GB T 3978-2008 标准照明体和几何条件.pdf
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1、ICS 1718020K 70 囝雪中华人民共和国国家标准GBT 3978-2008代替GBT 397819942008-06-26发布标准照明体和几何条件Standard illuminants and geometric conditions2009-03-0 1实施丰瞀徽鬻瓣訾糌瞥篓发布中国国家标准化管理委员会仅113刖 置GBT 3978-2008本标准对应于国际照明委员会出版物CIE 15:2004(色度学和CIE S 005:1999应用于色度学的标准照明体,与CIEl5:2004和CIE S 005:1999的一致程度是非等效,主要差异是在表1、表2、表3中增加了照明体c的光谱功
2、率分布和色度值。本标准代替GBT 3978 1994标准照明体及照明观测条件。本标准与GBT 3978 1994相比主要变化如下:修改标准名称为“标准照明体和几何条件”;将范围修改为:“本标准适用于颜色测量、计算和评价中照明体和几何条件的应用和表示。”;修改照明体、CIE标准照明体、CIE光源的定义(本标准的3133),增加几何条件、参考平面、采样孔径等定义(本标准的34310);修改原标准中的6种标准照明体为2种:A和D65(本标准的41和42);增加计算CIE标准照明体A的相对光谱功率分布S。()的式(1),并说明成立条件;增加照明体D的色品坐标和相对光谱功率分布计算方法(本标准的433和
3、434);修改“照明观测条件”为“几何条件”;将原标准中4个反射测量几何条件增加为10个(6116110);4个透射测量几何条件增加为6个(631636),修改几何条件的表示方法和实现方式,增加应用说明(62和64);增加漫射:8。几何条件的积分球示意图(图1)和45。单方向垂直几何条件示意图(图2);按GBT 112000对原标准进行编辑性修改。本标准由全国颜色标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位:中国计量科学研究院,深圳市海川实业股份有限公司。本标准主要起草人:马煜、林弋戈、陈苹、何唯平、汤惠工。本标准所代替标准的历次版本发布情况为:GB 39781983、GBT 39781994。
4、标准照明体和几何条件GBT 3978-20081范围本标准规定了色度学中的CIE标准照明体、代表照明体的人工光源和颜色测量仪器的几何条件。本标准适用于颜色测量、计算和评价中照明体和几何条件的应用和表示。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GBT 5698颜色术语3术语和定义GBT 5698确立的以及下列术语和定义适用于本标准。31照明体illuminant在影响物体
5、颜色知觉的波长范围内具有确定的相对光谱功率分布的辐射。32CIE标准照明体CIE standard illuminantsCIE依据相对光谱功率分布定义的照明体A和照明体D65。33CIE光源CIE sources由CIE规定的人工光源,其相对光谱功率分布近似于CIE标准照明体的相对光谱功率分布。34几何条件geometric conditions颜色测量仪器的照明光源和探测器与物体色样品之间的几何关系,区别于目视评价中的照明观测条件。35参考平面reference plane测量过程中被测样品或参考标准放置的平面。36采样孔径sampling aperture参考平面上的照明区域或者接收器探
6、测到通量的区域,两者之中以区域面积小的为准。当照明区域面积大于探测区域面积,称为“过充满”;当照明区域面积小于探测区域面积,称为“未充满”。3745。单方向入射forty-five degree directional geometry入射光以与法线成45。的某方向照明反射样品,符号为:45。z。3845。环带入射 forty-five degree annular geometry光源从所有方位同时以与法线成45。角度照射反射样品,符号为:45。n。GBT 3978-2008390。入射zero degree directional geometry入射光以与法线方向成o。角的方向照射反射样
