《光度学与色度学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光度学与色度学（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 2-1 选定三原色选定三原色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、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、容易实现CIE确定：确定： RedRed Green BlueBlue nm 700 546.1 435.8为标准三原色为标准三原色w这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出來。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。而准确，配出彩色也较多。2 CI
2、E标准色度学系统2-2 选定三原色的单位量选定三原色的单位量匹配等能白：匹配等能白：匹配等能白：匹配等能白：S SE E RedRed Green Blue Blue Mixture波长（波长（ nm） 700 546.1 435.8单位量（单位量（ cd/m2） 1.0000 4.5907 0.0691 5.65081 Red unit = R = 1.0000 cd/m2 ;1 Green unit = G = 4.5907 cd/m2 ;1 Blue unit = B = 0.0691 cd/m2 .（亮度比和光通量比是等效的）（亮度比和光通量比是等效的） 2-4 等能白光的光谱色品坐标
3、 在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、G、B来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B总量的相对比值表示颜色，即。色度坐标色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。对等能白光的光谱色而言，其色度坐标为： 由此即可得出由此即可得出 ：r+g+b=1即色品坐即色品坐标标rgbrgb中中只有兩只有兩个独立个独立因此可用二維空因此可用二維空间间表示彩色光的色品。表示彩色光的色品。对于等能对于等能白光白光R=G=B=1R=G=B=1因此因此等能等能白光的色坐白光的色坐标为标为r=g=b=1/3r=g=b=1/32-6由相对光谱功率分布求任一颜色的三刺激值如如果果已已知知色色光光C的的光光谱谱功功率率
4、分分布布，怎怎样样来来确确定定它它的的三三刺刺激激值值及及色色度坐标呢？度坐标呢？设：颜色设：颜色CE光谱功率分布为光谱功率分布为E( )，（如下图），（如下图）由颜色的混合规律：由颜色的混合规律： CE=CE380+CE390+CE400+CE780而而 ： CE380=C380 E(380) CE390=C390 E(390) CE400=C400 E(390) . . . CE780=C780 E(780)E()(nm)380 390 400380 390 400780C380 C390 C780CE390CE380CE780CE400C400求任一颜色的三刺激值结合：代入：CE=CE3
5、80+CE390+CE400+CE780并考虑E()所对应的波长间隔 得：求任一颜色的三刺激值由CE=RE（R）+GE（G）+BE（B）所以颜色CE的三刺激值为： 其色品坐标为：求任一颜色的三刺激值所以根据CIE1931-RGB标准色度观察者如果已知任一颜色的光谱功率分布就可以计算出该颜色的三刺激值和色品坐标这样就实现了颜色的“量化”表示，从而建立了颜色评价的“客观”标准3 CIE1931-XYZ标准色度学系统3-1 CIE1931-RGB标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色度观察者的转换RGBRGB系系统统在某些在某些场场合下合下例如被匹配顏色的例如被匹配顏色的饱饱和度很高時和度很高
6、時三色系三色系数数就不能同就不能同时取时取正正而且由于三原色都而且由于三原色都对对混合色的亮混合色的亮度有度有贡献贡献当当用顏色方程計算用顏色方程計算时时就很不方便。就很不方便。希望有一希望有一种种系系统统能滿足以下的要求能滿足以下的要求(1)(1)三刺激值均三刺激值均为为正正(2)(2)某一某一原原原色的刺激值原色的刺激值正好代表混合色的亮度正好代表混合色的亮度而另外而另外两两种种原色原色对对混合色的亮度沒有混合色的亮度沒有贡献贡献。(3)(3)当当三刺激值相等三刺激值相等时时混合光仍代表混合光仍代表标标准准( (等能等能) )白光。白光。这样这样的系統在以的系統在以实际实际的光譜色的光譜色
