颜色三刺激值和色度图

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1、颜色三刺激值和色度图,1. 三刺激值 2. 色度图 3. 色差 4. 显色指数,2.1 、RGB三刺激值,一、 颜色的量化 1. 目的： 颜色是一个模糊的概念，要准确的定义或测量颜色必须把颜色变成精确的物理量（模糊数学）。 2. 量化方法： （1）选定三原色光并规定三原色光的颜色单位量； （2）求出各个波长的单色光，在单位辐射强度下的三原色组成（光谱三刺激值 ， ， ），； （3）由实际光源光谱分布求出组成该光源的各个单色光的实际辐射强度； （4）由(2)(3) 求出光源中各个波长光在实际辐射强度时的三原色组成； （5）把所有波长的三原色组成分量叠加，得到光源的三原色总量（刺激值）。,二、量化

2、步骤 1.选定三原色 （1）、其中任何一种原色不能被其他两种原色匹配 （2）、三色之间的光谱间隔大，匹配色覆盖的颜色最多 （3）、容易实现 CIE确定： Red Green Blue nm 700 546.1 435.8 为标准三原色,这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出來。是采用汞弧光谱中经滤波后的单一谱线获得，色度稳定而准确，配出彩色也较多。,2.选定三原色的单位量 等能白：SE Red Green Blue Mixture nm 700 546.1 435.8 单位量（流明） 1.0000 4.5907 0.0601 1 Red unit = R = 1.0000 cd/m2

3、;（lR） 1 Green unit = G = 4.5907 cd/m2 ; （lG） 1 Blue unit = B = 0.0601 cd/m2 . （lB） （亮度比和光通量比是等效的）,例题,3. 求出光源的光谱分布，并求出各个波长的单色光的辐射强度。 E380，E390，E400， 4. 求出各个 波长单色光的 三原色分量。 CE380=C380 E(380) CE390=C390 E(390) CE400=C400 E(390) . . . CE780=C780 E(780),5. 把光谱中所有波长的三原色光分量叠加（积分）就得到该光源的刺激值。,例题,一个单位的颜色（C）的色品

4、只决定于三原色的刺激值各自在R+G+B总量中的相对比例，此比值叫做色品坐标，用符号r、g、b表示。,且 r+g+b=1，则可得,单位方程,r,g,三、色品坐标,例题,负值出现的物理意义： 当投射到半视场的某些光谱色，用另一半视场的三原色来匹配时，不管三原色如何调节都不能使两半视场颜色达到颜色匹配，只有在光谱色的半视场内加入适量的三原色之一才能达到颜色匹配，加在光谱色半视场的原色就用负值来表示。,光谱三刺激值,RGB三刺激值的缺点,在CIE1931 RGB系统的基础上改用三个假想的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值，定名为“CIE l93l标淮色度观察者光谱三刺激值

5、”，简称为CIE 1931标准色度观察者”。这一系统叫做“CIE 1931标准色度系统” 。,ClE1931标准色度系统,用相等数量的三原色刺激值匹配出等能白E来定各原色刺激值单位。等能白点在r - g坐标系统内为,r0.3333, g0.3333,在x - y坐标系统内为,x0.3333, y0.3333,知道了三原色和等能白点在r g坐标系和x y坐标系中的位置后，经过坐标转换，可求得XYZ系统和RGB系统三刺激值之间的转换关系式,RGB和XYZ坐标转换：,同样经过坐标转换，也可以找到它们之间的色品坐标转换关系式,CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线图,由于在XYZ选择原色时就考

6、虑到只有Y值既代表色品又代表色度，而X，Z只代表色品，所以 函数曲线与明视觉光谱光效率V()一致。,由光谱分布P()可得色度的三刺激值。,x（），y（）z（）CIE1931光谱三刺激值,用如图装置，在数字电压表1、2上直接读出色度值x和y。 原理：光线经过多层有色玻璃滤色片后，在光电池上产生的光电流Ix、Iy、Iz的比值正比与三刺激值X、Y、Z。,电流电压转换器,毛玻璃,积分放大器,漫射型白漆,滤色片与 光检测器,Ix,Iy,Iz,二、 色度图,x+y+z=1,图1-22 CIE色度图,三. 主波长和颜色纯度,颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜色的色调。 在CIE色度图上分别标出颜色样品和

