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1、第五章 色度学系统,描述颜色的方法： 显色系统表示法 混色系统表示法,5.1 颜色匹配,转盘实验 色光匹配,转盘实验,色光匹配,颜色匹配的恒常性： 1.颜色匹配不受眼睛预先的受光量的影响 2.颜色匹配不受照明水平的影响。,C=R（R）+G（G）+B（B）,其中C 表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色光；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“”表示视觉上相等，即颜色匹配。,配色方程,BUT!,当待配色为单色光，其饱和度很高，而三原色光混合后饱和度必然降低，无法和待配色实现匹配。为了实现颜色匹配，在实验中须将上方红、绿、蓝一侧的三
2、原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使上下色光的饱和度相匹配。,负刺激值,例如，将蓝原色移到待配色一侧，实现了颜色匹配：,则颜色方程为:,因此，待配色:,所以 三刺激值出现了负值,C+B（B）=R（R）+G（G）,C=R（R）+G（G）- B（B）,这一实验方法和实验结果是现代CIE标准色度学系统的定量基础，也是工业上颜色标定、测量和计算的原始依据。,5.2 色度学系统及三刺激值,色度学是从物理学（物理光学）和生理学的角度来研究色彩的本质的一门科学，色度学是研究颜色测量和颜色视觉的一门综合科学。色度学也是研究色彩的数字化的科学。 国际照明委员会 (CIE) 规定的颜色测量原理、基本数
3、据和计算方法，称做CIE标准色度学系统。CIE标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色。,国际照明委员会,CIE是International Commission on Illumination的简称，中文名称是“国际照明委员会”（CIE源于法语Commission Internationale de lEclairage），它成立于1913 年是一个国际非盈利性组织，它主要致力于关于光源的科学技术与艺术的国际间的信息交流与合作。它的任务是：为各成员国提供关于光源和照明的国际论坛；在光源和照明领域开发基本的标准和度量程序；为开发关于光源的国际国家标准及其应用提供帮助；发布标准、报
4、告和其它出版物；和其它相关的国家组织保持联系和技术交流。 CIE分为八个分部，各种技术活动是在各个分部中展开，这八个分部为视觉和颜色、光线和辐射的测量、内部环境和照明设计、传输交通中的照明和信号、外部照明及其它应用、光源的外貌（1999年撤销）、图像技术。在各分部内，根据具体的技术问题，还成立了技术委员会，比如在第一分部（视觉和颜色）成立了TC1-55，主要研究“用于工业色差评价的均匀颜色空间”（Uniform Colour Space for Industrial Colour Difference Evaluation）。,http:/www.cie.co.at/,在颜色匹配实验中，匹配某
5、一颜色所用的三个原色的数量，我们称为三刺激值。 对于不同的波长的单色光，保持单色光的辐射能量相同做匹配实验，这是得到的三刺激值称为光谱三刺激值，用下面符号来表示。,光谱三刺激值记法：,它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为入的等能光谱色C()的颜色方程为：,等能白光：(E白)，当光谱范围内的 所有波长的光都具有相同的辐射功率时所形成白光即为E白，它的相关色 温为5500K。 以辐射能作纵坐标，光谱波长为横坐标，则它的光谱能量分布曲线是一条平行横轴的直线。即：S（）=C（常数）。等能白光分解后得到的光谱称为等能光谱，每一波长为的等能光谱色色光的能量
6、均相等。,三刺激值的计算,色光1的三刺激值：R1,G1,B1 色光2的三刺激值：R2,G2,B2 则混合色光的三刺激值： R=R1+R2 G=G1+G2 B=B1+B2 即混合色的三刺激值等于各组成色的三刺激值之和。（多色混合见公式5-5）,色度坐标,在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在R+G+B总量中的相对比例，我们引入色度坐标r、g、b 实际色度学中用色度坐标来表示颜色。 如颜色 C(r,g,b),若待配色为光谱色，则上式可写为：,光谱色度坐标,匹配标准白光时选择特定波长的三原色光匹配，虽然达到了颜色的匹配，但是三原色光的亮度值不一定是正好相等的，我们规定此时每一种颜色光的亮度
7、值作为一个单位，即三原色的数量定为相等，也就是说三原色比例为1：1：1时，匹配白色光，即 R=G=B 故白色W=0.33(R)+0.33(G)+0.33(B),5.3 CIE1931RGB表色系统,CIE 1931 RGB真实三原色表色系统就是根据莱特(650,530,460)和吉尔德用(630,542,460)三色光分别颜色匹配实验的结果，取其光谱三刺激值的平均值，作为该系统的光谱三刺激值，全部的光谱三刺激值又常称为“标准色度观察者光谱三刺激值”。,三原色的单位量,国际照明委员会（CIE）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm，在颜色匹配实验中，当这三原色
8、光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即(R): (G) :(B) =1:1:1。尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。,真实三原色 R700.0nm G= 546.1nm B= 435.8nm,5.4 CIE1931XYZ标准色度系统,为什么要建立CIE1931XYZ标准色度系统？,真实三原色 R700.0nm G= 546.1nm B= 435.8nm,5.4.1 CIE
9、 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值 、 、 和色度坐标r、g、b均变为正值。,建立CIE 1931 XYZ系统主要是考虑到 为了避免CIE 1931 RGB系统中光谱三刺激值和色度坐标出现负值，就必须在（R）（G）（B）三原色的基础上另外选择三原色，由新的三原色所形成的三角形色度图能够包含整个光谱轨迹 光谱轨迹540nm700nm在CIE RGB色度图上基本上是一段直线 规定（X）和（Z）的亮度为0，XZ线视为无亮度线 ,
