色彩课程设计

1/26《颜色测量与计算》课程设计一、利用工具软件EXCEL对颜色测量数据进行计算、分析和比较1.实验目的（1）学会使用工具软件进行颜色的测量、计算、分析和比较测量结果；（2）会使用办公软件绘制光谱反射率曲线并了解不同的颜色感觉与光谱反射率的对应关系（3）会用办公软件绘制色品图，并根据不同颜色在色品图中的位置分析颜色特征，了解显示器上不同饱和度的单色色块在色品图上的分布规律。2.实验仪器X-RiteSwatchbook分光光度计、X-RiteMonitorOptimizer色度计、CRT显示器，Colorshop软件、不同颜色的样张3.实验内容（1）用仪器测量反射物体的光谱反射率（2）绘制所测样品光谱反射率曲线（3）绘制反射物体与标准光源S(λ)作用以后的反射光光谱曲线、再与标准观察者函数作用以后的光谱曲线（4）计算D65照明体下样品的三刺激值X,Y,Z和色品坐标x,y，比较不同计算方法（5）绘制CIE-xy色品图，并将所测样品的色品坐标显示在xy色品图中（6）将计算结果与直接测量结果进行比较，进行分析（7）测量显示器最饱和的红、绿、蓝及其不同饱和度梯尺XYZ三刺激值，计算其色品坐标xy和L*a*b*；并标在xy和a*b*图中，查看规律（8）测量显示器上红、绿、蓝分别为（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）的颜色，并标在xy和a*b*图中（9）用测量的皮肤色光谱数据进行颜色测量，比较不同部位的皮肤色差别4.实验结果与分析2/26（1）不同颜色的光谱反射率㈠不同色调颜色的光谱反射率对于非发光物体来说，其色调取决于照明光源的光谱组成和物体自身反射（透射）特性，即由它所形成的光刺激中的光谱分布所决定。所以，由物体的光谱反射率曲线的形状可以大致判断它的色调。由图1-1.1可以看出，实地C的光谱反射峰值在400—550区间，实地M的光谱反射峰值在580—700区间和400—500区间，实地Y的光谱反射峰值在600—700区间。由此可以得出：反射物体吸收红光，反射绿光和蓝光，得到青色颜色感觉；反射物体吸收绿光，反射红光和蓝光，得到品红色颜色感觉；反射物体吸收蓝光，反射红光和绿光，得到黄色颜色感觉。㈡不同明度颜色的光谱反射率0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.9000350400450500550600650700750光谱反射率ρ（λ）波长λ(nm)图1-1.1不同色调颜色的光谱反射率曲线实地C实地M实地Y0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.0000350400450500550600650700750光谱反射率ρ（λ）波长λ（nm）图1-1.2不同明度颜色的光谱反射率曲线Y80Y50Y303/26一般来说，彩色物体表面光反射率越高，所形成的光刺激中能量也越高，对其明度的感觉也就越高。由于光谱分布代表的是辐射能量随波长变化的关系，因此曲线下包围的面积就是该刺激的辐射能量总和，面积越大，辐射能量也越大，在相同的波段内产生的明度感觉也越强。由图1-1.2可看出，三种黄色的明度大小关系为：Y30Y50Y80。由于三者的网点面积率大小关系为：Y80Y50Y30，网点面积率越大，吸收的光越多，反射的光就越少，明度会越低，因此会出现之前所述的明度大小关系。㈢不同彩度颜色的光谱反射率从光谱分布的角度来看，颜色彩度取决于物体的光谱反射（透射）特性，即取决于颜色刺激的波长范围。从图1-1.3可以看出，实地M和M20的的主要波长都分布在600—700区间，而实地M的光谱带较窄，因此纯度就较高，彩度感觉就较高。而M20的光谱带较宽，可以认为是在单色光中加入了一定量的白光，混合光的色调仍然保持与单色光相同，但其彩度会降低。（2）反射物体与标准光源S(λ)作用以后的反射光光谱曲线（颜色刺激函数）、与标准观察者函数作用以后的光谱曲线（锥体细胞颜色响应）㈠不同颜色的颜色刺激函数0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.0000350400450500550600650700750光谱反射率ρ（λ）波长λ(nm)图1-1.3不同彩度颜色的光谱反射率曲线实地MM204/26图1-2.1为D65光源的光谱功率分布曲线，表现了光源的颜色特性。图1-2.2是反射物体与标准光源S(λ)作用以后的反射光光谱曲线（颜色刺激函数），其表示的是物体形成的颜色刺激，是物体对光进行选择性吸收和反射后进入人眼的光的组成成分。由图1-2.2可以看出，在相同光源下，不同颜色的物体具有不同的反射光光谱曲线，将此图与图1-1.1、图1-1.2、图1-1.3相比较，发现与后三者有所区别，说明物体的颜色感觉会随照明光源的不同而变化。本图中使用的标准光源为D65光源，若光源发生改变，则图形随之改变。㈡锥体细胞对不同颜色的响应0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00350450550650750光谱功率S(λ)波长λ（nm）图1-2.1D65光源光谱功率分布曲线D65光谱分布0.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000350450550650750S(λ)ρ(λ)波长λ（nm）图1-2.2不同颜色的颜色刺激函数曲线实地C实地M实地YY80Y50Y30M205/260.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000140.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长λ（nm）图1-2.3锥体细胞对颜色实地C的光谱响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)0.000010.000020.000030.000040.000050.000060.