7、光源的色度点（即色度坐标），连接两点做一直线，并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的主波长。 样品的颜色接近主波长光谱色的程度，称为该样品颜色的颜色刺激纯度（兴奋纯度） 。 色度图上，用光源点到样品色度点的距离与光源点到主波长色度点（或补色波长色度点）的距离的比率来表示色彩的饱和度），简称纯度 。,如图， M和O分别为样品颜色（M）和CIE光源C的色度点，连接两色度点，其直线的延长线与光谱轨迹相交与519.4nm处，519.4nm就是样品M的主波长。,图1-23 主波长计算示意图,O：光源色度点 M：样品色度点 L：M的主波长色度点,纯度：,图1-24 纯

8、度计算示意图,例：图中，颜色（M）的色度坐标为（x=0.223、y=0.503），光源O的色度坐标为（x0=0.310、y0=0.316），求颜色（M）在光源O的照射下的兴奋纯度。,样品颜色（M）的主波长519.4nm 查等能光谱轨迹色度坐标表，光谱色519.4nm的色度坐标值约为：y=0.834 则有：,即样品颜色（M）的兴奋纯度为36.1,BACK,图1-25 例题,四. 色温 黑体轨迹上的各点代表不同温度的黑体的光色，温度由接近1000K开始升高时，颜色由红向蓝变化。因此人们就用黑体对应的温度表示它的颜色。当某种光源的色品与某一温度下的黑体色品相同时，则将黑体的温度称为此光源的色温。,图

9、1-26 黑体轨迹示意图,相关色温 当某种光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近，或者说在色品图上相差距离最小时，用该黑体的温度表示此光源的色温称为相关色温。,1-27 黑体相关色温示意图,颜色宽容度： 在色度图上，把人眼感觉不出颜色变化的范围称为颜色宽容度。宽容度大小反映出人眼的色品分辨力。 在CIE-1931xy色度图的不同位置上，颜色的宽容量不一样，如蓝色部分宽容量最小，绿色部分最大。,CIE-1931xy色度图的缺点,1960年CIE制定了均匀色度标尺图，简称CIE1960UCS图。利用CIE 图表示色差，在视觉上获得差别大致相等的不同颜色，在空间上也大致相同。 UCS图可由CIE

10、1931色度图转换过来，其中x、y和u、v之间的互换公式为：,均匀色标制,CIE1960UCS颜色宽容量线段图,CIE 1960 UCS色度图,均匀色度图下的黑体轨迹曲线,色温计算步骤,1. 将测量得到的LED器件色度坐标（x，y）换算成均匀色度图坐标（u，v）。 2. 查色温表得到坐标（u，v）两边等色温线有关数据，若（u，v）正好落在黑体轨迹或某条相关色温线上，则该落点对应的温度即为被测器件色温。 3. 若（u，v）落在两条色温线之间，用内插法分别求出1、2。,普朗克轨迹,相邻等色 温线交点,CIE照明体,CCT等色温线i,CCT等色温线i+1,2,1,被测光源色度坐标,图1-30 相关色

11、温（CCT）计算图,普朗克轨迹,相邻等色 温线交点,CIE照明体,CCT等色温线i,CCT等色温线i+1,i,i+1,被测光源色度坐标,图1-30 相关色温（CCT）计算图,x,首先用与上述方法类似的步骤查表找到与光源色坐标S ( u , v ) 最近邻的两条等温线T1和T2 ,设两色温线与黑体色轨迹的垂足分别为D1 ( ub1 , vb1) 、D2 ( ub2 , vb2) 。从光源色温坐 标点S ( u , v) 向D1 、D2 做垂线,设垂足为D ( ub , vb)。 设L 1 = DD1 , L 2 = DD2 ,根据下面的内插方法可计算出过垂足点D ( ub , vb) 的等色温线

