色度学介绍

1PDOPT2相关定义1颜色视觉2CIE标准色度学系统3色温及标准照明体的定义43色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的理论与技术的科学色彩感知光源（Light）物体（Object）观察者（Observer）4光通量—按照CIE规定的人眼的视觉特性来评价的辐通量。单位：流明（lm）光强度—点光源在给定方向上，单位立体角内发射的光通量。单位：坎德拉（cd）光照度—投射在单位面积上的光通量。单位：勒克斯（lx）光亮度—离开、到达或者穿过某一表面，单位立体角、单位投影面积上的光通量。单位：尼特（nit）亮度常用单位(nit)1nit=1cd/m2=1lm/m2/srsr—球面度(steradian)Ω(solidangle)=A/r2lwatt=683lm(lumen)at555nm56非彩色是指白色、黑色和各种深浅不同的灰色。白色、黑色和灰色对光谱各波长的反射没有选择性，它们是中性色。彩色是指白黑系列以外的各种颜色。颜色非彩色彩色7彩色的三种特性明度：彩色光的亮度愈高，人眼就愈感觉明亮，即有较高的明度色调：光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉，物体的色调决定于辐射的光谱组成和物体表面所反射（透射）的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。饱和度：表示彩色的纯洁性，可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。8孟塞尔标号：HV/C=色调明度值/彩度9把两个颜色调整成视觉上相同或相等的方法称之颜色匹配以三原色R(700nm)；G(546.1nm)；B(435.8nm)匹配等能白光(匹配相同能量各波长的光谱色)10Ｃ*代表被匹配的颜色，以[R]，[G]，[B]分别代表产生混合色的红，绿，蓝三原色，又以R，G，B分别代表红，绿，蓝三原色的数量（三刺激值），颜色方程为Ｃ*≡R[R]+G[G]+B[B]如果被匹配的颜色很饱和，用红，绿，蓝三原色实现不了匹配，这种情况下可把一种原色加到被匹配的颜色上，再用另外两原色进行匹配，这一颜色关系可用下式表示：Ｃ*+R[R]≡G[G]+B[B]这一方程在色度学中写成：Ｃ*≡－R[R]+G[G]+B[B]匹配相等能量(等能)光谱色的三原色数量叫做光谱三刺激值，用表示。bgr,,11在色度学中，我们不直接用三原色数量来表示颜色,而是用三原色各自在Ｒ＋Ｇ＋Ｂ总量中的相对比例来表示颜色，即色度坐标BGRBbBGRGgBGRRr,,GRB(R,G,B)(r,g)(0,1,0)(1,0,0)(0,0,1)因为r+g+b=1,所以只用r和g两个坐标即可表示一个颜色某一颜色C*的一个单位(C)≡r(R)+g(G)+b(B)12根据格拉斯曼颜色混合的代替律，可以得到颜色相加原理为：R3=R1+R2，G3=G1+G2，B3=B1+B2一个任意光源的三刺激值应等于匹配该光源各波长光谱色的三刺激值之和，即：R=ΣR(λ)ΔλG=ΣG(λ)ΔλB=ΣB(λ)ΔλdbSkBdgSkGdrSkR)()()()()()(13CIE1931RGB系统规定的三原色是700nm(R),546.1nm(G),435.8nm(B))(),(),(bgr1931CIE-RGB系统标准光谱三刺激值曲线这一组函数叫做“1931CIE-RGB系统标准光谱三刺激值”,简称为“1931CIE-RGB系统标准观察者”。14bgrbbbgrggbgrrr光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系为15建立1931CIE-XYZ系统是基于以下三点考虑:一、避免RGB系统中光谱三刺激值和色度坐标出现负值.则需另外选择三个原色,这三个原色所形成的三角形色度图能包括整个光谱轨迹.二、光谱轨迹540-700nm在RGB色度图上基本上是一段直线,新的XYZ三角形的XY边应与这段直线重合,YZ边应尽量与光谱轨迹短波部分的一点(503nm)靠近.这是使光谱轨迹内的真实颜色尽量落在XYZ三角形的较大部分空间。三、规定(X)和(Z)的亮度为零,XZ线称为无亮度线(alychne),无亮度线各点只代表色度,没有亮度.但Y既代表色度也代表亮度。