GB T 28197-2011 测量光源颜色用三刺激值色度计的表征方法.pdf

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1、ICS 17.180.30 K 70 GB 中华人民主t/、和国国家标准GB/T 28197-2011 测量光源颜色用三剌激值色度计的表征方法Methods for characterising tristimulus colorimeters for measuring the colour of light (CIE 179一2007，MOD)2011-12-30发布2012-09-01实施量生蚂jj中华人民共和国国家质量监督检验检度总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 28197-2011 目次前言.1 引言.n I 范围.2 规范性引用文件-3 术语和定义.4 可量化性能参数的表征

2、方法.4.1 光谱响应度.4.2 紫外响应误差4.3 红外响应误差44.4 方向响应误差.4.5 线性误差4. 6 显示单元误差4. 7 疲劳4.8 温度依赖误差4.9 调制误差.5 4. 10 偏振误差54.口空间不均匀性误差54.四量程切换误差.5 非量化性能项目5.1 零点漂移5.2 受冲击、振动、温度、海拔、湿度和光辐射影响的敏感性.5.3 电压变化5.4 接收区域和平面.5. 5 相对光谱响应度随时间的变化(老炼)5.6 响应时间.7 6 其他性能项目76.1 使用方便性.7 6.2 多功能性.7 7 校准和测量7.1 步骤-7.2 不确定度.8 附录A(资料性附录)本标准与CIE1

3、79-2007的章条编号对照情况附录B(资料性附录)用于测量光谱响应度的标准灯和滤色片的数据.10 附录C(资料性附录)测量光源颜色用三剌激值色度计的实现方案.附录D(资料性附录)校准和测量原理.附录E(资料性附录)校准不确定度.14 G/T 28197-2011 剧昌本标准依据GB/T1. 1-2009和GB/T20000. 2-2009规定编写。本标准使用重新起草法修改采用CIE179-2007(测量光源颜色用三剌激值色度计的表征方法。本标准与CIE179-2007相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本标准与CIE179-2007的章条编号对照一览表。本标准由中国轻工业联合会提出。本标准

4、由全国照明电器标准化技术委员会光辐射测量分技术委员会CSAC/TC224/SC 3)归口。本标准起草单位:杭州远方光电信息股份有限公司、中国测试技术研究院、杭州市质量技术监督局检测院、广东产品质量监督检验研究院、中国计量学院、公安部交通管理科学研究所。本标准主要起草人:潘建根、苏红雨、钱枫、李自力、金尚忠、王军华。I GB/T 28197-2011 51 本标准旨在为测量光源颜色用的三剌激值色度计提供客观的性能评价方法。在三剌激值色度计性能参数中，有些可以通过数值定量表示，有些却不能定量表示，只能定性描述。H 本标准给出了一些测量误差的来源。本标准可作为三剌激值色度计的潜在用户、用户和制造商说

5、明或评价仪器质量的指南。本标准中列举的各项性能参数也可作为制造商改进色度计仪器的指南。测量光源颜色用三剌激值色度计的表征方法G/T 28197-2011 1 范围本标准规定了测量光源色品坐标用的三剌激值色度计的性能表征方法。本标准适用于各种提供照度或亮度值的测量光源颜色用三剌激值色度计，具有内置光源、用于测量反射和透射材料颜色的色度仪器不在本标准范围之内。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示CIE 15-20

6、04 色度学(Colorimetry)CIE 17.4-1987 国际照明词汇CInternationallightingvocabulary) CIE 69-1987 照度计和亮度计的表征方法(Methodsof characterising illuminance meters and luminance meters) 3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 3.4 CIE 17.4-1987界定的以及下列术语和定义适用于本文件。(光辐射的)探测器detector (of optical radiation) 将人射光辐射转化为可测量物理效应(通常为电学量)的装置。色度探头colorim

7、eter head 色度计的感光接受部分，包括探测器和用于修正探测器的光谱、空间响应的装置。注:典型的色度探头包含几个独立的探测器和相应的滤色片，例如，一个探测器和滤色片组合起来可与一个色度函数相匹配。色度探头的光轴optical axis of the colorimeter head 在照度测量输入光学系统中z垂直于色度探头人射窗口表面且通过其中心点的轴。在亮度测量输入光学系统中:通过人射视场的中心轴。三剌激值色度计tristimulus colorimeter 使用多个宽带输入通道来测量颜色剌激的三剌激值的仪器。1 GB/T 28197-2011 3.5 (探测器的)晌应度respons

