不同的光源,由于光谱能量分布的不同,其光源色就会有所差异,因此,同一物体在不同的照明体或光源的照明下,就会呈现不同的颜色。那么,光源的色度学怎么理解?光源色的色度特征有哪些?下文将为大家进行介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!
物体的颜色除了与该物体本身的光谱反射(或透射)特性以及观察条件有关外,还和照明体或光源的光谱功率分布密切相关。同一物体在不同的照明体或光源的照明下,呈现不同的颜色。一个光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成的,各个波长的辐射功率也不相同,光源的光谱辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。特定的光谱功率分布即是照明体。不同的光源,由于发光物质的成份不同,其光谱功率分布有很大差异,一定的光谱功率分布表现为一定的光色,我们把光源的光与“黑体”的光相比较来描述它的光色。所谓黑体是指在辐射作用下既不反射也不透射,而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。当黑体加热时,随着温度的渐渐升高,按普朗克公式计算出各种温度的相应光谱功率分布,转换成CIE1931色度图的色度坐标,并在色度图上投点,形成一个弧形轨迹,叫做普朗克轨迹或黑体轨迹。
通常用把黑体加热到不同温度所发出的不同光色来表达一个光源的颜色,称作光源的颜色温度,简称色温。由于光源的色度坐标并不恰在此时如是黑体轨迹上的色度坐标,所以只能用光源与黑体轨迹最接近的颜色来确定该光源的色温,即相关色温。
由于实际的照明光源种类繁多,其中最重要的是日光和灯光。日光随着天空云层、季节、时相和地点等的不同,其光谱分布会有显著的差别:灯光属于人工光源,不同品种光谱分布存在很大差异。因此,为了统一颜色评价的标准,便于比较和传递,国际照明委员会(CIE)针对颜色的测量和计算,推荐了几种标准照明体和标准光源,包括标准照明体A、B、C、D、E和标准光源A、B、C等。
光源色与物体色不同,自发光的光色称为光源色。日光和火光是最初的光源色,称为自然光源。而近代化的社会里,人们根据工业的需要,发明和生产了许多新的光源,如白炽灯、荧光灯、钠灯以及照相制板常用的碘钨灯,这些都被称为人工光源。不同的光源有着不同的光谱能量分布,这些都会影响到物体的颜色外貌。下面介绍本文中要用到的光源色度计算方法和物体色度计算的方法。
光源色的三刺激值x、Y、Z 的计算:
如果已知任一光源的相对光谱能量分布,则可以通过光谱能量分布和光的三刺激值x(λ),y(λ),z(λ)做积分计算,求得光源色X、Y、Z三刺激值。
其中:
S(λ)为光源的相对光谱能量分布。
x(λ),y(λ),z(λ)为标准观察者光谱三刺激值。
dλ 为计算时的波长间隔值。
k为调整因数,其目的是将光源的值调整为,计算方法如下:
由此可以计算出光源的三刺激值。
物体色的三刺激值的计算:
由物体表面的光谱反射曲线计算X、Y、Z三刺激值,涉及到光源能量分布、物体表面反射性能和人眼视觉三方面的特征参数,其计算方法如下:
其中:
S(λ)为照射光源的相对光谱能量分布。
ρ(λ)为物体表面的分光反射曲线。
S(λ)ρ(λ)表示进入人眼的辐射,是刺激人眼的物理量,称为颜色刺激函数。
可以记为:ψ(ρ)=S(ρ)*ρ(λ)
物体的三刺激值与光源的光谱能量分布是密切相关的。
光源所呈现的颜色为光源色。各种光源都有其特定的光谱能量分布,可以发出不同颜色的色光。光源色是影响物体颜色的重要因素。光源色的变化,势必影响物体的颜色。由于光源自身结构和传播空间的影响,使光源色时常在变化着。表现在以下几方面:
1.亮度的变化
自然光源受气候条件的影响,时刻发生亮度的变化,很不稳定。如晴天和阴天的太阳光强度相差很大。人造光源比自然光源稳定,但也有亮度的变化。例如白炽灯,亮度增大时,颜色趋向于白;亮度减弱时,颜色趋向于红。光源的亮度变化对物体颜色有直接的影响。物体的固有色在入射光亮度适中的时候表现最充分。太亮的强光会使固有色变浅,太暗则会使固有色灰暗乃至消失。
2. 距离的变化
光源与观察者距离的变化,会使光源色发生改变。如白炽灯光,随着距离的推远,其颜色由黄逐渐向橙、橙红、红色变化。
3.传播媒质的变化
光传播媒质的变化也会改变光源色。由于大气厚度不断改变,太阳光的颜色也时刻在变化着。早晨、傍晚太阳光投射角度为15°左右,阳光要穿透较厚的大气层才能到达地面,由于光的散射,使光谱中红、橙光透过较多,此时光源色为橙红色;白天太阳光投射角度为60°~90°,太阳光的散射作用比较均匀,透到地面的光源色为白色。
物体表面的色彩与光源的光谱成份有极大的关系。用于照明的光源色往往是极复杂的。可能是单色光,也可能是复色光。就复色光而言,其光谱成份也可能不相同。物体对入射光的吸收、反射、透射的光学特性虽然不受光源的影响,但当光源的光谱成份发生变化时,必然影响到物体的反射或透射光的光谱成份,从而使物体的表面颜色随着光源色的变化而变化。消色物体在彩色光源的照射下,会呈现彩色。白色物体,在红光照射下呈现红色;在红光和蓝光的同时照射下呈现品红色。彩色物体在特定光源照射下,会呈现消色。例如,在白光下为绿色的物体,在暗室的红灯照射下就几乎成为黑色的物体了,因为绿色物体只反射绿光,而红灯中没有绿光的成份,物体表面在红光照射下不能反射出绿色的光来,红光又都被吸收了,因此显出黑色。
光源色对物体色的影响主要表现在物体的光亮部位。不同的光源色对物体色彩变化的影响程度各不相同,大致以红光最强、白光次之、再次为绿、蓝、青、紫等。