12、Tc :,六、色差和显色指数,1、 色差：两种颜色的差值。 2、显色指数：物体在光源照明下所呈现颜色的真实性。 测量方法：把待测光源照射在标准样品上，观察标准样品的反射光谱就可以计算样品反射所显示的颜色。再把标准照明体照射在物体上，得到标准反射光谱或标准颜色，计算两种颜色的色差可以表示显色指数。,3. CIE l964 均匀颜色空间,用明度指数W*、色度指数U*和V*三个参数来表示颜色的空间位置： W* = 25 Y1/3 17 （1Y100） U* = 13 W* (u - uo) V* = 13 W* (v - vo) 式中：u 和v是LED器件发光光谱在CIE l960 均匀色度空间的色

13、度坐标， uo和vo则是标准等能白光光源在CIE l960 均匀色度空间的色度坐标。,CIE1964 WUV色差公式,在CIE l964 均匀颜色空间中的两个颜色（ U*1 V*1 W*1）和（ U*2 V*2 W*2）色差为： E uv = (W* )2 + (U* )2 + (U* )21/2 U*= U*1 U*2 V*= V*1 V*2 W*= W*1 W*2 色差单位： E =1NBS单位（最佳条件下人 眼恰可察觉色差的5倍）,标准照明体是指特定的光谱功率分布，这种标准的光谱功率分布不必由一个光源直接提供，也不一定能真正地实现。,标准光源是符合标准照明体规定的光谱功率分布的物理发光体

14、。CIE先用相对光谱功率分布定义了标准照明体，同时还规定了标准光源，以实现标准照明体的相对光谱功率分布。,4. 显色指数,（a）选择标准照明体和色样,CIE标准照明体：,标准照明体A:代表绝对温度2856K的完全辐射体(黑体)的辐射。它的色度坐标点落在CIE1931色度图的黑体轨迹。,标准照明体B：代表相关色温大约为4874K的直射日光，它的光色相当于中午的日光，其色度点紧靠黑体轨迹。,标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光。它的光色近似阴天天空的日光，其色度点位于黑体轨迹的下方。,标准照明体D：代表各种时相的日光的相对光谱功率分布，又名典型日光或重组日光。,Illuminant

15、 D65 Daylight,Illuminant A Incandescent,Illuminant F2 Cool White Fluorescent,色样,八个标准色样： 六个特殊色样。 国家标准：第十五个特殊色样。,（1）测得待测LED的光谱分布P（）以及色度坐标xk，yk。 （2）计算待测LED器件在均匀色空间中的色度坐标uk，vk。 （3）算出被测LED器件的相关色温Tc。 （4）根据相关色温选择最接近相关色温的参比施照体（标准照明体）。当色温地域5000K时，以普朗克辐射体作为参照光源，当色温高于5000K时，以标准照明体D作为参照光源。,计算步骤一,（5）计算选定的参比施照体的光

16、谱分布。 （6）由待测LED的光谱分布和114 号颜色样品的反射系数（光谱辐射亮度因数）, 计算待测光源下114 号色样的色度坐标xk,i , yk,i, 并求相应uk,i, vk,i。 （7）对选定的参比施照体，查表求得色度参数ur，vr，cr，dr。并利用样品反射系数求得色样在参比施照体下的均匀颜色空间坐标U*r,i，V*r,i，W*r,i。,计算步骤二,（8）由转换公式，代入待测LED的uk和vk，求出ck和dk。而代入待测LED下的色样的uk,i和vk,i。求出ck,i和vk,i。,计算步骤三,（9）由下式计算色样的适应色位移uk,i和vk,i。 。,计算步骤四,（10）由uk,i和vk,i。计算待测LED的Uk,i，Vk,i，Wk,i。 （11）按色差公式求出待测LED和参比施照体的色差,计算步骤五,（12）由下式计算特殊显色指数Ri。 Ri