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第二章  CIE 标准色度系统

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第二章  CIE 标准色度系统

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  1. 第二章  CIE 标准色度系统 第一节 颜色匹配 第二节  CIE 标准色度系统 第三节  CIE1964 补充标准系统 第四节 光源的颜色特性 第五节  CIE 色度计算方法 第六节 主波长与色纯度 第七节 均匀颜色空间 第八节 同色异谱  

  2. 颜色的表示 • 定性描述:如颜色的习惯表示法。 • 直观,但表示的颜色有限, 人为因素影响大,不准确,缺乏科学性。 • 定量描述:采用数量化表示颜色。 • 准确,科学。

  3. 数量化表示颜色颜色的方法: • 一类是显色系统表示法; • 一类是混色系统表示法。

  4. § 2.1 颜色匹配 • 本节主要内容包括: • 颜色匹配实验 • 三刺激值和色品图 • 重点内容是掌握颜色匹配的概念,理解色度坐标与色度图。

  5. § 2.1 颜色匹配 • 将两种颜色调节到视觉感受上相同的方法叫做颜色匹配。 • 颜色匹配有色光的匹配也有色料的匹配。 • 如果是色光的匹配,将会用到色光加色混合的原理;如果是色料的匹配,则会用到色料的减色混合原理。

  6. 一、颜色匹配实验 • 要达到颜色的匹配可以通过颜色匹配的实验来完成。 • 由于原色混合后可以得到几乎所有的颜色,所以颜色匹配实验所用的混合色往往选取原色。 • 最普通的方法是用颜色转盘进行颜色混合来实现颜色的匹配。

  7. 一、颜色匹配实验 • 转盘实验 • 色光匹配

  8. 1.转盘实验

  9. 2.色光的匹配实验 • 比较精确的颜色匹配实验是用色光来实现的。 • 实验证明,用红、绿、蓝三原色光混合其它颜色的光最方便,所以这三种原色是最理想的三原色。

  10. 2.色光匹配

  11. 3.颜色匹配实验的特点 • 颜色匹配实验只是外在形式上的相同,而不是本质上的相同 • 同色异谱

  12. 4.颜色匹配方程 • 颜色转盘和颜色光的匹配实验结果可以用数学的形式表示出来,称为颜色匹配方程,简称配色方程。

  13. 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。

  14. 将红原色移到待配色一侧,实现颜色匹配:

  15. 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) 出现了负值

  16. 二、光谱三刺激值(一)三刺激值 • 颜色匹配实验中,当与待测色达到色匹配时所需要的三原色的数量,称为三刺激值。

  17. 对一种波长的单色光可以得到一组三刺激值 R , G, B ; • 对不同波长的单色光做一系列的颜色匹配实验,可以得到对应于各种波长的单色光的三刺激值。这是 CIE 色度系统的基本出发点。

  18. (二)光谱三刺激值 • 如果将各单色光的辐射能量值都保持相同(等能光谱)来做颜色匹配实验,这时所得到的三刺激值称为光谱三刺激值。 • 也可以理解为匹配等能光谱色的三原色的数量,用 表示。 • 任何颜色的光都可以看作是由不同的单色光组成的,所以光谱三刺激值能够作为颜色计算的基础。

  19. (三)色度坐标与色度图 • 只关心颜色的彩色特性,不关心明度; • 在实际色度学中并不是直接用三刺激值来表示颜色,而是用三原色各自在总量中的比例来表示颜色。 • 把三原色各自在 R+G+ B 总量中的相对比例叫做色度坐标,用 r , g, b 表示。

  20. 某一特定颜色 C 的色度坐标(色品坐标)可以表示为: • 由于 r+g+b=1 ,则 b=1-r-g 的,因此,表示一个颜色时,只用 r 和 g 就可以。

  21. 三原色 • 国际照明委员会(CIE)规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm; • 在颜色匹配实验中,常用某一特定的白光作为标准,三原色的比例为 1 ∶ 1 ∶ 1 的等量关系: R=G= B=1 。 • 将标准白光的三刺激值代入公式中,则其色度坐标为:。

  22. 色品图 • 以色品坐标r,g 表示的平面图称为色品图(色度图)。 • 色度图是一个等腰直角三角形的平面坐标图,这一色度图又叫麦克斯维颜色三角形。 • 三个角分别代表( R ),( G ),( B )三原色,色度坐标 r 和 g 直接在图中得以体现,而色度坐标 b=1- r-g 的。 • 如白色光的色度坐标就如图中所示, r=0.33 , g=0.33 。

  23. 麦克斯维颜色三角形 图 2-2 麦克斯维颜色三角形

  24. § 2.2 CIE 标准色度系统 • 本节概要介绍 CIE 色度学系统。 • 主要内容有CIE1931-RGB系统、CIE1931XYZ标准色度系统(重点)。

  25. 一、CIE 1931 RGB 色度学系统 • 用三刺激值来定量描述颜色是一种经得起实践检验的可行方法。 • 把进行颜色匹配实验的人叫做“标准色度观察者”。

