Learning Center
Plans & pricing Sign in
Sign Out

AE Color Science for Illuminating Engineering


AE 597E: Color Science for Illuminating Engineering 
Course Syllabus | Fall 2009 | 3 Credits 
Instructor:           Kevin W. Houser, Ph.D., P.E., LC, LEED AP 
                      Associate Professor of Architectural Engineering 
                      218 Engineering Unit A 
                      Office phone:  (814) 863‐3555 
                      Office hours:  T.B.D. 
Meeting time:         Tuesday, Thursday: 8:00 – 9:50 AM 
Location:             T.B.D. 
Required text:        ⎯ Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, 
                        G. Wyszecki, & W. S. Stiles 
                      ⎯ Billmeyer & Saltzman’s Principles of Color Technology, 3rd ed., R. S. Burns 
References            ⎯ Colorimetry Understanding the CIE System, edited by J. Schanda 
                      ⎯ Color Appearance Models, 2nd ed. M. D. Fairchild 
                      ⎯ Eye and Brain: The Psychology of Seeing, R. L. Gregory 
                      ⎯ The IESNA Lighting Handbook, Reference and Application, 9th Edition 
                        Illuminating Engineering Society of North America 
                      ⎯ Other texts and references as assigned 
Frequently Asked Questions: 
What is this          This course is about the theoretical basis of color within the context of 
course about?         illuminating engineering and applied lighting. The focus is on the 
                      mathematical foundations for: photometry, color‐matching functions, color 
                      spaces, chromaticity, color temperature, metrics of color‐rendering, color 
                      appearance (and color appearance modeling), and color difference. 
What are the          Upon completion of this course, the successful student will:  
expected              1. Demonstrate a quantitative understanding of the interrelationships 
learning                 between radiometry and photometry and the theoretical basis and 
outcomes?                application of spectral weighting functions, including those used to develop 
                         photometric systems based on the photopic , scotopic, and mesopic 
                         responses, brightness perception, and other visual responses, 
                      2. Demonstrate an understanding of trichromacy, 
                      3. Be able to use the CIE system of colorimetry, including: a) color matching 
                         functions, b) tristimulus values, c) chromaticity coordinates, d) color 
                         rendering metrics, e) color temperature, and f) CIE color spaces, 

AE 597E: Color Science for Illuminating Engineering                                         Page 1 of 5 
Syllabus v1 (25 August 2009) 
                      4. Exhibit a quantitative understanding of distribution temperature, color 
                         temperature, and correlated color temperature, 
                      5. Understand metamerism and color difference, and be able to apply 
                         mathematical tools in their quantification, 
                      6. Be able to describe the experimental methodologies (matching 
                         procedures) for studying human brightness and color perception, including: 
                         a) heterochromatic flicker photometry, b) step‐by‐step brightness 
                         matching, and c) Maxwell method brightness matching, 
                      7. Become  conversant  in  the  theories  and  models  of  color  vision, 
                         including several color appearance models. 
What are the          ⎯ AE 461: Basic Building Illumination Systems and Design 
How is the      Grading will be based primarily on the successful completion of homework 
course graded?  assignments. The homework assignments will be used to acquire points that 
                will be totaled at the end of the course and used to determine your final letter 
                grade. Other graded assignments may include quizzes, exams, laboratory 
                reports, and/or writing assignments. A final examination is likely. A list of 
                probable homework assignments is given on page 5 of this syllabus; please 
                bear in mind that the list is schematic and is subject to change as the 
                semester progresses. At the end of the course your percentage of the total 
                available points will be computed; your letter grade will be determined by 
                reference to the following table: 
                        Minimum %                Letter Grade      Maximum % 
                              96                       A                100           
                              91                       A‐               95            
                              88                       B+               90            
                              84                       B                87            
                              81                       B‐               83            
                              76                       C+               80            
                              71                       C                75            
                              60                       D                70            
                               0                        F               59            
How will the         Most of the assignments in this course are Excel‐based computer programs 
computer             that will be implemented using VBA. These assignments will be scored as 
programming          follows: 
assignments          Grade  Level of Achievement 
be graded? 
                        A       The program computes correct quantities for all conditions described 
                                in the assignment. The code is thoroughly annotated, meaning the 
                                variables and procedures are explained in sufficient detail so that you 
                                will be able to understand what you did well into the future. 