8、ivity (of a detector) sJ 探测器输出Y除以探测器输入Xl)0 s=Y/X ( 1 ) 注:如果在没有输入时探测器的输出是瓦，而在探测器的输入为X时其输出为丑，则响应度为S=(Y，-Yo)/x。3.6 光谱晌应度spectral responsivity 3.6. 1 (探测器的)绝对光谱晌应度absolute spectral responsivity (of a detector) s()J 探测器的输出dYO.)除以波长间隔d上的单色探测器输入dXe0.) = Xe 0，)缸，为波长的函数。s() = dYCU / dXe (,.) 3.6.2 3. 7 3.8 (

9、探测器的)相对光谱晌应度relative spectral responsivity (of a detector) s r (1.) 探测器在波长A处的光谱响应度s(，1)与给定参照值Sm之比。s, ()二s()/ Sm 注:给定的参照值Sm可以是s()的平均值、最大值或任选值。可采用式中，1.，和，1.n-进行归一化的波长极限。限制孔径limiting aperture 限制辐射进入的孔径。f:?5 Sm王=7在照度测量色度计中z从孔径所在平面起，距离平方反比定律有效。(色度探头的)接收区域acceptance area (of a colorimeter head) 色度探头上对入射辐射

10、产生响应的区域。4 可量化性能参数的表征方法4. 1 光谱晌应度4. 1. 1 相对光谱晌应度 ( 2 ) .( 3 ) . ( 4 ) 应在总波长范围内，以不大于5nm的间隔进行测量并用表格形式报告色度探头中各通道的相对光谱响应度。至少应使其中一个通道的光谱响应度明显不为零，且任何情况下，必须给出380nm 780 nm的值。光谱响应度的数值至少应给出小数点后三位。表格中也可给出目标响应度x()、y()、z()的值。宜提供相对光谱响应度曲线。为了比较实际函数和目标函数，对于所选的定标光源，色度计的相对光谱响应度可用归一化光谱响应度S;()的方式表示，如式(5):1) 此处X和Y所指的不是三刺

11、激值，而是光学输入信号和相应的(电学)输出信号。2 式中:l 5 1. t; () d S; ()=;二Si.r () I 5. s;. , CU d GB/T 28197-2011 . ( 5 ) t; ().)一一各通道的色匹配函数，其中i=l表示X通道，i=2表示Y通道，i=3表示Z通道。在本标准中，下标i均代表色度计的通道，i=1，2，3分别表示X、Y、Z通道;S;., ().)一相对光谱响应度;注:响应度5x，()由长波部分5划.，0.)和短波部分5=.，()组成，根据5x，(,1) =5，().)+5，.， () ，后者可近似为5，.，Cl.)的部分。生产商应该给出的值或按照式CD

12、.2)计算。且一定标光源的光谱功率分布(通常是CIE标准照明体N)。4. 1. 2 光谱失配系数色度计的各个色度通道与相应的色匹配函数之间的光谱失配大小由光谱失配系数来表征，使用符号f;.x丑.y到.%或简化符号f;.i0 采用式(5)中定义的s;() ，光谱失配系数的表达式为式(6): I I s; ().) - t; ().) I d jl.;=，!.OP.100%( 6 ) I t; () d j川的值等于0%，表示与目标函数完全匹配。需要强调的是，应针对三剌激色度计各输出通道的匹配进行计算，不需要计算各输入通道(即光电探测器的输出)。对于任一类型的色度计，宜给出典型光谱图形以便用户选择

13、规格以及制造商控制和改进仪器性能。4. 1. 3 光谱失配修正因子如果被测光源和定标光源的光谱功率分布以及各输出通道的相对光谱响应度已知，则可用各通道的输出乘以适当的光谱失配修正因子孔，冗对各通道的输出进行修正，F;.TC的计算表达式为式(7):F. Tr =15T()-k) .d). I 15T() s;.，() d). 而-f 5c() t: ().) d). I I5c ().) S;.d ().) .出式中:S川一二被测光源的光谱功率分布;5c 一定标光源的光谱功率分布;t; ()一一各通道的色匹配函数(i=l、2、3分别代表X、Y、Z通道); s;. , ()一二相对光谱响应度(i=