7、品,符号为:0。3108。入射eight degree geometry入射光以与法线成8。角的方向照射反射样品,符号为:8。4 CIE标准照明体CIE依据相对光谱功率分布规定了标准照明体A和标准照明体D65,并推荐通常的色度计算优先采用标准照明体A和D65。当不能用D65时,应根据照明光源的实际情况,选择CIE规定的其他照明体D,如D50、D55或D75。41 CIE标准照明体A411 CIE规定标准照明体A的相对光谱功率分布由式(1)确定:SA一(半)51 4i5 Y10 7exp2848_X=560r1(1)1 43510 7,、1“p豇涵广一1式中:s一()一一标准照明体A的相对光谱功
8、率分布;一真空波长,单位为纳米(rim)。注1:标准照明体A的光谱功率分布在波长560 tim处归一化到100。注2:式(1)是基于真空条件下的普朗克公式,波长为真空波长,为了CIE标准照明体A能够与其他色度和光度数据相协调,可用标准空气(15,10l 325 Pa,二氧化碳体积占0 03的干燥空气)下的波长数值替换。412表1第二列给出了标准照明体A在300 nm780 nm之间,间隔5 nm的相对光谱功率分布。为满足较高精度的实际计算需要,可以根据式(1)计算标准照明体A的相对光谱功率分布数值。413表2第二列给出了标准照明体A(380 nm780 nm,5 nm间隔)在CIE 1931标
9、准色度观察者下的三刺激值和色品坐标;表3第二列给出了标准照明体A(380 nm780 nm,5 nm间隔)在CIEl964标准色度观察者下的三刺激值和色品坐标。42 CIE标准照明体D65421 CIE标准照明体D65的相对光谱功率分布S。()由表1第三列给出的数值确定。422 CIE标准照明体D65的相对光谱功率分布是在昼光的实测数据的基础上进行外推得出的。代表相关色温大约为6 500 K(也称作昼光照明体的名义相关色温)的昼光。423表1第三列给出了标准照明体D65在300 nm780 rim之间,每间隔5 llm的相对光谱功率分布,该组数值可以满足大多数的实际计算需要。其他中间值可由已公
10、布的数值,采用线性内插法计算得出。424表2第三列给出了标准照明体D65(380 nm780 nm,5 nm间隔)在CIE 1931标准色度观察者下的三刺激值和色品坐标;表3第三列给出了标准照明体D65(380 nm780 nm,5 nm间隔)在CIE 1964标准色度观察者下的三刺激值和色品坐标。43其他照明体D431 当不能使用D65时,推荐使用昼光照明体D50、D55或者D75中的一种。它们的光谱功率分布分别见表1的第四列、第五列、第六列;它们在CIE 1931标准色度观察者和CIE 1964标准色度观察者下的三刺激值和色品坐标分别见表2和表3的第四列、第五列、第六列。432当这些昼光照
11、明体都不能使用时,可以用式(2)式(7)计算出在某名义相关色温(T。)下的昼光照明体。由这些公式给出的照明体,其相关色温近似等于名义值。,433照明体D的色品坐标4331 昼光照明体(D)的CIE 1931(z,y)色品坐标须满足以下关系GBT 3978-20084332 昼光D的相关色温T。与其坐标X。之间有如下关系:a)当相关色温在4 000 K7 000 K之间,37D一一4607 o警+2967 8喾+o099 11掣+o244 063cp cpjcPb)当相关色温在7 000K25 000 K之间,工。一一2006 4警+1901 8警+o247 48孚+o237 040cp cp
12、cp434照明体D的相对光谱功率分布昼光照明体(D)的相对光谱功率分布S(A)按照式(5)计算:S(A)一S。(A)+M1S1()+M2S2()式中:S。()、S。()、Sz(A)是波长的函数,其数据见表4。MI和M:因子的量值与色品坐标z。、Y。有如下关系:MlM21351 51。770 3xD+5911 4yD0024 l+0256 2xD 0734 lyD0030 031442 4xD+3007l 7yD0024 1+0256 2xD一0734 1D(2)(5)(6)(7)注1:季节和地理环境的变化会影响昼光在紫外光谱区域的光谱功率分布。在没有确定这些变化的信息之前,仍建议使用本标准中推