7、为为三原色三原色时时是找不到的是找不到的于是于是就出現了以假想色就出現了以假想色为为三原色的三原色的XYZXYZ表色系統。表色系統。 亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。XYZ假想三原色的由来：假想三原色的由来：色度坐标的转换三条直线在RGB系统中的直线方程：XZ直线为无亮度线。即： 1.0000r+4.5907g+0.0601b=0又由： r+g+b=1, 代入上式得： 0.9399r+4.5306g+ 0.0601=0XY直线为： r+0.99g-1=0YZ直线为：1.45r+0.55g+1=0X、Y、Z 三点在rg
8、图中的坐标是：X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279Z：r = - 0.7431，g = 0.1409，b = 1.6022 在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标也为： xE = 0.3333，yE = 0.3333。 3 CIE1931-XYZ标准色度学系统3-1 CIE1931-RGB标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色度观察者的转换RGBRGB系系统统在某些在某些场场合下合下例如被匹配顏色的例如被匹配顏色的饱饱和度很高時和度很高時三色系三色系
9、数数就不能同就不能同时取时取正正而且由于三原色都而且由于三原色都对对混合色的亮混合色的亮度有度有贡献贡献当当用顏色方程計算用顏色方程計算时时就很不方便。就很不方便。希望有一希望有一种种系系统统能滿足以下的要求能滿足以下的要求(1)(1)三刺激值均三刺激值均为为正正(2)(2)某一某一原原原色的刺激值原色的刺激值正好代表混合色的亮度正好代表混合色的亮度而另外而另外两两种种原色原色对对混合色的亮度沒有混合色的亮度沒有贡献贡献。(3)(3)当当三刺激值相等三刺激值相等时时混合光仍代表混合光仍代表标标准准( (等能等能) )白光。白光。这样这样的系統在以的系統在以实际实际的光譜色的光譜色为为三原色三原
10、色时时是找不到的是找不到的于是于是就出現了以假想色就出現了以假想色为为三原色的三原色的XYZXYZ表色系統。表色系統。 亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。XYZ假想三原色的由来：假想三原色的由来：色度坐标的转换三条直线在RGB系统中的直线方程：XZ直线为无亮度线。即： 1.0000r+4.5907g+0.0601b=0又由： r+g+b=1, 代入上式得： 0.9399r+4.5306g+ 0.0601=0XY直线为： r+0.99g-1=0YZ直线为：1.45r+0.55g+1=0X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是：
11、X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279Z：r = - 0.7431，g = 0.1409，b = 1.6022 在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标也为： xE = 0.3333，yE = 0.3333。 色度坐标的转换由此得到RGB系统和XYZ系统三刺激值的转换关系为X=2.7689 R+1.7517 G+1.1302 BY=1.0000 R+4.9507 G+0.0601 BZ=0.0000 R+0.0565 G+5.5943 B色品坐标r(),g()
12、,b()与x()y()z()转换关系为3-2 系统的光谱三刺激值依据光谱三刺激值与色品坐标之间的关系有并且国际照明委员会规定：CIE1931XYZ系统的Y()与光谱光视效率V（）相一致：所以有：由CIE1931XYZ系统色品图可知： 光谱轨迹曲线以及链接光谱轨迹两端的直线所构成的马蹄形内，包含了所有物理上能实现的颜色（只要选取适当的原色） 人的视觉不能区分700770nm的光谱色的差别，所以他们有相同的色品坐标点。 540700nm的光谱轨迹基本上与XY直线重合，所以用540nm和700nm的光谱色可以匹配出他们之间的饱和度较高的光谱色链接400nm 与700nm两点的连线称为紫线，是由400
