第2章色度学原理与CIE标准色度学系统讲座.ppt

1、2第第2章章色色度度学学原原理理与与CIE 标标准准色色度度学学系系统统21颜色匹配（色光相加混合）颜色匹配（色光相加混合）1-1 颜色匹配定义和方法颜色匹配定义和方法颜色匹配的定义颜色匹配的定义：两个视场的颜色在视觉上相等。两个视场的颜色在视觉上相等。颜色匹配的方法：颜色匹配的方法：光谱匹配光谱匹配：不同光谱成分的混合（调节光源的发射光谱、物：不同光谱成分的混合（调节光源的发射光谱、物质的吸收与反射光谱。质的吸收与反射光谱。2颜色匹配的方法：颜色匹配的方法：时间混合时间混合：用色转盘，：用色转盘，调节转盘上颜色块的面积。调节转盘上颜色块的面积。空间混合空间混合：调节不同色颗粒发光的比例。调节

2、不同色颗粒发光的比例。（显示屏）（显示屏）其基础是光谱的混合，其基础是光谱的混合，后两种混合方法是利用了人眼的视觉特性。后两种混合方法是利用了人眼的视觉特性。21-2颜色匹配方程颜色匹配方程如果如果 （C）为待匹配的目标色）为待匹配的目标色 （R）（G）（B）为三原色为三原色 C、R、G、B 为目标色及三原色的量，为目标色及三原色的量，当用三原色混合实现与颜色（当用三原色混合实现与颜色（C）的匹配时有）的匹配时有 （C）=R（R）+G（G）+B（B）此式即为颜色匹配方程此式即为颜色匹配方程。当当三原色之一三原色之一(例如例如B)必須加在被匹配的顏色上必須加在被匹配的顏色上时时顏色方程顏色方程可

3、表示可表示 为为 C(C)+B(B)=R(R)+G(G)這一方程在色度這一方程在色度学学中可中可表表达达成成 C(C)=R(R)+G(G)-B(B)根据颜色方程任何一种颜色可以用匹配该颜色的三原色的量根据颜色方程任何一种颜色可以用匹配该颜色的三原色的量来表示，来表示，匹配该颜色所需要三原色的数量匹配该颜色所需要三原色的数量颜色的三刺激值颜色的三刺激值这就是将颜色这就是将颜色“量化量化”的思想的思想2实现颜色知觉实现颜色知觉“量化量化”的方法：的方法：有以下问题需要解决：有以下问题需要解决：怎样选定三原色怎样选定三原色？怎样确定三原色的单位量怎样确定三原色的单位量？怎样确定任何一种颜色的三刺激值

4、，怎样确定任何一种颜色的三刺激值，是否比必需做匹配实验？是否比必需做匹配实验？怎样利用颜色的光谱构成，确定颜色的三刺激怎样利用颜色的光谱构成，确定颜色的三刺激值？值？CIE规定了以上问题的解决方案规定了以上问题的解决方案CIE标准色标准色度学系统度学系统22 CIE标准色度学系统标准色度学系统国际照明委員会国际照明委員会(Commission Internationale ed IEclairage-CIE)光度学和色度学的国际学术研究机构。光度学和色度学的国际学术研究机构。光度学和色度学的国际学术研究机构。光度学和色度学的国际学术研究机构。设在巴黎。早在设在巴黎。早在设在巴黎。早在设在巴黎。

5、早在1924192419241924年前就已从事标准色度学系统的研究年前就已从事标准色度学系统的研究年前就已从事标准色度学系统的研究年前就已从事标准色度学系统的研究。规定了规定了规定了规定了：CIE 1931CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值标准色度观察者光谱三刺激值，绘制出绘制出绘制出绘制出“1931 CEL-RGB1931 CEL-RGB系统色度图系统色度图”，推荐推荐推荐推荐1931 CIE-XYZ1931 CIE-XYZ系统系统，为国际通用色度学系统，为国际通用色度学系统，为国际通用色度学系统，为国际通用色度学系统，称为称为称为称为“CIECIE标准色度学系统标准色度学系统”，

6、所作的图则称所作的图则称“CIE 1931CIE 1931色度图色度图”。1964196419641964年制定了年制定了年制定了年制定了CIE1964CIE1964补充色度学系统以及相应的色度图补充色度学系统以及相应的色度图，进行色度计算和色差计算。进行色度计算和色差计算。19641964年提出年提出“均匀颜色空间均匀颜色空间”的三维空间概念，的三维空间概念，19761976年加以修订，并正式被采用。年加以修订，并正式被采用。CIECIE为此还提出了确定的参照光源，称为此还提出了确定的参照光源，称“CIECIE标准光源标准光源”。2 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

7、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这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出來。來。是采用汞弧光谱中经滤波后的单一谱线获得，色度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。稳定而准确，配出彩色也较多。22-2 选定三原色的单位量选定三原色的单位量等等等等能白：能白：能白：