13、荐的照明体。注2:本标准中推荐方法计算得到的昼光照明体D的光谱功率分布,是基于波长从330 nm到700 nm的实验观测数据,并在波长300 nm-330 nm和700 nm830 nm范围内进行外推得到的。外推数据对色度学的应用是准确的,但不推荐用于其他用途。5 CIE光源51 CIE光源A511 相关色温为2 856 K(c:一I438 8101mK)的充气钨丝灯模拟标准照明体A的人工光源。512当光源A应用于紫外区时,应使用具有熔融石英玻壳或窗口的灯。513当需要光源的光谱功率分布更准确时,应对所使用的实际光源进行光谱辐射度校准。52代表标准照明体D65的人工光源521不推荐用于实现CI
14、E标准照明体D65或其他照明体D的人工光源。522通过计算改变照明体的特殊同色异谱指数,可对应用于色度的昼光模拟器的品质进行描述和评价。当需要光源的光谱功率分布更准确时,应对所使用的实际光源进行光谱辐射度校准。6颜色测量仪器的几何条件61 反射测量的几何条件611 漫射:8。,包含镜面成分(符号为:讲:8。)采样孔径被以其平面为界的半球内表面从各个方向均匀地照明,测量区域过充满。探测器对采样孔径区域的响应均匀,反射光束轴线和样品中心法线成8。角,在接收光束轴线5。内的所有方向上,采样孔径反射的辐射是均匀的。3卯0一D工0盯2+zDzO3一一蛳叭之0勰OO撕0在值中数式34(GBT 3978-2
15、008612漫射:8。,排除镜面成分(符号为:如:8。)满足幽:8。的条件,但将单面的平面反射镜放置于采样孔径处时,没有光反射到探测器方向,而且在这个方向的1。以内也没有镜面反射。图1是实现漫射:8。几何条件示意图。分别使用反射平面与光陷阱,可以实现包含或排除镜面成分测量。图1 漫射:8。几何条件示意图613 8。:浸射,包含镜面成分(符号为:8。:di)满足dz:8。的条件,但光路相反。采样孔径被与法线成8。角的光照明,以参考平面为界的半球收集采样孔径反射的各个角度的通量。614 8。:浸射,排除镜反射成分(符号为:8。:de)满足de:8。的条件,但光路相反。615漫射漫射(符号为:d:d
16、)照明满足如:8。的条件,且以参考平面为界的半球收集采样孔径反射的各个角度通量。61。6备选的浸射几何条件(符号为:d:0。)一个备选漫射几何条件是出射方向沿着样品法线,这是严格的不包含镜反射的几何条件。617 45。环带垂直(符号为:45。口:O。)从顶点位于采样孔径中心,中心轴位于采样孔径法线上,半角分别为40。和50。的两个正圆锥之间各个方向射来的光均匀地照明采样孔径;探测器从顶点位于采样孔径中心,中心轴沿样品法线方向、半角为5。的正圆锥内均匀接收反射辐射。这种几何条件可以将样品质地和方向选择性反射影响降至最低。如果这种照明几何条件是由多个光源以接近于圆形排列来近似得到,或者由多根出光口
17、排列成圆形且被单个光源照明的光纤束近似得到,形成的几何条件叫作圆周垂直几何条件(符号为:45。c:o。)。618垂直45。环带(符号为:0。;456d)角度和空间条件满足45。n:o。的条件,但光路相反。因此采样孔径被垂直照明,反射辐射被中心与法线成45。角的环带接收。619 45。单方向垂直(符号为:45。x;0。)角度和空间条件满足45。a:o。的条件,但辐射只从一个方位角发出。排除镜反射,突出样品质地和方向性的影响。符号z表示人射光束从某任意方位照射参考平面。图2是45。单方向垂直几何条件示意图。4图2 4r单方向垂直几何条件示意图GBT 3978-20086110垂直45。单方向(符号
