反射光色度实验的研究

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1、反射光色度实验的研究　　摘要：针对光学色度实验的开设，本文就反射光色度实验的内容提出了新的实验方案，并给出了依据此方案所获得的实验数据及结果分析。　　关键词：色度分析；反射光色度实验；实验方案　　引言　　在现今的实际生产生活中，颜色测量已成为评价人们生活的氛围、评定产品质量的重要依据和手段。色度分析实验开设的目的，就是为了让学生了解并掌握有着广泛应用的测色原理及色度分析的基本知识、步骤和方法，目前我校近代物理实验室中所用的色度实验装置，可对标准A光源光线经物质反射或透射后的谱线成分含量的变化进行测量，并对反射光或透

2、射光的色度进行分析。该实验开设时，实验内容一般为对反射光或透射光颜色的测量、说明和比较或者以光测量过程为主进行色度分析计算，显得比较单一，学生会觉得单调、乏味，学到的东西有限，而繁琐的分析计算虽然可以让学生对色度分析过程了解得更为透彻，但这些已经可以通过电脑软件完成，学生有所了解就可以了，最重要的应该是让学生会思考、会分析、会应用。考虑到以上情况，本人针对拓展色度实验的内容进行了新的实验尝试，应用于教学时应该可以达到一定效果.　　1．色度原理简介　　1.1色度学的两个实验结论　　通过大量的有关人眼对颜色的实验，可总

3、结出两个基本的实验事实：一个是颜色的三基色原理，即任何颜色都可以用不多于三种的合适的单色光按一定比例混合得到，这三种单色光一般选取R、G、B三色；另一个是配色原理，即颜色的加法和减法法则，加法法则是指在人眼的观察下，颜色的混合满足相加关系，而减法法则是指混合各种比例的绘画颜料或染料时的混色规律。　　1.2颜色的测量和表示　　物体颜色的定量度量是复杂的，它涉及到观察者的视觉生理、视觉心理以及照明条件、观察条件等许多问题，为了能够得到一致的度量效果，1931年国际照明委员会规定了一套标准色度系统，称为1931CIE标准

4、色度系统。本校所用色度实验装置采用的表色系统是1931CIE－XYZ系统，实验时通过光谱仪、接收器和电控箱对反射光信息进行采集并输入电脑，然后可直接在电脑上由配套软件用CIE1931色度图进行分析，最后在说明反射光颜色时，可通过计算所得主波长、饱和纯度、色度纯度和色度坐标来表示。主波长决定反射光的色调，指的是该色光光谱成分中最占优势的某一种光谱色的波长；饱和纯度也称为色纯度，代表反射光所呈现颜色的深浅或纯洁程度；色度纯度是指主波长的光谱色在样品中所占亮度的比例；色度坐标决定反射光颜色在色度图中位置，在色度图上可反映

5、出色调和饱和度[1]。　　2．反射光色度测量及分析　　2.1三基色纸板反射光色度分析及实验结果与日常经验差异的分析思考　　对溴钨灯光在红、绿、蓝三种颜色纸板上的反射率进行采集测量如图1所示。　　图中a曲线表示蓝色纸板反射率；b曲线表示绿色纸板反射率；c曲线表示红色纸板反射率。　　对反射光的色度用CIE1931色度图分析可得结果如表1所示。　　表1.红绿蓝纸板反射光色度分析结果　　纸板颜色　　主波长　　饱和纯度(%)　　色度纯度(%)　　红　　619.9　　45.7　　39.0　　绿　　504.5　　11.6　　17

6、.1　　蓝　　483.7　　39.3　　22.3　　　　图1.红绿蓝纸板反射率测量曲线　　由图线和色度分析结果可知：红色纸板对波长大于570nm的光波的反射率较高，也就是说红色纸板对波长小于570nm的谱线成分吸收较强，其反射光主波长为619.9nm，色调属橙红色，颜色纯度一般，应该为偏浅的橙红色光；绿色纸板对波长在480nm～570nm范围内的光谱线成分反射率较高，其反射光主波长为504.5nm，色调属绿色，颜色纯度比较低，应该为很浅的绿光；而蓝色纸板对波长小于570nm的谱线成分反射率较高，其反射光主波长为48

7、3.7nm，色调属蓝绿色，颜色纯度偏低，应该为较浅的蓝绿色光[2]。　　此测量结果与我们的日常经验是基本吻合的，我们平时看到的红色纸板，之所以认为它是红色，就是因为其反射光为红色，绿色、蓝色纸板也是同样的道理。但结果和经验也有差异，结果分析出三种颜色纸板上的反射光颜色均较浅，可是人眼观察时三个纸板颜色并不浅，原因为何呢？这主要是因为光谱仪的反射测量装置中采用了积分球。在采集反射光时，纸板表面上方任意方向的反射光基本上都会经由积分球的内表面反射后进入接受器，也就是说反射光的色度分析结果反映的是对各方向反射光综合分析的

8、颜色结果。而人眼在观察某个纸板颜色时，颜色是和观察的角度、位置息息相关的，因为不同方向上的反射光光谱成分及能量都会有所不同，所以摄入人眼的反射光仅能反映物体颜色的某方向上的一部分信息，这就造成了色度分析结果和人眼观察结果之间的差异。　　2.2对配色原理的验证分析　　彩色可以用不同比例的三基色光相加得到，此称为相加混色。实验中我们可以通过颜色拼板的反射光色度分