14、l、2、3分别代表X、Y、Z通道)。( 7 ) 如果色度计的相对光谱响应度随时间变化，光谱失配修正因子也将随之改变。如果光谱变化很慢，可在相对较长的一段时间内使用光谱失配修正因子。如果色度计非常不稳定，宜采用光谱功率分布与测试样品相似的标准光源经常定标。4.2 紫外晌应误差三剌激值色度计应仅在380nm780 nm波段内灵敏(在360nm380 nm和780nm830 nm的扩展范围内，Z通道的色匹配函数低于其最大值的0.3%，其他通道低于0.1%)。如果被测光源含有紫外辐射，且一个或多个输入通道对该紫外辐射给出了输出信号，则将在三剌激值中产生附加误差。2) 如果5;().)仅用于计算光谱失配

15、系数，可采用称之为CIE照明体E的等能照明体作为校准光源，但应注明。GB/T 28197一2011各个色度通道的紫外响应度大小由紫外响应误差来表征，使用符号/uv.x，/，山，YJ卢.z或简化符号fuv.;。色度计说明书中应注明紫外响应误差。单个输出通道的紫外响应误差定义如式(8): f|Yam! uv.; = I一一一一- U o .; 10 lVV70 式中zY;(UV)一一探头在给定紫外光源、加上特定紫外滤色片的照射下，1输出通道的三剌激值;Y; 探头在相同的光源、不加滤色片的照射下，1通道的三剌激值;间. 0.4 0.2 。710 720 740 760 780 800 820 840

16、 /nm 图B.3推荐的谑色片的光谱透射率数据11 GB/T 28197-2011 附录C(资料性附录)测量光源颜色用三剌激值色度计的实现方案根据Y剌激值测量的是亮度还是照度，可将测量光源用三剌激值色度计分为两种基本类型，二者的不同仅在于输入光学系统部分，参见CIE69一19870两种类型的色度计均使用带滤色片的光电探测器，或并行排布，或串行排布，光辐射相继通过光谱修正滤色片，在仪器的电子线路中形成输入通道。两种情况下，输出通道都给仪器显示单元提供输人信号，可以是与X、Y、Z三剌激值成比例的信号，或是由三剌激值转换为色度参数的信号。示例:图C.1为典型的照度测量色度计的结构示意图。照度入射窗口

17、带滤色片的光电探测器放大器、多路技术、A/D转换器数字显示x口口口口Y口口口口z口口口口圄C.1测量光源用三剌激值色度计的示意图其中绘出了四个输入通道是表示X通道具有两个独立部分。该示意图未给出色度探头接收区域位置，但它应在说明测量探头时明确标出。注:上述仅是示意，不可作为色度计的光学设计指南。12 附录D(资料性附录)校准和测量原理G/T 28197-2011 三剌激值X、Y、Z和相关的色品坐标(X、y、z)可由色匹配函数X(川、Y()、z()和光源的相对光谱功率分布50，)根据式(D.l)计算得出:X=hj:s. X() .出Y=hj:SQ)-3也X=X/(X十Y+Z)Y = Y / (X

18、 + Y + z) ( D.1 ) z=巾-KA)也z-l-x-y色匹配函数X(在波长=504nm时取局部最小值，以该点为界将X(，U分成短波部分X，()和长波部分XI()，px()=X，CU十XI()。有时色度计中有一个具有独立定标因子的附加通道与XS()部分相对应，如图C.1所示。而有时X，()部分被省略，以Z通道的光电流V.的一部分作为丢失的光电流Vxs0 对于三通道工l、y、Z(X通道不含短波部分)的三剌激值探头的校准，用CIE标准照明体A，即色温TA=2856K的普朗克分布P(，TA)代替式(5)中的光谱功率分布5();采用波长间隔1nm利用式(D.2)计算色品坐标G=XA YA ，

19、ZA和值。XA YA ,ZA = O. 44758 ;0.40745 ;0.144 97 | P( , TA) X() d A-飞;:一=0.15120I P( ,TA). z o.). d . ( D.2 ) 用CIE照明体A照射三剌激值探头，测量光电流Vx1, Vy、V.o光电流乘以校准因子Cxl、Cy，Cz得到三剌激值X1、Y、z，X通道的总灵敏度由X=X1十Z给出。定标因子C司、cy、c.的赋值由式(D.3)得出:IV XI Cxl十V.c.-IIXA l Iy. I I I E 川勺y1=队I. L-A .(D.3) I YA LV.c. J口-XA- YAJ r 此处色品坐标乘以因