10、5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换, CIE 1931 RGB系统中(R)、(G)、(B)三原色的相 对亮度关系是1.0000:4.590:0.0601 某颜色C的亮度方程为： Yc r + 4.5907g + 0.0601b 又 若此颜色在无亮度曲线上，则Yc0 即 r + 4.5907g + 0.0601b0，并且r+g+b=1 0.9399r + 4.5306g + 0.0601=0 即为XZ无亮度线的方程,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,三角形除零亮度线以外的另外两边：选取700nm和540nm两点
11、作为直线上的两点，求得直线方程为： r+0.99g-1=0 另取一条与光谱轨迹波长503nm点相靠近的直线，这条直线的方程是 1.45r + 0.55g + 1=0,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,以上三条直线相交，就得到X、Y、Z三点，这三点在CIE RGB色度图中的坐标是：,X、Y、Z即为理想三原色,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,真实三原色 R700.0nm G= 546.1nm B= 435.8nm CIE理想三原色 r g b X: 1.275 0.278 0.003 Y:-1.759 2.7
12、67 0.028 Z:-0.743 0.141 1.602 参照光源：等能白Se,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,CIE 1931 XYZ系统和CIE 1931 RGB系统的色度坐标的转换关系为,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,1931 CIE-XYZ 系统中，用于匹配光谱三刺激值的(X)、(Y)、(Z)的数量，称为“CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值”，也叫做“CIEl931标准色度观察者颜色匹配函数”，简称“CIE
13、标准色度观察者”或“颜色匹配函数” ，在物体色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。记为 、 、,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,规定函数 与明视觉光谱光效率函V()一致，即,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,光谱色度坐标已知，由下式即可求出光谱三刺激值：,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,CIE 光谱三刺激值,5.4.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换,y=0的直线与亮度没有关系，即无亮度线，光谱轨迹的短波端紧靠这条线，虽
14、然补充短的光的刺激能够引起视觉上的反应，产生蓝紫色的感觉，但是380420nm这一段补充的辐通量在视觉上只能够引起微弱的反应。,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,颜色三角形中心E处是等能白光，又三原色各1/3产生，其色度坐标为：x=0.33，y=0.33，z=0.33。C点的CIE标准光源C的色度坐标点；,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,任何颜色在色度图中都占有一个确定的位置；,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,靠近补充末端700770nm的光谱波段范围具有一个恒定的色度值 ；,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,光谱轨迹540700nm这一段，在颜色三
15、角形上的坐标是x+y=1，这是一条与XY边重合的直线。它表明，在这段光谱范围内的任何光谱色，都可以通过540nm和700nm这两种色光以适当的比例混合而成；,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,光谱轨迹380nm540nm这一段是曲线，在此范围内两种颜色的色光混合，不能够获得两者之间位于光谱轨迹上的颜色，而只能获得光谱轨迹所包含的的面积内的混合色；,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,增加两种颜色的色光的波长间隔，直到这两种色光相混合显示出无色相的白光，则称这两种颜色为互补色。,5.4.2 CIE 1931 XYZ色度图,色度图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征。但是，前面曾
16、经讨论过，色度坐标只规定了颜色的色度，而未规定颜色的亮度，不能够唯一地确定一个颜色,5.4.3 CIE1931 Yxy数字表色方法,所以若要唯一地确定某颜色，还必须指出其亮度特征，也即是Y的大小。我们知道光反射率= 物体表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0 所以亮度因数 Y=100,5.4.3 CIE1931 Yxy数字表色方法,由物体三刺激值计算Yxy的公式为：,由Yxy计算物体三刺激值 ：,5.4.3 CIE1931 Yxy数字表色方法,5.5 CIE 1964 XYZ补充色度学系统,人眼观察物体细节时的分辨力与观察时视场的大小有关。与此相似，人眼对色彩的分辨力也受视场大小的影响。实验表明：人眼用小视场（4）观察颜色时辨别差异的能力较低，当观察视场从2增大至10时，颜色匹配的精度和辨别色差的能力都有增高；但视场再进一步增大时，则颜色匹配的精度提高就不大了。,5.5 CIE 1964 XYZ补充色度学系统,1931
