種典型種典型幾何條件） 根據根據CIECIE規定規定:p238 在在0/450/45，45/045/0，d/0d/0三種條件下測得的光三種條件下測得的光譜反射因數稱為譜反射因數稱為光譜輻亮度因數光譜輻亮度因數，分別記為，分別記為 0/450/45, , 45/045/0, , d/0d/0 在在0/0/d d條件下測得的光譜反射因數稱為條件下測得的光譜反射因數稱為光譜光譜反射比反射比 0 0標準照明觀察條件（標準照明觀察條件（4種典型種典型幾何條件）比較測量的

11、光路實現比較測量的光路實現 為了實現比較法測量，可以有兩種光路安排為了實現比較法測量，可以有兩種光路安排:p236 單光路單光路: 儀器只有一條光路，將儀器只有一條光路，將參照物和樣品依次放在光路參照物和樣品依次放在光路中進行測量。其優點是能嚴格保持參照物和樣品在完全相同的中進行測量。其優點是能嚴格保持參照物和樣品在完全相同的光路中進行測量，但缺點較多，因此很少采用。光路中進行測量，但缺點較多，因此很少采用。 雙光束法雙光束法: 將單色光分成兩束光，一束通過參照物，另一束將單色光分成兩束光，一束通過參照物，另一束通過樣品。雙光束系統最基本的要求是保持兩光路對稱，光學通過樣品。雙光束系統最基本的

12、要求是保持兩光路對稱，光學特性一致。在微機控制的儀器中，也可用數值方法校正光學特特性一致。在微機控制的儀器中，也可用數值方法校正光學特性的不一致性。性的不一致性。(兩套單色儀、傳感器等兩套單色儀、傳感器等)比較測色的光路比較測色的光路 單光路單光路: 雙光束法雙光束法:分光分光測色的計算公式測色的計算公式 分光光度計測量光譜透射比或光譜反射比都采用比較法分光光度計測量光譜透射比或光譜反射比都采用比較法，通過定量地比較某些已知光譜特性的，通過定量地比較某些已知光譜特性的“標準標準”( (參照物參照物) )和和樣品在同一波長上透射或反射的單色輻射功率，測出樣品的樣品在同一波長上透射或反射的單色輻射

13、功率，測出樣品的光譜透射比或光譜輻亮度因數光譜透射比或光譜輻亮度因數分光測色的計算公式分光測色的計算公式(模型模型)10.1 分光（光譜）測色儀器分光（光譜）測色儀器分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成 ：P239P239第第10章章 分光光度計是顏色測量中最基本的儀器，其不直接分光光度計是顏色測量中最基本的儀器，其不直接測量顏色，而是測量樣品的反射特性和透射特性，經過測量顏色，而是測量樣品的反射特性和透射特性，經過計算求得樣品顏色的三刺激值。計算求得樣品顏色的三刺激值。 分光光度計一般由分光光度計一般由照明光源、單色器、光度計量部分照明光源、單色器、光度計量部分、輸出裝置等組成、輸出裝置等組

14、成10.1 分光測色儀器分光測色儀器 分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成 第第10章章單光路分光光度計單光路分光光度計10.1 分光測色儀器分光測色儀器 分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成 第第10章章10.1 分光測色儀器分光測色儀器分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成 第第10章章10.1 分光測色儀器分光測色儀器 分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成 第第10章章10.1 分光測色儀器分光測色儀器分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成:p239第第10章章 分光測色儀器中光源的光譜分布不是關鍵因素，分光測色儀器中光源的光譜分布不是關鍵因素，但光源必須在儀器的整個波長范圍內發出但光源必須

