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第七章 CIE 标准色度学系统

第七章 CIE 标准色度学系统. 主要内容. 颜色匹配 实验 CIE 1931 RGB 系统 CIE 1931 XYZ 系统 CIE1964 XYZ 补充 色度学系统 CIE 色度 计算方法 颜色 客观三 属性. 7.1 颜色匹配 实验. 转盘实验 色光匹配. 转盘实验. 色光匹配. 配色方程. C=R （ R ） +G （ G ） +B （ B ）.

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第七章 CIE 标准色度学系统

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Presentation Transcript

  1. 第七章 CIE标准色度学系统

  2. 主要内容 • 颜色匹配实验 • CIE 1931 RGB系统 • CIE 1931 XYZ系统 • CIE1964 XYZ补充色度学系统 • CIE色度计算方法 • 颜色客观三属性

  3. 7.1 颜色匹配实验 • 转盘实验 • 色光匹配

  4. 转盘实验

  5. 色光匹配

  6. 配色方程 C=R（R）+G（G）+B（B） 其中C 表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“＝”表示视觉上相等，即颜色匹配。

  7. BUT! 负刺激值 待配色为单色光，其饱和度很高，而三原色光混合后饱和度必然降低，无法和待配色实现匹配。为了实现颜色匹配，在实验中须将上方红、绿、蓝一侧的三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使上下色光的饱和度相匹配。

  8. 例如，将红原色移到待配色一侧，实现了颜色匹配：例如，将红原色移到待配色一侧，实现了颜色匹配：

  9. 颜色方程 则颜色方程为: C+B（B）=R（R）+G（G） 因此，待配色: C=R（R）+G（G）- B（B） 所以 出现了负值

  10. 这一实验方法和实验结果是现代CIE标准色度学系统的定量基础，也是工业上颜色标定、测量和计算的原始依据。

  11. 7.2 CIE1931RGB表色系统 CIE 1931 RGB真实三原色表色系统就是根据莱特和吉尔德分别颜色匹配实验的结果，取其光谱三刺激值的平均值，作为该系统的光谱三刺激值，全部的光谱三刺激值又常称为“标准色度观察者”。

  12. 三原色的单位量 国际照明委员会（CIE）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700 nm、546.1 nm、435.8 nm，在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即(R): (G):(B)=1:1:1。尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。

  13. 三刺激值举例

  14. 光谱三刺激值记法 它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为入的等能光谱色C(λ)的颜色方程为：

  15. CIE 1931 RGB色三刺激值曲线

  16. 色度坐标 在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在R+G+B总量中的相对比例，我们引入色度坐标r、g、b

  17. 三刺激值与色度坐标

  18. 光谱色的三刺激值与色度坐标 若待配色为光谱色，则上式可写为： 光谱色度坐标

  19. 色度坐标举例

  20. CIE 1931 RGB色度图 真实三原色 R＝700.0nm G= 546.1nm B= 435.8nm

  21. 7.3 CIE1931XYZ标准色度系统

  22. 为什么要建立CIE1931XYZ标准色度系统？

  23. (1) CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ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。

  24. 建立CIE 1931 XYZ系统主要是考虑到 • 为了避免CIE 1931 RGB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CIE RGB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 ……

  25. ∵ CIE 1931 RGB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

  26. 7.1 CIE 1931 RGB系统向CIE 1931 XYZ系统的转换 三角形除零亮度线以外的另外两边：选取700 nm和540 nm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503 nm点相靠近的直线，这条直线的方程是 1.45r + 0.55g + 1=0

  27. 以上三条直线相交，就得到X、Y、Z三点，这三点在CIE RGB色度图中的坐标是： X、Y、Z即为理想三原色

  28. 真实三原色 R＝700.0nm G= 546.1nm B= 435.8nm CIE理想三原色 r g b X: 1.275 –0.278 0.003 Y:-1.759 2.767 –0.028 Z:-0.743 0.141 1.602 参照光源：等能白Se

  29. 色度坐标之间的转换关系 CIE 1931 XYZ系统和CIE 1931 RGB系统的色度坐标的转换关系为

  30. 三刺激值之间的转换关系

  31. CIE 1931 xy色度图

  32. 1931 CIE-XYZ 系统中，用于匹配光谱三刺激值的(X)、(Y)、(Z)的数量，称为“CIE 1931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 、 、

  33. 光谱三刺激值的 规定函数 与明视觉光谱光效率函V(λ)一致，即

  34. 光谱三刺激值与色度坐标的转换 光谱色度坐标已知，由下式即可求出光谱三刺激值：

  35. CIE1931XYZ光谱三刺激值曲线

  36. (2)CIE 1931 XYZ色度图与Yxy数字表色方法 • xy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。

  37. 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；

  38. 任何颜色在色度图中都占有一个确定的位置；

  39. 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 ；

  40. 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；

  41. 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；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；

  42. 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。

  43. CIE1931 Yxy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

  44. 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=100ρ

  45. 由物体三刺激值计算Yxy的公式为： 由Yxy计算物体三刺激值 ：

  46. 7.4 CIE 1964 XYZ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。

  47. 1931CIE XYZ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。

  48. CIE1964三刺激值曲线 2°和10°视场的三刺激值曲线

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