13、nm 与700nm的光谱色按不同比例混合的颜色 Y=0的直线（XZ),是无亮度线，靠近这条线的坐标点表示较低的视觉亮度，色品图表示，在相同的辐射能量下，蓝紫色的可视亮度较低 色品图的中心为白色（灰色）区域，所以越靠近中心的颜色饱和度越低，经过中心白色点直线连接的颜色互为补色。5 CIE色度计算方法5-1 光源色的色度计算：如果已知光源的相对光谱功率分布为P（）则该光源的颜色三刺激值按下式计算： 其中： 为归化系数，其物理意义是将光源的Y值调整到100.即该光源的色度坐标为：注意：Y=100 是光源的归化亮度，不是光源的实际亮度（由相对光谱功率分布不能求出光源的实际亮度），光源的实际亮度应有光源
14、实际的光谱功率P()分布算出：需要用积分球测量5-2 物体色的色度计算：设照亮物体的光源的相对光谱功率分布为p()不透明物体的表面光谱反射比()透明物体的光谱透射比()则：进入人眼睛的相对光谱功率分布（颜色刺激函数）为 p() ()（反射体），或p() ()（透射体）其颜色三刺激值分别为：其中因此或分别代表物体反射或投射光源亮度的百分比该物体色的色度坐标为则该物体色的色度坐标与亮度表示为（x, y）Y注：1、在计算中根据具体要求使用CIE1931标准色度观察者或者 CIE1960标准色度观察者2、按计算精度要求取10nm,5nm或1nmC1 : Y1 （ 亮度）亮度） 色坐标色坐标 x1 ,
15、y1 C2 : Y2 （ 亮度）亮度） 色坐标色坐标 x2 , y2C3 : 色光色光C1和和C2相加相加求：求：x3、y3、Y3 颜色混合计算 5-3 色光相加(计算法)5-3颜色相加计算1.混合色的三刺激值等于参混色的三刺激值之和： 若有：C1（X1、Y1、Z1）， C2（X2、Y2、Z2） C（X、Y、Z）= C1+ C2 则： X= X1+ X2 , Y= Y1+ Y2 , X= Z1+ Z22.混合色的色品坐标与参混色的色品坐标之间没有线性叠加关系 若 已知参混色的色品坐标和亮度 （x、y、Y） 则需先计算出各自的三刺激值，然后相加： 由： X/x=Y/y=Z/z=X+Y+Z, x+
16、y+z=1 得：X=xY/y Y=Y Z =zY/y =(1-x-y) Y/y 例：（P70、P72) 混合色的色坐标计算：混合色的色坐标计算：因为：因为： x/X = y /Y =X+Y+Z z=1-x-yC1 : X1= Y1x1/y1 , Z1= Y1 z1/y1 = Y1（1-x1-y1）/y1 C2 : X2= Y2x2/y2 , Z2= Y2 z2/y2 = Y2（1-x2-y2）/y2 C3 : X3 =X1+X2 Z3 =Z1+Z2 Y3 = Y1+Y2 x3=X3/(X3+Y3+Z3) y3=Y3/(X3+Y3+Z3)CIE l964 均匀颜色空间 用明度指数W*、色度指数U
17、*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是颜色样品在CIE l960 均匀色度空间的色度坐标， uo和vo则是所采用光源在CIE l960 均匀色度空间的色度坐标。 CIE1964 LUV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 + (V* )212 U*= U*1 U*2 V*= V*1 V*2W*= W*1 W*2色差单位： E
18、=1为1NBS单位（最佳条件下人 眼恰可察觉色差的5倍）一般允许色差：涂料：1 NBS单位，纺织品： 2 NBS单位，彩电：45 NBS单位CIE l976 L*u*v*均匀颜色空间( CIELUV ) L* = 116 (Y / Yo )1/3 - 16 ( Y / Yo 0.008856 )L* = 903.3( Y/ Yn) ( Y/ Yn 0.008856 )L* = 903.3( Y/ Yn) ( Y/ Yn 0.008856 ) f(x) = 7.87x - 16/116 ( x 0.008856 )CIE 1976 a,b 色调角 hab 、彩度 C*ab tg hab = b*
19、/a* C*ab = ( a*2 + b*2 ) 1/2 （坐标原点到色坐标点的距离）CIE1976LAB色差公式在CIE l976Lab 均匀颜色空间中的两个颜色（ L*1 a*1 b*1）和（ L*2 a*2 b*2）色差为： E 2 uv = (L* )2 + (a* )2 + (b* )2L*= L*1 L*2 a*= a*1 a*2b*= b*1 b*2 3-1 光源的光谱功率分布（1）光谱功率分布：一种光源所发射的光谱往往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。光源的光谱辐射按波长顺序和各波长功率分布称为光源的光谱功率分布。（2）绝对光谱功率分布曲线和相对光谱功率分布曲