20、子得到校准因子，因为照度EA直接表示照度值，所以Y通道起照度计YA 作用。13 GB/T 28197-2011 E. 1 总体讨论附录E(资料性附录)校准不确定度此处列举一个四通道色度计，其中Y通道报告的是光源亮度值。使用亮度为LA的CIE标准A光源校准色度计，产生4个信号V町、Vxl , Vy和V.其中X通道以波长504nm为界分为两部分。CIEA光源相应的色品坐标是XAs , XAl ，YA和ZA0校准光源的三剌激值由式(E.1)给出:Xs rVxscxs rXAs X1 I IV xlCxl Y Z VyCy VzCz XA11 LA YA I YA ZA 因此，期望的校准系数可由式(E

21、.2)求出:c rXAs/V xs Cxl XA1/Vxl LA : j l川IYA ZA/Vz 定标值对测量电压的敏感度矩阵Q由式(E.3)给出:-XAs/V 。-XA1/V 。Q=I 。-YA/v; 。- ZA/V; 定标值的方差和协方差由4X4的矩阵给出，如式(E.4): Uc =Q. Um QT 式中zUm测量校准电压的方差与协方差变换矩阵。. ( E.1 ) . ( E.2 ) ( E.3 ) YA .( E.4 ) 报告给出的亮度值的不确定度必须包括光源亮度的不确定度，该不确定度以积分形式加到由校准常量计算出的Y值不确定度上。信号V，Vxl、Vy和Vz的值是多次重复测量中得出的平均

22、值，并计算出标准偏差和相关系数。如果光电流中的噪声源自于光源的波动，那么光电流之间具有显著的相关性。每一个光电流都与照度完全相关。光电流中也会包括由放大器噪声引起的随机成分。将测量中的所有因素相加，建立起输入方差与协方差矩阵。位于矩阵Um对角线上的方差的平方根给出了校准因子的标准不确定度，同时矩阵的其他元素包含了协方差u忆Cj)=r仇，Cj) u(c;) u(Cj)且表示出输出量之间的相关系数r忆，Cj)。应该注意的是，即使对不相关的输入量、输出量之间的相关也会随着与输入照度有关的标准不确定度的增加而增加。14 GB/T 28197-2011 E. 2 颜色测量没有估算不确定度的测量是不完整的

23、。对于三剌激值测量不确定度的估算，不像用三剌激值色度计采用带滤色片的探测器积分测量三剌激值那样直接了当。即那些影响光谱响应度的不确定度因素增大了三剌激值X、Y、Z中的相关性。尤其是参考光源绝对输出中的噪声，在光谱响应中导致随机但是相关的漂移。因此，相应的不确定度分量u(X)、以Y)、u(Z)是相关的，并且对于X和Y中相应的不确定度应该使用完整表达式。通常光电流标准偏差中仅有很小的部分是由光源波动引起的，且相关性减小或可忽略不计。以z色品坐标的不确定度计算为例，不确定度可由式(E.5)给出:/气2 ? / ,n , I J Y 2 ? nn , I J Z 2 u (x) = (一主)U2(X)

24、+(:T) 旷的+(: ) U2 (2) J X J - A/ , JY J - ,. / , J Z J +2rxy范;二u(X)u(Y)J x J x +2rX7一一一才l(X)U(Z)AL J X J Z Z U Y ZT 气dzdh一叩门Y T L + . ( E.5 ) 对于正比于光谱信号的随机噪声，X和Y响应之间的相关系数可由式(E.6)给出:ZE;王52rvv = JZEjZ-zcr . ( E.6 ) 式中:i下标表示波长i，Ei是定标光源的光谱辐照度。相似的表达式可用于rXY和ryZ。对于等能光源，Ei可以用平均辐照度E来替代，通过三剌激值函数的列表值，三个相关系数分别是o.

25、760 2、O.2549和0.08170对CIEA光源，对应的相关系数分别是O. 826、0.071和0.069。在临近光谱轨迹的点，相关系数都接近相同。注意三剌激值色度计的不确定度成分并不是都相关的。例如，带有独立放大器的三通道系统的电噪声、各个通道的相对光谱灵敏度与对应色匹配函数的匹配程度等都是不相关的。-FON|hmFNH筒。华人民共和国家标准测量光源颜色用三剌激值色度计的表征方法GB/T 28197-2011 国中导中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1.25 字数32千字2012年6月第一次印刷开本880X12301/16 2012年6月第一版提书号:155066. 1-45151 21. 00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价GB/T 28197-2011 打印忖期:2012年6月27F-l F002