  26. 进行实验后,将他们的实验数据加以平均,从而确定出一组匹配等能光谱色所需要的三原色的数据进行实验后,将他们的实验数据加以平均,从而确定出一组匹配等能光谱色所需要的三原色的数据 • 把这组数据叫做“标准色度观察者光谱三刺激值”(表2-1,图2-3)。 • 用这一数值来代表人眼的平均颜色视觉特性,使颜色得以量化表达。这一系统叫做CIE1931-RGB系统。

  27. 1931 CIERGB 系统是建立在莱特( W.D.Wright )吉尔德 (J.Guild) 两项颜色匹配实验的基础之上的,并根据分们分别实验的结果,取其平均数规定为标准色度观察者光谱三刺激值。

  28. CIE 总结了上述两项实验结果,将他们所使用的三原色转换成了 700 nm(R ),546.1nm(G), 435.8nm(B) 的三原色光 • 这三种可见光都是可以精确地产生出来的,这也就是把它们定为三原色光的原因,并以相等数量的三原色刺激值匹配出等能白光来确定三刺激值的单位。2°视角下测定的三刺激值用    表示。

  29. 1931 CIE-RGB 的系统标准色度观察者光谱三刺激值曲线 图 2-3 1931 CIE-RGB 的系统标准色度观察者光谱三刺激值曲线

  30. 光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系

  31. 图 2-4是根据 1931 CIE-RGB 的系统标准色度观察者光谱三刺激值所绘制出的色度图 • 在此色度图中,偏马蹄形曲线是所有光谱色色度点连接起来的轨迹,称为光谱轨迹。

  32. 图 2-4 CIE 1931 RGB 色品图

  33. 二、CIE 1931标准色度系统 • CIE 1931 RGB 系统中的三刺激值是从实验得出来的,可以用于色度学的计算,但是由于用来标定光谱色的原色本身就出现了负值,所以计算起来很不方便,又不太容易理解,于是, 1931 年, CIE 又推荐了一个新的国际通用的色度系统, CIE 1931标准色度系统(CIE 1931 XYZ) 系统。

  34. 1931X,Y,X系统是在 1931 RGB 的系统基础之上建立起来的。它用三个假想的原色 X , Y , Z在 CIE建立了一个新的色度系统。这一新系统避免了 1931 CIERGB 色度系统中出现负值的现象,色度系统更加方便直观。

  35. 由此得表2-2CIE1931色度观察者光谱三刺激值,三刺激值曲线(图2-5、图2-6)及色品图。由此得表2-2CIE1931色度观察者光谱三刺激值,三刺激值曲线(图2-5、图2-6)及色品图。 • 确定选用三个假想的原色 X , Y, Z ,在色度图上的位置如图所示,由图示可以看出,在这个新系统中,光谱轨迹上以及轨迹以内的色度坐标都是正值。 • 规定用 Y 代表亮度,同时,又代表色度,而 X 和 Z 的亮度为零,在色度学计算中,由于 Y 本身又代表了亮度,就使亮度的计算比较方便。

  36. CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值曲线 图 2-5 CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值曲线

  37. 等能光谱色品坐标

  38. CIE 1931 RGB 向 CIE 1931 XYZ 的转换

  39. CIE 1931 色度图 图 2-6 CIE 1931 色度图

  40. CIE 1931 XYZ 色度图

  41. CIE 1931 色度图与 Yxy 表色方法 • 色度坐标只规定了色度,没有规定亮度,不能准确定义一个颜色。 • 准确地定义一个颜色,必须有一个亮度特征,也就是 Y 值的大小。 • 把用 Y 和色度坐标 xy 表示颜色的方法叫做 Yxy 表色方法。 • 如果用一个立体来表示, Yxy 表色方法就如图所示。

  42. 2-7 Yxy 表色方法

  43. § 2.3 CIE1964补充标准色度学系统 • 1931 CIEXYZ 系统适用于 1 °~4 °视角,为了适应大视场颜色测量的需要,CIE 于 1964 年又另外规定了一组 “ CIE 1964 补充标准色度观察者光谱三刺激 ”和相应的色度表这一系统称为 “ CIE 1964 补充标准色度系统 ”。是经过多名观察者在 10 °视场上进行观察测试。

  44. 类似于 CIE1931 标准色度系统为了消除这一部分负值,用 CIE RGB 系统向 CIE XYZ 系统进行坐标转换的方法,将光谱三刺激值转换成新的 CIE 1964 XYZ 系统 10 °视场补充标准色度观察者光谱三刺激值。

  45. CIE 1964 补充标准色度观察者光谱三刺激值曲线,如图 2-8所示。这一系统的 (x10,y10) 色度图如图 2-9所示。 图 2-8 CIE1964 补充标准色度观察者光谱三刺激值曲线

  46. 图 2-9 CIE1964 补充色度学系统色度图

  47. CIE 1964 补充标准色度学系统色度图光谱轨迹的色度坐标与 CIE 1964 补充标准, 观察者光谱三刺激的关系公式为:

  48. 图 2-10 CIE 1931 与 CIE 1964 光谱三刺激值曲线的比较

  49. CIE 1931 与 CIE 1964 色度图的比较