18、为:0。:45。j)角度和空间条件满足45。z:o。的条件,但光路相反。因此样品表面被垂直照明,从与法线成45。角的某个方位接收反射辐射。62应用反射测量几何条件的注意事项621 当应用单光束积分球时,需要对由于样品的吸收而引起的积分球效率降低进行修正,否则仪器将给出非线性的测量结果。经修正的反射比见式(8):1一P,(A)(1一f,)p,一R()1一P,()(1一,。)一,Lo,(A)一R()式中:P。样品经修正的反射比;R()样品相对于完全漫反射体未经修正的光谱反射比;P。(A)球壁在漫射漫射条件下的光谱反射比;积分球上第i个开孔面积与球总内表面的面积之比;,s样品孔面积与球总内表面的面积
19、之比;p,()参考标准的反射比。式(8)是基于理想积分球的特性,除样品外其他开口的有效反射比均为0。622几何条件符合611、612、616、617、618、619、6110的情况下,测量的结果是反射因数,当测量张角足够小时,反射因数的量值与辐亮度因数的量值相同;符合613且积分球为理想积分球时,测量结果是反射比。注:在45。z;o。条件下测量结果是辐亮度因数且;在0。:45。z条件下测量结果是辐亮度因数风;在讲:8。条件下测量结果是辐亮度因数风。s,与辐亮度因数岛。接近;在8。:di条件的测量结果是反射比P。5GBT 3978-2008623测量某些类型的样品(诸如逆反射材料),需要不同的几
20、何条件或宽容度。如果应用特殊的照明和测量条件,需要进行特别说明。624使用积分球时为遮挡样品和球壁入射孔或测量孔之问的直射光,需要使用表面涂白的挡屏。积分球开口的总面积不应超过球内反射面积的10。625漫射样品能够将辐射散射到与其表面接近平行的方向上,在漫反射比测量中应包含这部分辐射。626当积分球用于荧光样品的测量时,照明系统的相对光谱功率分布将被样品的反射功率和发射功率替换。因此45。a:0。、45。z:0。、0。;45。a和0。:45。z条件更适合这种情况的应用。63透射测量的几何条件631垂直垂直(符号为:0。:0。)入射与测量光束都是完全相同的正圆锥状,正圆锥的轴位于采样孔径中心的法
21、线上,半角是5。,采样孔径的面辐射和角辐射以及探测器的面响应和角度响应都是均匀的。632漫射垂直,包含规则成分(符号为:戚:0。)采样孔径被以第一参考平面为界的半球从各个方向均匀地照明,测量光束同0。:o。几何条件的规定。633漫射垂直,排除规则成分(符号为:dP:0。)几何条件满足di:0。,但当开放采样孔径(例如不放置样品),测量采样孔径中心时,没有直射到探测器的光,并且在r以内也没有直射光。634垂直浸射,包含规则成分(符号为:0。:di)几何条件与出:0。相反。6 35垂直漫射,排除规则成分(符号为:0。:ae)几何条件与de:o。相反。636漫射漫射(符号为:d:d)采样孔径被以第一
22、参考平面为界的半球从各个角度均匀地照明,透射通量被以第二参考平面为界的半球从各个角度均匀地接收。注:在透射测量的几何条件的规定中,相对于入射光的参考平面,叫做第一参考平面;相对于透过样品的光的参考平面,叫做第二参考平面。两个参考平面之间是样品的厚度。本标准规定参考平面的定义中假设样品的厚度可以忽略。6。4应用透射测量几何条件的注意事项641以上透射测量几何条件中,排除规则成分条件下测量的量是透射因数,其余均为透射比。642测量某些类型的样品需要不同的几何条件或宽容度。如果应用了特殊的照明和测量条件,需要进行特别说明。6,43当使用积分球时,为遮挡样品和球壁入射孔或测量孔之间的直射光,需要使用表
23、面涂白的挡屏。积分球开口的总面积不应超过球内反射面积的10。644测量垂直垂直条件的仪器的结梅,照明和接收光束应完全相同。645漫射样品能够将辐射散射到与其表面接近平行的方向上,在漫透射比测量中包含了这部分辐射。646入射光束垂直于样品表面时,样品和入射光束光学元件之间的多次反射会引起测量误差,应略微倾斜一下样品来减弱测量误差。GB:r 3978m2008表1 CIE标准照明体A、D65与其他照明体D以及照明体c的相对光谱功率分布(波长范围:300 nm一780 nm,波长间隔:5 rim)标准照明体 标准照明体 照明体 照明体 照明体 照明体波长nmA D65 D50 D55 D75300
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