AE 597E: Color Science for Illuminating Engineering                                           Page 2 of 5 
Syllabus v1 (25 August 2009) 
                        B       The program works for all conditions, but the annotations are not 
                                thorough, your code is difficult to follow, and/or the graphical output 
                                is poorly organized. Or, the program works for nearly every condition 
                                described in the assignment, but minor problems may occur. 
                        C       Nearly all of the routines in the program work correctly, such as the 
                                computation of intermediate parameters. You’ve reported these 
                                parameters so that they can be easily checked. But, the code is not 
                                fully debugged. Different errors may occur for different types of 
                        D       There are logical problems. The program “runs”, but many quantities 
                                are computed incorrectly. 
                        F       There are serious logical problems. The program may “run”, but most 
                                quantities are computed incorrectly. 
Why is the            This is an example of “criterion‐referenced grading”, which means that your 
course graded         grade will be determined by the established standards for this course, not by 
this way?             comparing your performance to that of your classmates. The assumption is 
                      that the standard of performance is reachable by all: everyone could get an 
                      ‘A’, and likewise everyone could get an ‘F’. 
How will my           Assignments will require a paper‐based deliverable, electronic deliverable, 
work be               oral presentation, or some combination. You will be informed of the 
evaluated?            evaluation criteria on an assignment‐by‐assignment basis. 
                      The only way that your work can be evaluated is on the materials produced. It 
                      is impossible for me, and unfair to the class as a whole, to consider the 
                      workload from other classes or outside commitments. These factors will not 
                      be considered as part of your evaluation. 
                      Professionalism in this course is as important as in the workplace, and 
                      included such traits as preparation, productivity, and promptness. Cell 
                      phones, email, instant messaging and all other potential distractions will not 
                      be tolerated during our regularly scheduled class meetings or during visits to 
                      my office.
                      Class periods will be interactive and will have a discussion component. It is 
                      therefore important for you prepare for class by completing the readings and 
                      assignments. Active participation is expected. 
                      Participation and professionalism will contribute to your final grade. 
Why does the      The class meets twice each week for a 100 minute period that will be used for 
class meet for a  lecture, discussion, lab exercises, and problem solving. On average, we will 
double period?  meet for 150 minutes per week. The double period allows for some flexibility 
                  in running laboratory exercises, and also to compensate for the occasional 
                  cancelled class due to the instructor’s travel schedule.  
How much time  Plan to spend at minimum an additional nine hours per week on the 
should I expect  assignments. It may (and will likely) take more than nine hours per week 
to spend?        outside of class to excel in this course. 

AE 597E: Color Science for Illuminating Engineering                                             Page 3 of 5 
Syllabus v1 (25 August 2009) 
What is the           Regular and punctual attendance is your responsibility. A good engineer 
attendance            upholds professional conduct by always being prompt. If this is not your habit, 
policy?               acquire it. It will help you in this class and in your career. 
What is the           Unless otherwise written on an assignment or announced by the instructor, 
policy about          assignments are due at by the beginning of class. Late work will not be 
late work?            accepted, please don’t even ask.  
What is the           Open discussion and the public exchange of ideas are healthy parts of the 
policy about          learning process and university life. You are encouraged to discuss the course, 
working in            exchange ideas, and work on assignments with your classmates. Keep in mind 
teams?                that there is an implied reciprocity associated with working together, solving 
                      problems together, and learning together. It is expected that in some 
                      instances your classmates will be a resource for you, while at other times you 
                      will be a resource for them. Also keep in mind that working together is a 
                      means, not an end. Ultimately, you need to know what you’re doing, and you 
                      alone are responsible for the work you turn in.  
What                  Talking over your ideas and getting comments on your work from classmates, 
constitutes           co‐workers and instructors are not examples of plagiarism or cheating. Taking 
academic              someone else’s work and calling it your own is plagiarism, including using 
dishonesty?           another persons’ calculations, spreadsheets, computer programs, homework 
                      solutions, or ideas. Academic dishonesty includes, but is not limited to, 
                      cheating, plagiarism, fabrication of information or citations, facilitation of acts 
                      of academic dishonesty by others, unauthorized possession of examinations, 
                      submitting work of another person or work previously used without informing 
                      the instructor, and tampering with the academic work of other students. Such 
                      acts of dishonesty violate the fundamental ethical principles of the University 
                      community and compromise the worth of work completed by others. The 
                      minimum penalty imposed for academic dishonesty of any type will be a 
                      grade of ‘F’ for the assignment. More serious offenses will result in failure in 
                      the course and major offenses may result in suspension or expulsion from the 
                      University. You are encouraged to read the University Code of Conduct and 
                      Faculty Senate Policy 49‐20 and G‐9 Procedures. 
What about            In compliance with Pennsylvania Department of Health and Centers for 
special Fall          Disease Control recommendations, students should NOT attend class or any 
2009 Flu              public gatherings while ill with influenza. Students with flu symptoms will be 
protocols?            asked to leave campus if possible and to return home during recovery. The 
                      illness and self‐isolation period will usually be about a week. It is very 
                      important that individuals avoid spreading the flu to others. 
                      Most students should be able to complete a successful semester despite a flu‐
                      induced absence. Faculty will provide students who are absent because of 
                      illness with a reasonable opportunity to make up missed work. Ordinarily, it is 
                      inappropriate to substitute for the missed assignment the weighting of a 
                      semester's work that does not include the missed assignment or exam. 
                      Completion of all assignments and exams assures the greatest chance for 
                      students to develop heightened understanding and content mastery that is 
                      unavailable through the weighting process. The opportunity to complete all 
                      assignments and exams supports the university's desire to enable students to 

