半岛彩票:e非成像光学设计基础二----常用色度参数(如色坐

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  (1)如果您从事光谱仪的开发,且职位为光学工程师,您如果不懂色度学,您的工作根本无法开展,您如何指导软件工程师去开发色度参数的计算算法,遇到问题,您又如何去排查呢。

  (2)如果您从事的是投影光学系统的设计,涉及到三色或多色光的混色,您如何设计合束镜的膜系呢?白平衡您又有什么基础去理解呢?

  (3)如果您从事高端照明灯具的设计,您如果不懂色度学,您又如何混合出让人身心愉悦和健康的灯具呢?

  (6)如果您是从事光学图像评价的工程师,您又如何去评价成像模组对色彩的性能呢,ISP又该如何去调整呢?

  先推荐两本书吧,不需要那么使劲啃,前一本是我曾经做课题使劲啃多的,觉得相当不错,后一本是我参加工作常用的参考工具书。

  好,废话不多说,因为书很厚,需要人去读薄,接下来,我尽量不讲概念,因为概念网上都能搜索到,我重点讲一些我觉得需要重点理解东西。

  普朗克公式有很多形式,我这里只展示我常用的一种形式,表征黑体在某一温度下,辐射光谱与对应该光谱的能量关系的公式,如下:

  式中,C1=3.7418*10-16W*m2为第一辐射常数, C2=1.4388*10-2m*K为第二辐射常数。利用上述公式,如果已知黑体的温度T,那么该黑体光源辐射的光谱功率曲线P(λ)就可以计算出来。

  (1)黑体辐射公式,能给我们提供比较可靠的标准光源,也就是黑体辐射出来的光谱功率曲线P(λ)为已知量,可以作为我们光谱仪器开发的光谱基准。测试仪器如果没有基准,一切都是白搭。

  (2)我们经常用的2856K的标准A光源,在可见光谱范围内,容易得到且相对廉价,且方便使用,其光谱功率曲线P(λ)已知,常作为光谱探测器的强度校准标准光源。如图2 ,从事光谱仪器设计的朋友们是不是很熟悉,强度校准的“神”线,就是通过上述普朗克公式,自变量为波长(m),应变量为P,画出来的。

  通俗理解,举个例子吧,比如一个大家公认的红色的物体,这其实是定性分析,只能反应此物体对红色波段的光反射率比较高,物体的颜色,其实就是物体对光源的反射光谱特性,不同光源下照射物体,其”红“的程度不一样,甚至有极端的光源,会让你根本看不出红色(比如该光源根本没有红色光谱),这样就没办法去统一定量度量这个红色物体的”红“。

  ,他们具有已知的光谱功率分布特性,根据这些标准照明体的光谱功率特性,去制造对应光谱功率的标准光源,然后用这些

  去评价物体(包含主动发光和非主动发光物体)的颜色的色度量,就是大家遵守的定量度量。所以研究色度学,了解和使用标准照明体是基础。

  注意上述,“标准照明体”和“标准光源”的区别,前者是CIE规定的一些特定的光谱功率分布(光源的“指纹”),这些光谱功率分布有可能自然界中并不存在。后者是人们根据光谱功率分布,人为制造出来的匹配的光谱功率分布的光源。------朋友们,平时工作沟通时,这个点别闹笑线)常用标准照明体和标准光源,以及光谱功率分布曲线参考。CIE推荐的常用标准照明体和标准光源如图3,和图4、图5、图6、图7为对应的光谱功率曲线。大家不要害怕,如果是学光学的,非工业比色的,只需要掌握标准A光源和D65就可以

  因为标准A光源是难得常用的标准参考光源,D65是我们灯箱图像色差评价的重要光源,学光学的会经常用到。其他如E光源(平顶等能白光,如图6)只是个“数学模型”,连色温值都没有,可用D55光源接近,但是一般只有数学计算参考时会用到。