15、在儀器的整個波長范圍內發出連續的光連續的光輻射輻射，且在，且在每一波長上都應有足夠能量，每一波長上都應有足夠能量，使探測元使探測元件有足夠的信噪比。可利用透鏡或反射鏡件有足夠的信噪比。可利用透鏡或反射鏡將光源成將光源成像在單色器的入射縫上像在單色器的入射縫上以提高狹縫的照度，照在入以提高狹縫的照度，照在入射縫上的光應盡可能均勻。射縫上的光應盡可能均勻。光源（光源（A光源）光源）10.1 分光測色儀器分光測色儀器分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成:p239 第第10章章能輸出不同波長單色光的裝置叫單色器。能輸出不同波長單色光的裝置叫單色器。 棱鏡或光柵分光的單色器。棱鏡或光柵分光的單色器。 濾

16、光片分光的單色器濾光片分光的單色器: :窄帶干涉濾光片。窄帶干涉濾光片。 可調諧激光單色器。可調諧激光單色器。 (1)(1)聲光可調諧濾光色器：聲光可調諧濾光色器：AOTFAOTF單色器（光柵）單色器（光柵）10.1 分光測色儀器分光測色儀器分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成:p239 第第10章章 分光測色儀器中常用的探測器有分光測色儀器中常用的探測器有光電倍增管、光電光電倍增管、光電池、光電管池、光電管等。等。 另一種采用另一種采用線陣探測器線陣探測器進行探測，每個探測元件對進行探測，每個探測元件對應于一種窄波長帶，于是一個給定的光譜范圍投射到一應于一種窄波長帶，于是一個給定的光譜范圍投

17、射到一列探測器上，可同時得到光譜信息，大大縮短測量時間列探測器上，可同時得到光譜信息，大大縮短測量時間。這類元件有光電二極管陣列，。這類元件有光電二極管陣列，CCD陣列等陣列等 光度計量部分光度計量部分( (光電轉換器件光電轉換器件) ) 10.1 分光測色儀器分光測色儀器分光測色儀器的組成分光測色儀器的組成:p241第第10章章 分光光度計輸出的基本數據是分光光度計輸出的基本數據是光譜透射比光譜透射比和和光譜反射比（或光譜反射比（或光譜輻亮度因數）光譜輻亮度因數）。其它數據都。其它數據都是根據它們計算得到的。是根據它們計算得到的。 測量數據的處理和輸出裝置（計算機）測量數據的處理和輸出裝置（

18、計算機） 10.1 分光測色儀器分光測色儀器測色分光光度計的特點測色分光光度計的特點 :p241:p241第第10章章 以測以測反射樣品為主反射樣品為主，兼顧透射樣品。因為大多數色度測，兼顧透射樣品。因為大多數色度測試所涉及的是物體的反射色。試所涉及的是物體的反射色。 常規的測色局限在可見光范圍內，即常規的測色局限在可見光范圍內，即380380780780nm, nm, 不能不能小于小于400400700700nmnm。但是目前市場上但是目前市場上高檔測色分光光度計高檔測色分光光度計可是可是分析、測色兩用的儀器，波長可分析、測色兩用的儀器，波長可從紫外到可見直至近紅外從紫外到可見直至近紅外。

19、因為一般物體的光譜反射曲線比較光滑平緩，所以對儀因為一般物體的光譜反射曲線比較光滑平緩，所以對儀器的波長精度和分辨率要求較低而對儀器的光度準確度要求器的波長精度和分辨率要求較低而對儀器的光度準確度要求較高。較高。 測色分光光度計測量光路的安排必須滿足測量顏色對樣測色分光光度計測量光路的安排必須滿足測量顏色對樣品的照明觀察條件的規定。品的照明觀察條件的規定。 測色分光光度計數據處理復雜，一般測色儀器中都帶有測色分光光度計數據處理復雜，一般測色儀器中都帶有由光譜數據計算出各種顏色參數的軟件。由光譜數據計算出各種顏色參數的軟件。 與分析用分光光度計相比，與分析用分光光度計相比，測色分光光度計測色分光