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长λ（nm）图1-2.4锥体细胞对颜色实地M的响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)0.000010.000020.000030.000040.000050.000060.000070.000080.000090.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长λ（nm）图1-2.5锥体细胞对颜色实地Y的光谱响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)6/260.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长（nm）图1-2.6锥体细胞对颜色Y80的光谱响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)0.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长λ（nm）图1-2.7锥体细胞对颜色Y50的光谱响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)0.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长λ（nm）图1-2.8锥体细胞对颜色Y30的光谱响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)7/26根据三色学说，人眼视网膜上含有三种不同类型的锥体细胞，这三种细胞含有三种不同的视色素，分别对可见光的短波、中波和长波敏感，分别称为亲蓝、亲绿、亲红色素。相同的光进入人眼，不同锥体细胞的响应也会不同，从图1-2.3至图1-2.9中也可以得到验证。图1-2.3至图1-2.9为椎体细胞对不同颜色的响应曲线，这是由物体、D65光源、标准色度观察者三者共同作用的结果，也就是说，S(λ)和ρ(λ)作用后形成颜色刺激，然后进入人眼与x(λ)、y(λ)和z(λ)分别作用后形成最终颜色感觉。（3）计算D65照明体下样品的三刺激值X、Y、Z和色品坐标x、y计算公式：三刺激值计算公式：zSkZySkYxSkXySk100色品坐标计算公式：x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)0.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000140.0000160.0000180.0000350450550650750锥体细胞光谱响应波长λ（nm）图1-2.9锥体细胞对颜色M20的光谱响应曲线S(λ)ρ(λ)x(λ)S(λ)ρ(λ)y(λ)S(λ)ρ(λ)z(λ)8/26表1-3.1D65照明体下样品色的三刺激值样品色三刺激值计算值测量值实地CX14.1514.14Y18.7918.78Z60.9660.87实地MX30.0030.06Y15.7915.81Z20.3120.30实地YX61.0361.10Y69.9569.96Z8.688.67Y80X73.1073.18Y84.0284.02Z14.9814.98Y50X78.1578.22Y88.1088.10Z38.6538.63Y30X83.8883.95Y92.5692.57Z60.6260.59M20X78.8878.89Y77.1477.13Z87.9087.88表1-3.2D65照明体下样品色的色品坐标样品色色品坐标计算值测量值实地Cx0.15070.1507y0.20010.2002实地Mx0.45380.4543y0.23890.2390实地Yx0.43700.4373y0.50090.5007Y80x0.42480.4250y0.48820.4880Y50x0.38140.3816y0.43000.4299Y30x0.35380.3541y0.39050.3904M20x0.32340.3236y0.31620.3162由表1-3.1和表1-3.2可以看出，D65照明体下样品色的三刺激值和色品坐标的计算值与测量值相差很小。（4）绘制CIE-xy色品图，并将所测样品的色品坐标标在xy色品图中9/26不同的样品色位于CIE-xy色品图的不同位置，实地C饱和度较大，因此其靠近光谱轨迹。实地Y、Y80、Y50和Y30皆为黄色，随着网点面积率减小，饱和度降低，因此三点在色品图上的位置依次由光谱轨迹向中心白点靠近。实地M和M20为品色，位于由白点与光谱轨迹的两个端点构成的三角形区域内，没有主波长，将其与白点的连线反向延长交光谱轨迹于一点，此点光谱色的波长为M样品的补色波长。实地M比M20更靠近光谱轨迹，说明其饱和度更高。（5）测量显示器的最饱和的红、绿、蓝及其不同饱和度的原色梯尺XYZ三刺激值，计算其色品坐标xy和L∗a∗b∗，标在xy和a∗b∗图中计算公式：L*a*b*计算公式：1*311616nLYY11*33500nnaXXYY11*33200nnbYYZZ色品坐标计算公式：x=X/X+Y+Zy=Y/X+Y+ZD65光源：Xn=95.04Yn=100.00Zn=108.880.00000.20000.40000.60000.80001.00000.00000.20000.40000.60000.80001.0000yx图1-4.1CIE-xy色品图光谱轨迹实地C实地M实地YY80Y50Y30M2010/26表1-5.1显示色的三刺激值、色品坐标和L*a*b*值显示色三刺激值XYZ色品坐标xyL*a*b*XYZxyL*a*b*r00.640.620.740.32000.31005.312.56-1