第5章 复频谱色度测量与计算

第一节 色度测量

复频谱数学模型Z=reiθ虽然表达的是颜色的矢量属性，但是该数学模型中的Z、r和θ与光的性能有着密切的对应关系。Z是复频谱色矢量，与之对应的是光子出现的概率幅，也就是光波的复振幅。r是复频谱矢径，是Z的绝对值，|Z|=r。θ是复频谱矢径r所在的相位，与光的频率对应。复频谱色度测量时用分光光度计测得的数值，对光源来说是相对功率分布，对物体色来说是反射率因数或透射率，它们都处在光的能量层级上。但是在复频谱上记录的不是光的能量，而是色矢量。我们知道，光的能量对应的是光振幅的平方，所以需要将分光光度计测得的数据开平方后作为色矢量记录下来，绘出矢端函数曲线。总之，决定色矢量的是光能量的开方和频率。

一个物体在确定的照明下，就会有一个确定的光谱结构，对应确定的光谱就有确定的颜色。而物体的光谱结构和颜色与施照的光源性质有关。例如，一辆蓝色汽车停在马路边上，到了夜晚，在路灯照明下，车身变成黑色了。因为路灯是钠光灯，灯光本身显橙黄色，这个颜色与车身的蓝色是互补色，所以这时车身变成黑色了。这说明施照的光源对物体显色有着决定性作用。

为了对颜色测量具有可操作性和可靠性，国际照明委员会（CIE）推荐几种光源和照明体。在这里有必要对“光源”和“照明体”加以界定。“光源”是指能放射出光线的实体，如电灯及其他各种热辐射灯、太阳等。而“照明体”则是指具有确定的光谱功率分布，一般是对特定的光源进行技术干预，使其具有一定的光谱功率分布。CIE给出几个用于色度测量的照明体A、B、C、D。标准照明体A一般由A光源钨丝灯实现，色温为2856K。B和C标准照明体则是由A光源加滤色器实现，加了滤色器以后，色温分别提高到4874K和6774K。不过这两种照明体已不太使用。标准照明体D是模拟日光相对光谱功率分布的照明体，有D55、D65和D75，其相关色温分别为5503K、6504K和7504K。D光源是现在色度测量中使用较多的一类光源。而正午日光的相关色温大约在6500K，与D65光源比较接近。由于光源相对色温不同，光源显示的颜色也不同，A光源偏黄，D75偏蓝，只有D55和D65光色的色度接近CIE色度图的白点。CIE还建议以等能光源（E光源）作为理想的光源，使它的色度坐标落在CIE色度图的白点处，即坐标点：x0=0.3333, y0=0.3333。等能光源，顾名思义，它的相对光谱功率分布在复频谱上所有频率处的相对功率都是相等的，因而在任意色相上的色矢量也是平衡的。这一点特别适合复频谱色度测量与计算。复频谱色度计算首先是进行色矢量平衡的计算，如果光源映射在复频谱上的色矢量是不平衡的，就会给计算带来困难。等能光源映射在复频谱色度图上所有相位其色矢径r=10，那么它的矢端函数曲线就是一个以10为半径的圆周，如图5-1所示。

图5-1 等能光源的矢端函数曲线

当然这样的光源是无法实现的。但是可以采用一个变通的办法。对于物体色度测量，并不要求施照体在所有频率处光谱相对功率都相等，而是要求施照体照度分布是连续的、稳定的。在标准白板存在下将每一频率处的反射率因数调至100%，在这种情况下，可认为施照体就相当一个等能光源。这样做的方便之处在于无论是用A光源还是用D光源测量物体颜色，都可用作分光光度计测色的光源。