07-CIE1931XYZ标准色度学系统

第七章CIE1931XYZ标准色度系统第七章CIE1931XYZ标准色度系统为什么要建立CIE1931XYZ标准色度系统？7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ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。)(r)(g)(b7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换建立CIE1931XYZ系统主要是考虑到为了避免CIE1931RGB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540nm～700nm在CIERGB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……7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换∵CIE1931RGB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Yc＝0即r+4.5907g+0.0601b＝0，并且r+g+b=1∴0.9399r+4.5306g+0.0601=0即为XZ无亮度线的方程7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ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=07.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ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CIERGB色度图中的坐标是：rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602X、Y、Z即为理想三原色7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换真实三原色R＝700.0nmG=546.1nmB=435.8nmCIE理想三原色rgbX:1.275–0.2780.003Y:-1.7592.767–0.028Z:-0.7430.1411.602参照光源：等能白Se7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换CIE1931XYZ系统和CIE1931RGB系统的色度坐标的转换关系为)1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.990b(+)0.010g(+)0.000r()()1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.010b(+)0.812g(+)0.177r()y()1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.200b(+)0.310g(+)0.490r()x(z7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换1931CIE-XYZ系统中，用于匹配光谱三刺激值的(X)、(Y)、(Z)的数量，称为“CIE1931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、、)(x)(y)(z规定函数与明视觉光谱光效率函V(λ)一致，即7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换)(y)V()(y7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ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：)()()()(1)()()()()()()()()()(yyyxyyzzVyyyxx7.1CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统的转换CIE光谱三刺激值7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ色度图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380～420nm这一段补充的辐通量在视觉上只能够引起微弱的反应。7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ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；7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ色度图任何颜色在色度图中都占有一个确定的位置；7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ色度图靠近补充末端700～770nm的光谱波段范围具有一个恒定的色度值；7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ色度图光谱轨迹540～700nm这一段，在颜色三角形上的坐标是x+y=1，这是一条与XY便重合的直线。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；7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ色度图光谱轨迹380nm～540nm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只内的混合色；7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.1CIE1931XYZ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。7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.2CIE1931Yxy数字表色方法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7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.2CIE1931Yxy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ρ=物体表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0所以亮度因数Y=100ρ7.2CIE1931XYZ色度图与Yxy数字表色方法7.2.2CIE1931Yxy数字表色方法ZYXYyZYXXxYYYyyxZYYYyxX1由物体三刺激值计算Yxy的公式为：由Yxy计算物体三刺激值：7.3CIE1964XYZ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。7.3CIE1964XYZ补充色度学系统1931CIEXYZ系统是在2°视场下实验的结果。因此，只适用于4°的视场范围。由于这一原因，1964年CIE又补充规定了一种10°视场的表色系统，称为“CIE1964补充色度学系统”。这两种系统中的三刺激值和色度坐标的概念完全相似，只是数值不同。7.3CIE1964XYZ补充色度学系统2°和10°视场的三刺激值曲线7.3CIE1964XYZ补充色度学系统2°视场与10°视场xy色度坐标图7.3CIE1964XYZ补充色度学系统101010101010101010101010101010ZYXZzZYXYyZYXXx为了区别起见，在10°视场下的这些物理量均加写下标“10”，可以表示为X10、Y10、Z10、x10、y10、z10。其色度坐标的计算式可写成：且有：x10+y10+z10＝17.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.1光源的光谱相对能量分布分光辐射度计原理图7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.1光源的光谱相对能量分布光谱密度：在以波长λ为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比。ddee/)(光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小。通常光源中不同波长色光的辐射能是随波长的变化而变化的，因此，光谱密度是波长的函数。光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布。7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.1光源的光谱相对能量分布在实用上更多的是以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布，称为相对光谱能量（功率）分布，记为S（λ）。相对光谱能量分布可用任意值来表示，但通常是取波长λ=560nm处的辐射能量为100，作为参考点，与之进行比较而得出的。若以光谱波长λ为横坐标，相对光谱能量分布S(λ)为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.1光源的光谱相对能量分布光源的相对光谱能量分布，决定了光源的颜色特性。也就是说，光源的颜色特性，取决于在发出的光线中，不同波长上的相对能量比例，而与光谱密度的绝对值无关。绝对值的大小只反映光的强弱，不会引起光源颜色的变化。7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.1光源的光谱相对能量分布7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.2物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（1）确定光源及其相对光谱能量分布物体表面的颜色受照射光源的能量分布的影响，因此，在测量物体表面颜色时，应首先说明所使用的光源。如，CIE标准光源A、B、C、D、D65等。7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.2物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（1）反射物体色的三刺激值的计算物体表面的颜色受照射光源的能量分布的影响，因此，在测量物体表面颜色时，应首先说明所使用的光源。如，CIE标准光源A、B、C、D、D65等。7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.2物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（2）确定光源及其相对光谱能量分布dzRSKZdyRSKYdxRSKX)()()()()()()()()(dzRSKZdyRSKYdxRSKX)()()()()()()()()(101010101010101010或7.4物体(印品)色三刺激值XYZ的计算7.4.2物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（3）三色坐标的计算方法yxZYXZzZYXYyZYXXx110101010101010101010101010101010101yxZYXZzZYXYyZYXXx或7.5颜色的客观三属性主波长(DominantWavelength,λd)兴奋纯度(ExcitablePurity,Pe)亮度因数(LuminanceFactor,Y%)7.5.1主波长在x,y色度图中,将光源的色度点与样品色的色度点用一直线相连,并从样品色色度点向外延伸与光谱轨迹相交,这一点处的波长就是样品色的主波长。注意：对于品红色区颜色的主波长，由于无品红光谱色，所以，用其反向延长线交点主波长的负值表示,称为补色主波长。7.5颜色的客观三属性7.5.2兴奋纯度颜色的兴奋纯度是指该颜色接近同一主波长的程度。在x,y色度图的样品色主波长线上，用光源色度点至样品色度点的距离与光源色度点至光谱色度点的距离比值的百分比来表示。)|yy||xx|(yyyy)|yy||xx|(xxxxP00000000e时当时当