16光谱轨迹以及连接光谱轨迹两端所形成的马蹄形内包括一切物理上能实现的颜色,原色点的色度是假想的.Y=0的直线是无亮度线某一颜色离开C(或E)点接近光谱轨迹的程度表明它的纯度，愈靠近愈不纯，愈远离愈纯，光谱轨迹上颜色的饱和度最高.CIE1931XYZ色度图(颜色三角形)17各曲线所包括的总面积分别用X,Y,Z代表CIE1931标准观察者等能光谱各波长的总量是相等的，都是21.371.这表明一个等能光谱的白光是由相同数量的X，Y，Z组成.曲线被调整刚好符合明视觉光谱光效率函数V(λ)，即(λ)=V(λ)，因此它可以计算一个颜色的亮度特征.zyx,,zyx,,yyCIE1931标准色度观察者光谱三刺激值1819为了适合10°大视场的色度测量，CIE在1964年又另规定一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”两者之光谱三刺激值略有不同形状相似,但相同波长光谱色位置不同20色度坐标光谱轨迹主波长补色波长纯度(a/a+b)中间色互补色21dzkZdykYdxkX)()()()()()(1.加权坐标法颜色三刺激值的标准方程：上式中的φ(λ)，对于照明体或光源是它们的相对光谱功率分布，即φ(λ)=s(λ);对物体色，φ(λ)是照明体或光源的相对光谱功率分布s(λ)与物体的光谱透过率τ(λ)，或物体的辐亮度因子β(λ)，或物体的光谱反射率ρ(λ)之乘积，即)()()()()()()()()(sss22人眼感觉不出颜色变化的范围莱特和彼得实验发现：人眼对不同波长的颜色的宽容量不一1931CIE色度图为不均匀色度空间23光谱轨迹的波长非等距,所以各线段长度无法代表波长范围绝对值的大小；即在相等空间上，其视觉效果上并非等差,故不能正确反映颜色的视觉效果24颜色空间均匀性较1931CIE-XYZSYSYEM佳(但并非三维空间结果)ZYXYvZYXXu3156315425加入明度考虑212*2*2*000**0**31*:.),(31563154)(13)(131001,1725UVWEvuZYXYvZYXXuvvWVuuWUYYW定義色差公式為光源色座標26CIE1976(L*u*v*)空间对CIE1964（U*V*W*）空间做了三方面的修正：（1）CIE1964（U*V*W*）空间中的W*式没有包括完全反射漫射体白物体色刺激的亮度因子Y0；（2）L*式中的17改为16，目的是当Y=100时，可使L*=100；（3）改变了（u，v）坐标中的v坐标，v’=1.5v，而u坐标保持不变u=u’27适用于量测物体表面,色空间均匀性较L*u*v*System佳310310*310310*0310*20050001.0,16116ZZYYbYYXXaYYYYL212*2*2*******:,,baLbaLEbaLCIE色差計算為米制單位28黑体：在辐射作用下既不反射也不透射，而能把辐射全部全部吸收的物体．图为黑体在不同的温度下的功率分布29黑体不同温度的光色变化在CIE1931色度图上形成的一个弧形轨迹叫普朗克轨迹或黑体轨迹.色温：把黑体加热到不同温度所发出的不同光色来表达一个光源的颜色，称作光源的颜色温度把黑体轨迹划分为许多视觉可分辨的单位，叫做麦勒德mired(μrd)麦勒德=1/色温×106黑体不同温度的色度轨迹30相关色温：光源色度坐标并未恰好落于黑体轨迹上时，仅能采用与黑体轨迹最接近的颜色等温线垂直于黑体轨迹,黑体轨迹上的各麦勒德点是等距的,代表相等的颜色差别CIE1960UCS图上按10麦勒德间隔分布的等相关色温线31等温线以不同的角度与黑体的轨迹交叉,黑体轨迹上的各麦勒德点则是不等距的,1个麦勒德点在不同色温时代表不同的色温度数。CIE1931色度图上按10麦勒德间隔分布的等相关色温线32“光源”是指能发光的物理辐射体，如灯，太阳和天空；“照明体”是指特定的光谱功率分布。这一光谱功率分布不是必须由一个光源直接提供，也不一定能用光源来实现。所有的光源可以规定为照明体，但是所有的照明体不能看成是光源。标准照明体A：绝对温度大约为2854K完全辐射体的光，它的色度坐标点在CIE1931色度图的黑体轨迹上；标准照明体B：代表相关色温大约为4874K的直射阳光，它的光色调当于中午阳光，其色度点紧靠黑体轨迹；标准照明体C：代表相关色温大约在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D65：相关色温为6500K的日光时相，它的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以外的其他日光时相。33