20、线：前者指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲线；后者指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功率分布曲线。（3）连续光谱、线状光谱、混合光谱：由红到蓝各种色光在内的连续彩色光带称连续光谱；在整个光谱区域中某几个波长处发生狭窄的光谱称为线状光谱；在连续光谱中附上一些突出的线光谱称为混合光谱。（4）绝对黑体和全辐射体：能够完全吸收入射在其上的辐射能并产生辐射的理想物体。（5）黑体的色度轨迹黑体的光谱功率分布是温度与波长的函数，如果已知黑体的绝对温度，其光谱功率分布可有普朗克辐射定律算出。 由光谱功率分布可算出各种温度黑体相应的CIE l
21、931色度坐标，这些坐标在CIE l931色度图上形成的弧形轨迹，称为黑体的色度轨迹。3- 光源的色温和相关色温：光源的色温光源的色温： 某光源的色度与绝对黑体在某一温度下 的色度一样，则这一黑体的温度称为该光源的 色温。相关色温相关色温： 对于色坐标不能准确地落在绝 对黑体轨迹上的光 源，用黑体轨迹上色度坐标与该光源最为相近的黑 体的温度表示光源的色温，称为相 关色温。 色温与相关色温主要描述光源发出的光色，并不表 示光源的实际温度例如： 色温高说明蓝 绿光成分多，色温低说明黄红光成分多，3- CIE 标准照明体与标准光源为了给颜色的观察与测量建立统一的标准，CIE推荐了五种标准照明体A、B
22、、C、D、E和三种标准光源A、B、C。1 1、CIECIE标准照明体标准照明体标标准准照照明明体体：指一定的光谱功率分布，这种标准的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接提供，也不一定能用一个光源来实现。标准照明体A：相当于绝对黑体在加温到2856 K时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可根据普朗克辐射定律计算： 标准照明体A色度点正好落在CIE l931色度图的黑体轨迹上。 1、CIE 标准照明体 标准照明体B：相当于相关色温4874 K的直射阳光，光色相当于中午阳光，其色度点紧靠黑体轨迹 由于不准确，现已废除。标准照明体C：相当于相关色温为6774 K的平均阳光，光色近似阴天天空的日光，其
23、色度点在黑体轨迹上方。 标准照明体D65：相当于色温约为6504K的日光，其色度点在黑体轨迹的上方。标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其他日光。标准照明体E：（人为规定）可见光区内光谱辐射功率恒定的光-称等能光谱、或等能白光。（其光谱光度分布于视见函数相符）现在最常用的标准照明体是A和D 查表可得常用标准照明体的光谱功率分布4.2 同色异谱评价4.2.1 颜色的同色异谱概念同色同谱色：两个物体具有完全相同的光谱分布曲线。同色异谱色：对于特定标准观察者和特定照明体，具有不同光谱分布而有相同三刺激值的颜色。 一对同色异谱颜色应满足以下条件：一对同色异谱颜色应满足以下条件：第五章 颜色测量和测
24、色仪器5-2测色方法综述测量方法：目视法、光电积分法、分光光度法。1、目视法：在某种规定的CIE标准光源下（如标准光源A、D65或“北窗光”等）利用人眼的观察对颜色样品和标准颜色直接进行比对。 要求操操作作人人员员具具有有丰丰富富的的颜颜色色观观察察经经验验和和敏敏锐锐的的判判断断力力，即便如此，其测量结果仍然包含了一些人为的主主观观因素因素，而且工作效率很低工作效率很低。 在颜色视觉机理研究中是必须的关键要素：背景场黑色无光泽表面 明度L*=5070 样品与标准有相同的面积，视场不小于2度测色方法综述分光光度法：测定物体反射的光谱功率分布或物体本身的反射光度特性，然后根据光谱测量数据可计算出
25、物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。(1)光谱扫描法：利用分光色散系统对被测光谱进行机械扫描，逐点测出各个波长对应的辐射能量，由此达到光谱功率分布的测量。特点：精度很高，但测量速度较慢。(2) 同时探测全波段光谱法：多通道探测技术：即平行探测法。优优点点：快速、高效，大大降低对测量对象和照明光源的时间稳定性要求，应用快速存取和分组处理，在时间分辨和光谱分辨两者之间实现有益的兼顾。 目前，国际上作为产品真正用于自动配色的颜色测量系统都是采用多通道技术。多通道测色系统的照明光源多通道测色系统的照明光源：脉冲式、直流式脉冲光源：接近D65的脉冲氙灯、高光强、即时精度和重复性高。直流式照明：色温接近A光源的卤钨灯，光源稳定、短波光强低、影响精度。光电积分法：通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线或某一特定的光谱响应曲线，从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。匹配方法：膜版法、滤色片优点：测量速度很快，具有适当的测量精度。缺点：无法测出颜色的光谱组成