AE 597E: Color Science for Illuminating Engineering                                            Page 4 of 5 
Syllabus v1 (25 August 2009) 
                      make responsible situational decisions, including the decision to avoid 
                      spreading a contagious virus to other students, staff, and faculty, without 
                      endangering their academic work. 
                      Students with the flu do not need to provide a physician's certification of 
                      illness. However, ill students should inform their teachers (but not through 
                      personal contact in which there is a risk of exposing others to the virus) as 
                      soon as possible that they are absent because of the flu. Likewise students 
                      should contact their instructors as quickly as possible to arrange to make up 
                      missed assignments or exams. 
                      If you have questions about academic policy‐related issues, please call the 
                      Associate Dean/Chief Academic Officer of your college. For health‐related 
                      questions you can email Dr. Margaret Spear, director, University Health 
                      Services, at 

Draft Homework Assignments 
(This is for guidance only; the number of assignments and their titles will likely change as the semester 
HW#1: Practicing the Fundamentals 
HW#2: Mathematical Manipulation of Spectral Data 
HW#3: CMFs, Chromaticity Diagrams, Color Temperature 
HW#4: Color Program, Part 1: Determination of Reference Illuminants 
HW#5: Color Program, Part 2: Compute Ra 
HW#6: Color Program, Part 3: Interpolation 
HW#7: Color Program, Part 4: Visual Presentation of Color Shifts 
HW#8: Color Program, Part 5: Color Appearance Models 
HW#9: Color Program, Part 6: Color Difference 
HW#10: Color Program, Part 7: Independent Enhancement  
(With oral presentation and in‐class demonstration) 
HW#11: Final Examination (Take Home) 


AE 597E: Color Science for Illuminating Engineering                                                Page 5 of 5 
Syllabus v1 (25 August 2009) 
                                                                   AE 597E – Color Science for Illuminating Engineering
                                                                   Fall 2009

Readings & References                                   General Subject Area              Specific Topics                            HW

• CS: 4.1 – 4.4                                         Radiometry vs. Photometry         • Practicing the fundamentals              #1
• Draft CIE TC1-30                                   Review of Fundamental Quantities     • Spectral weighting functions
• CIE Pub. 75                                                                               (photopic, mesopic, scotopic, etc.)
                                                                                          • Concept of “Standard Observer”

• PCT: Chapters 1 & 2                                        What is Color?
• Thornton, Part III: Sec. E.1, pgs. 250 – 253             What is Colorimetry?

• CS: 5.1 – 5.3                                           Matching Procedures &           • Maxwell & Maximum Saturation
                                                          Experimental Methods              Methods
                                                                                          • Field size and other considerations

• PCT: 1.E                                               Metameric Color Stimuli                                       (
                                                                                          • Definitions of Metamerism (Real-
• CS: 3.8, 3.3.10                                                                           world vision vs. CIE System)
                                                                                          • CIE Metamerism Index

•   CS: pgs 582 – 584                                          Trichromacy                • Transformation of Primaries              #2
•   CS: 3.1, 3.2
•   Thornton, Part I: Sec. I, pgs. 79 – 83
•   Thornton, Part III: Sec. E.2, pgs. 253 - 255

•   CS: 1.2.2, 3.11                                  Distribution Temp., Color Temp.      • Planckian Radiation                      #3
•   IES HB: 4-14 – 4-15                                 & Correlated Color Temp.          • Computation of Correlated Color          #4
•   CS: 3.3.4 (iv)                                                                          Temperature for electric light sources
•   CIE 15.2                                                                              • Computation of SPD for Daylight

• CS: 3.3                                              The CIE Colorimetric System        • Tristimulus Values
• PCT: 2.C, A.A – A.C                                                                     • Chromaticity diagrams and Color
                                                                                          • CIE Standard Illuminants

• CIE 13.3                                             Measures of Color Rendering        • CIE Color Rendering Index                #5
• Handouts                                                                                • Non-CIE Measures (e.g. CPI, CRC,         #6
                                                                                            Vectors, NIST CRI, etc.)

• PCT, pgs. 165-170 and 215-223                    Displaying Color on Computer Screens   • Device dependence and                    #7
• Handouts                                                                                  independence
                                                                                             y      g
                                                                                          • xyY to rgb

• Handouts                                              Color Appearance Models           • Model Coding (Nayatani, Hunt, CIE        #8

• PCT:                                                       Color Difference             • MacAdam Ellipses                         #9
• WS:                                                                                     • ΔEab, DE2000, etc.

• CS: 8.1, 8.3                                           Theories of Color Vision
• Handouts

Note: This is a working outline and is subject to change as the semester progresses.

To top