20、光度計有如下特點有如下特點10.3 色度計色度計:p245:p245第第10章章 色度計包括色度計包括目視色度目視色度計和計和光電色度計光電色度計兩類兩類 光電色度計光電色度計可由儀器的響應值可由儀器的響應值直接直接得到顏色的三刺激值得到顏色的三刺激值XYZXYZ，不必象分光測色儀器那樣進行不必象分光測色儀器那樣進行數學積分數學積分來求得。在光電來求得。在光電色度計中的積分由色度計中的積分由光學模擬光學模擬方式完成。方式完成。 光電色度計一般由光電色度計一般由照明光源照明光源、校正濾色器校正濾色器、探測器組成探測器組成。設計中關鍵問題是校正濾色器的設計。設計中關鍵問題是校正濾色器的設計。 光電

21、色度計量時所采用的光電色度計量時所采用的照明觀察幾何條件照明觀察幾何條件與分光測色儀與分光測色儀器相同。器相同。10.3 色度計色度計第第10章章10.3 色度計色度計第第10章章10.3 色度計色度計第第10章章 儀器的照明光源需加濾色器校正，以使其具有所要求儀器的照明光源需加濾色器校正，以使其具有所要求的標準光源光譜分布。同時探測器的響應也被濾色器修正的標準光源光譜分布。同時探測器的響應也被濾色器修正，使其與，使其與CIECIE標準觀察者相一致。在實際中把這兩種校正濾標準觀察者相一致。在實際中把這兩種校正濾色器合成一組來設計，使儀器的總光譜靈敏度符合模擬要色器合成一組來設計，使儀器的總光譜

22、靈敏度符合模擬要求即可。求即可。 光源光譜分布可選擇光源光譜分布可選擇CIECIE標準照明體中的任一種，最常標準照明體中的任一種，最常用的是用的是A A和和D D6565，在燈光下觀察的物體常選在燈光下觀察的物體常選A A照明體，在日光照明體，在日光下觀察的物體常選下觀察的物體常選D D6565照明體。照明體。 CIE CIE推薦作為標準觀察者有推薦作為標準觀察者有2 2 視場的視場的19311931標準觀察者和標準觀察者和1010 視場的視場的19641964補充標準觀察者，可任選其中一種。補充標準觀察者，可任選其中一種。10.3 色度計色度計第第10章章 10.3.1 盧瑟盧瑟(Luthe

23、r)條件條件:p245:p245 SA( )為儀器內部光源的光譜分布，為儀器內部光源的光譜分布，Sc( )為選定的標準照為選定的標準照明體光譜分布；明體光譜分布； X, Y, Z為三種校正濾色器各自的光譜透射為三種校正濾色器各自的光譜透射比；比；x,y,z為選定的標準觀察者的光譜三刺激值；為選定的標準觀察者的光譜三刺激值；KX,Y,Z為比例為比例常數；常數； ( )為探測器的光譜靈敏度。為探測器的光譜靈敏度。10.3 色度計色度計第第10章章 10.3.1 盧瑟盧瑟(Luther)條件和校正濾色器條件和校正濾色器10.3 色度計色度計第第10章章 校正濾色器校正濾色器10.3 色度計色度計第第

24、10章章 10.3.2 儀器的定標儀器的定標10.4 光源顏色特性的測量光源顏色特性的測量 光譜輻射計光譜輻射計:p248測量光源光譜分布的儀器稱為測量光源光譜分布的儀器稱為光譜輻射計光譜輻射計光源的顏色特性光源的顏色特性 :三刺激值三刺激值 色品坐標色品坐標 顯色指數顯色指數 一旦得到光源的光譜分布，就可計算出它的一旦得到光源的光譜分布，就可計算出它的三刺激值、色品坐標、相關色溫和顯色指數三刺激值、色品坐標、相關色溫和顯色指數 光譜輻射計與測色分光光度計相比有如下一些特點：光譜輻射計與測色分光光度計相比有如下一些特點： 對對波長準確度和波長分辨率要求高波長準確度和波長分辨率要求高。 (2) 比較測量的標準比較測量的標準不是標準白板和空氣，而是經過不是標準白板和空氣，而是經過精確定標的精確定標的已知光譜分布的標準光源已知光譜分布的標準光源。 10.4 光源顏色特性的測量光源顏色特性的測量第第10章章 光譜輻射計一般由入射部分、