色度实验
一、实验目的
1. 了解色度学的基本原理。

2. 熟悉WSD-1A 型色度仪的实验装置及软件操作界面，并掌握使用方法。

3. 学会用透射或反射方法测量样品的主波长、纯度、色坐标等色度学量。

二、实验原理
色度学是研究颜色度量和评价方法的一门学科，现代色度学初步解决了对颜色作定量描述和测量的问题。

颜色可以分为黑白和彩色两个系列，黑灰白以外的所有颜色均为彩色系列。

彩色可以用三个参数来表示：明度(亮度或纯度)、色调(主波长或补色主波长)和色纯度(饱和度)。

明度表示颜色的明亮程度，颜色越亮明度值越大；色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。

彩色物体的色调决定于在光照明下反射光的光谱成分。

例如，某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占优势，而其它成分被吸收掉了。

对于透射光，色调由透射光的波长分布或光谱所决定。

色纯度是指彩色光所呈现颜色的纯洁程度。

对于同一色度的彩色光，其色纯度越高，颜色就越深，或越纯；反之颜色就越淡，纯度越低。

色调和色纯度合称色度，它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。

根据色度学原理，所有颜色均可由红、绿、蓝三种颜色匹配而成，这三种颜色称为三基色。

为了定量地表示颜色，常用的方法是采用“三刺激值”，即红、绿、蓝三基色的量，分别用X 、Y 、Z 表示。

在理论上，为了定量地表示颜色，采用平面直角色度坐标
Z Y X X x ++=， Z Y X Y y ++=， Z Y X Z z ++=
x 、y 、z 分别是红、绿、蓝三种颜色的比例系数，1=++z y x 。

用（C ）代表一种颜色，(R)、(G)、(B)表示红、绿、蓝三基色，则)()()(B z G y R x C ++=，如一蓝绿色可以表示为： )(63.0)(31.0)(06.0)(B G R C ++=
所有的光谱色在色坐标上为一马蹄形曲线，该图称为CIE1931色坐标。

在图中红®、绿(G)、蓝(B)三基色坐标点为顶点，围成的三角形内的所有颜色的所有颜色可以由三基色按一定的量匹配而成。

图1 CIE1931色度图
国际照委会制定的CIE1931色度图如附图1。

色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。

红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。

图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列。

靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X=0.3101，Y=0.3162。

设色度图上有一颜色S，由C通过S画一直线至光谱轨迹O点(590nm)，S颜色的主波长即为590nm，此处光谱的颜色即S的色调(橙色)。

某一颜色离开C点至光谱轨迹的距离表明它的色纯度，即饱和度。

颜色越靠近C越不纯，越靠近光谱轨迹越纯。

S点位于从C到590nm光谱轨迹的45%处，所以它的色纯度为45%(色纯度%=(CS/CO)×100。

从光谱轨迹的任一点通过C画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这条直线两端的颜色互为补色(虚线)。

从紫红色段的任一点通过C点画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这个非光谱色就用该光谱颜色的补色来表示。

表示方法是在非光谱色的补色的波长后面加一G字，如536G，这一紫红色是536nm绿色的补色。

由物体颜色三刺激值可以确定物体颜色，分光测色仪是测量三刺激值的最基本仪器。

它不是测量颜色的三刺激值本身，而是测量物体的光谱反射或光谱透射特性，再选用CIE推荐的标准照明体和标准观察者，通过积分计算求得颜色的三刺激值。

分光测色仪原理参见光栅光谱仪说明书。

三、实验仪器
WSG-8型色度实验装置见图2。

图2色度实验实验装置
图3为实验系统框图。

图3色度实验系统框图
光栅光谱仪结构参见仪器说明书。

四、实验内容
1. 开机，调节光栅光谱仪，调节方法参考仪器说明书。

2. 单程扫描透过基线，保存。

3. 单程扫描红、绿、紫三基色片的透过率，并分别保存。

4. 分别计算样品的主波长、纯度、色坐标等色度学量，并加以讨论。

五、预习要求
1. 阅读色度学基础理论，了解实验原理。

2. 了解光栅光谱仪测量原理和大致结构。

3. 实验前回答下列问题：
(1) 三刺激值的含义是什么？
(2)本实验中光栅光谱仪的作用是什么？画出光路原理图。

(3) 本实验测量的是什么物理量？如何由它们得到色坐标。

六、注意事项
1. 测量结束后，先把样品取出，切断电源。

2. 光学镜面真空镀铝，极易碰伤，不可随意擦拭。

3. 保持室内清洁。

七、思考题
1. 本实验系统是否可作光源颜色特性测量？如何进行？
2. 色度学是如何应用于彩色电视机颜色系统上的？。