8、能白：S SE E RedRed Green Blue Blue Mixture nm 700 546.1 435.8单位量（流明）单位量（流明）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）22-3 确定等能白光的光谱三刺激值确定等能白光的光谱三刺激值等能等能白光白光（E光源）光源）假想的在整假想的在整个个可見光譜范可見光譜范为为內光內光谱辐谱辐射能相等的光源射能

9、相等的光源的光色的光色也也称称等能白色。等能白色。与与色溫色溫为为5500k的白光很相似。的白光很相似。光谱三刺激值光谱三刺激值混配出单位辐射功率、波长为混配出单位辐射功率、波长为的单色光所需要的三刺激值。的单色光所需要的三刺激值。实验证明实验证明：几乎所有的颜色都可以用三原色按某个特定的比例混合而成。：几乎所有的颜色都可以用三原色按某个特定的比例混合而成。如果用上述规定单位量的三原色，在可见光如果用上述规定单位量的三原色，在可见光380nm780nm范围内每隔波范围内每隔波长间隔（如长间隔（如10nm)对等能白色的各个波长进行一系列的颜色匹配实验，可对等能白色的各个波长进行一系列的颜色匹配实

10、验，可得每一光谱色的三刺激值得每一光谱色的三刺激值。2光谱三刺激值曲线光谱三刺激值曲线可得到如下图三条曲线可得到如下图三条曲线光谱三刺激值曲线光谱三刺激值曲线也就是也就是CIE1931-RGB标准色度观察者标准色度观察者22-4 等能白光的光谱色品坐标等能白光的光谱色品坐标 在在颜颜色色科科学学中中，我我们们不不直直接接用用三三刺刺激激值值R、G、B来来表表示示颜颜色色，而用三原色各自占而用三原色各自占R+G+B总量的相对比值表示颜色，总量的相对比值表示颜色，即。即。色度坐标色度坐标色度坐标色度坐标：三原色各自占：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。总量的相对比值。对等能白光的光谱色而言，其

11、色度坐标为：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由此即可得出由此即可得出 ：r+g+br+g+b=1=1即色品坐即色品坐即色品坐即色品坐标标标标rgbrgbrgbrgb中中中中只有兩只有兩只有兩只有兩个独立个独立个独立个独立因此可用二維空因此可用二維空因此可用二維空因此可用二維空间间间间表示彩色光的色品。表示彩色光的色品。表示彩色光的色品。表示彩色光的色品。对于等能对于等能对于等能对于等能白光白光白光白光R=G=B=1R=G=B=1R=G=B=1R=G=B=1因此因此因此因此等能等能等能等能白光的色坐白光的色坐白光的色坐白光的色坐标为标为标为标为r=g=b=1/3r=

12、g=b=1/3r=g=b=1/3r=g=b=1/322-5 1931 CIE-RGB 系统色度图系统色度图22-6由相对光谱功率分布求任一颜色的三刺激值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).CE78

13、0=C780 E(780)E()(nm)380 390 400380 390 400780C380 C390 C780CE390CE380CE780CE400C4002求任一颜色的三刺激值求任一颜色的三刺激值结合：结合：代入：代入：CE=CE380+CE390+CE400+CE780并考虑并考虑E()所对应的波长间隔所对应的波长间隔 得：得：2求任一颜色的三刺激值求任一颜色的三刺激值由由CE=RE（R）+GE（G）+BE（B）所以颜色所以颜色CE的的三刺激值三刺激值为：为：其其色品坐标色品坐标为：为：2求任一颜色的三刺激值求任一颜色的三刺激值所以根据所以根据CIE1931-RGB标准色度观察者

14、标准色度观察者如果已知任一颜色的如果已知任一颜色的光谱功率分布光谱功率分布就可以计算就可以计算出该出该颜色的三刺激值和色品坐标颜色的三刺激值和色品坐标这样就实现了颜色的这样就实现了颜色的“量化量化”表示，从而建立表示，从而建立了颜色评价的了颜色评价的“客观客观”标准标准23 CIE1931-XYZ标准色度学系统标准色度学系统3-1 CIE1931-RGB标准色度观察者与标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色标准色度观察者的转换度观察者的转换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数数就不能同就不能同时取时取正正而且由

15、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色时时是找不到的是找不到的于是于是就出現了以假

16、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。2 亮亮度度仅仅由由Y表表示示，X、Y、Z所所形形成成的的虚虚线线三三角角形形包包含含了了整整个个光光谱谱轨轨迹迹，使使得得光光谱谱轨轨迹迹上上和和轨轨迹迹之之内内的的色色度度坐坐标标都成了正值。都成了正值。XYZ假想三原色的由来：假想三原色的由来：2色度坐标的转换色度坐标的转换三条直线在三条直线在RGB系统中的直线方程：系统中的直线方程：XZ直线为无亮度线。即：直线为无亮度线。即：1.0000r+4.5907g+0.0601b=0又由：又由：r+g+b=1,代入上式得：代入上式得：0.9399r+4.5306g+0.0601=0XY直线为：直线为：r+0.99g-1=0YZ直线为：直线为：1.45r+0.55g+1=02X、Y、Z 三点在三点在rg图中的坐标是：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 在在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，色度图中，等