  (1)波长校准:比如光栅光谱仪,需要校准光栅分色后落在CCD的哪个像素上,如臂长为λ,CCD像素值为X,即需要得到λ→X的映射关系,这就是波长校准。

  实际操作时,一般校准几个典型光谱,然后作为X(λ)函数的输入条件,解出该函数。典型光谱的选择一般根据校准用的光源而定,比如用荧光灯见图8,

  图8 荧光灯谱线)强度校准:这里就用到了标准A光源,如探测器对标准A的光谱光电效应曲线为Q(λ)(探测器光电感应值),而标准A光源的光谱功率分布为P(λ),第1节讲过,为已知量,那么该探测器的对每一个波长的响应系数为R(λ),则R(λ)=P(λ)/Q(λ),得到R(λ)的过程就是强度校正。任意光源对探测器的实测光谱光电效应曲线为Q‘(λ),则该光源的实际相对光谱功率分布W(λ)=Q‘(λ)*R(λ)。

  注意:光谱仪在测量前,尽量用白炽灯点一下,看实测光谱功率分布曲线是否与理论曲线重合,不重合,需要点击强度校准。

  比如用三基色匹配380nm这个波长的靶标颜色时,通过调节三基色的多少,这个多少外在表现是能量,内在人眼表现是亮度,当调三基色刚好与靶标颜色380nm感官一致时,分别记录下三原色的能量和亮度,而三原色光谱三刺激值的原始数值=亮度/(555nm下的匹配的三原色亮度),再将原始数值经过变换和归一化,就得到了图9所示的380nm下的光谱三刺激值。简单理解就是,将555nm下颜色颜色匹配时得到的三原色了亮度作为基准,其他所有波长颜色匹配的亮度值与这个基准的比值,即为每个波长下光谱三刺激值。我这里讲的和很多官方的不一样,只是为了方便理解,官方的理解起来很绕。好像我将的也很绕,确实不好理解。(3)如果任意光源的光谱功率分布为P(λ),即该光源λ→能量的映射,通过(2)的理解,就不难理解和计算某一λ下,混合该光源下这一λ的三基色亮度值分别为X(λ)=P(λ)*x(λ)刺激值*Km,Y(λ)=P(λ)*y(λ)Km刺激值,Z(λ)=P(λ)*x(λ)刺激值*Km,其中Km为=683lm/W,单波长的刺激值出来了,那么全光谱通过积分或者叠加,三原色的X,Y,Z就求出来了。

  (4)注意,y(λ)与V(λ)(光谱光视效率)一致,这个一定要清楚,也就是说,色度学中的Y既是参与混色的色度计算的量,也是表征光源亮度的量。

  (5)颜色方程C(λ),其实是一个亮度(λ方程),它等于X原色的亮度多少+X原色的亮度多少+X原色的亮度多少之和,在计算多少时,三原色的亮度单位是不一样的,比如RGB系统中,(R )=1 .0000,(G)=4 .5907,(B)=0 .0601。

  如果一个光源发射光的颜色(即光色)与某一温度下的黑体发射光的颜色(即色品)相同,那么,此时黑体的绝对温度值就叫做该光源的颜色温度,简称色温。

  当光源发射光的颜色和黑体不相同时,我们用“相关色温”的概念来描述光源的颜色。相关色温的定义是:在某一确定的均匀色度图中,如果一个光源与某一温度下的黑体具有最接近的色品,此时黑体的绝对温度值就叫做光源的相关色温。关于相关色温的计算,一般有两种方法,一种是理论法,一种是公式法。很多专业的光谱仪器均不怕麻烦,采用理论法,测出来的相关色温参数精准、专业,不过大部分光谱仪器,还是直接采用公式法,简单方便。下面对这两种方法做详细描述,分别见图13和图14:

  不同光源的光谱功率分布不同,用其去照明其他物体,产生的颜色感觉也将是不同的,光源的这种决定被照物体颜色感觉的性质称为显色性,在实际应用场合中,是评价光源适用性很重要的性质,一般用显色指数来度量。国标中也给出了人工照明光源的显色性评价方法,规定了以检验色样在参照光源和待测光源照明下总的色位移为基础定量评价光源显色性的方法。其算法流程如图16: