色度学

C r R g G b B
色度图
色度计算公式
Y k S y d Z k S z d
780
X k S x d
K 100 / S C ( ) y ( )d




国际照明委员会(CIE)


国际照明委员会(Commission Internationale ed I'Eclairage-CIE)
主要研究照明的专业术语、光度学和色度学的国际学术研究机构。设在巴 黎。 早在1924年前就已从事标准色度学系统的研究， 1931年根据莱特(W.D.Wright)在1928-1929年和吉尔德(J. Guild)在1931 年研究三原色的角度观察效果，加以平均，规定了CIE 1931标准色度观 察者光谱三刺激值，并据以绘制出偏马蹄形曲线的*色度图，称为“1931 CIE-RGB系统色度图”，后经修改被推荐为1931 CIE-XYZ系统，为国际 通用色度学系统，称为“CIE标准色度学系统”，所作的图则称“CIE 1931色度图”。 1964年又综合斯泰尔斯(W.S. Stiles)和伯奇(J.M.Bruch)以及斯伯林斯卡 婭(N.I.Speranskaya)1959年发表的研究结果，制定了CIE1964补充色度 学系统以及相应的色度图，为世界各国广泛采用，据以进行色度计算和色 差计算。 1964年又提出了“均匀颜色空间”的三维空间概念，1976年加以修订， 并正式被采用。CIE为此还提出了确定的参照光源，称“CIE标准光源”。
380 780
X K S C ( ) x ( ) 380 色坐标公式 780 Y K S C ( ) y ( ) 380 780 Z K S C ( ) z ( ) 380
X x X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是： X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028
Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279
Z：r = - 0.7431，g = 0.1409，b = 1.6022
在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即 E光源的色度坐标为： xE = 0.3333，yE = 0.3333。
相减混色主要用于美术、印刷、纺织等。 根据人眼上述的彩色视觉特征，就可以选择三种基色，将它们按不同的比例组合 而引起各种不同的彩色视觉。这就是三基色原理的主要内容。
颜色匹配实验
颜 色 转 盘
颜色光的匹配实验
颜色方程

若以(C)代表被匹配的颜色﹐(R)﹑(G)﹑(B)代表三原 色﹐而以C﹑R﹑G﹑B分別代表它们的数量﹐則颜色匹 配可用颜色方程表示﹕ C (C)= R (R)+ G (G)+ B (B) 当三原色之一(例如B)必须加在被匹配的颜色上 時﹐颜色方程可表示 为﹕ C (C) + B (B) = R (R)+ G (G) 这一方程在色度学中可表示成﹕ C (C)= R (R)+ G (G)- B (B)
L* = 116 (Y / Yo )1/3 - 16 ( Y / Yo > 0.008856 )
L* = 903.3( Y/ Yn)
u* = 13 L* ( u’ – uo’)
( Y/ Yn < 0.008856 )
v* = 13 L* ( v’ – vo’)
式中X、Y、Z为颜色样品的三刺激值；
u’ = u、v’ = 1.5 v为颜色样品的色度坐标；
0.00 400 500 600 700
0.00
波长 /nm
波长/nm
CIE标准照明和观测条件
0／45 45／0
CIE标准照明和观测条件
0／ d d／0
CIE均匀颜色空间
人眼对光谱颜色的差别感受性
围人 眼 对 颜 色 的 恰 可 分 辨 范
围椭麦 圆克 形亚 宽当 容的 量颜 范色
CIE l964 均匀颜色空间
相加混色
三基色是这样的三种颜色，它们 相互独立，其中任一色均不能由 其它二色混合产生。它们又是完 备的，即所有其它颜色都可以由 三基色按不同的比例组合而得到。 有两种基色系统： 一种是加色系统，其基色是红、绿、蓝； 另一种是减色系统，其三基色是黄、青、紫（或品红）。不同比例 的三基色光相加得到彩色称为相加混色，其规律为： 红＋绿＝黄 红＋蓝＝紫 蓝＋绿＝青 红＋蓝＋绿＝白
CIE 标准光源
标准光源：指用来实现标准照明体光谱功率分布 的光源，CIE规定用下述人工光源来实现标准照 明体。 标准光源A：熔凝石英壳或玻璃壳带石英窗口的 充气钨丝灯，以产生色温为2856 K的辐射。 标准光源B：在A光源前加一组特定的戴维斯 -吉 伯逊液体滤光器，以产生相关色温4874K的辐射。 标准光源C：A光源另加一组戴维斯-吉伯逊液体 滤光器，以产生相关色温6774 K的辐射。 戴维斯-吉伯逊滤色液系用硫酸钠、甘露醇吡 啶、蒸馏水，或硫酸钻铵、硫酸钠、硫酸、蒸馏 水等不同的分量配合而成。
格拉斯曼颜色混合定律(Grassmann's law)




人的视觉只能分辨颜色的三种变化：色调、明度和饱 和度。 在由两个色光的混合匹配中，如果其中一个色光连续 变化，则混合色的外貌也会发生连续变化。 外貌相同的色光（具有相同的色相、明度和饱和度）， 不管它们的光谱组成是否一致，在颜色混合中具有相 同的效果。换言之，凡在视觉效果上相同的颜色都是 等效的。 混合色光的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的 总和。
色盲测试
辨别图中数字是什么?
色度学

色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学，它是一门本世纪发 展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学。 色度学是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 以对光强的度量来说, 物理 光学以光的辐射能量这个客观单位来度量, 而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度 量。 色度学确切的讲它是研究人眼对颜色感觉规律的一门科学。以对光强的度量来说, 物 理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量, 而色度学却以色光对人眼的刺激强度来 度量。辐射能量很大的波长很长的红光对人来说却没有辐射能量很小的黄光亮, 人们 就认为黄光的强度比红光大。 在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光 谱成分有着直接的关系。所以说在人们眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照 明条件的综合效果。 每个人的视觉并不是完全一样的。在正常视觉的群体中间，也有一定的差别。目前 在色度学上为国际所引用的数据，是由在许多正常视党人群中观测得来的数据而得出 的平均结果。
模拟 D65 的人工光源的种类
现在正在研制三种模拟D65的人工光源： 带滤光器的高压氙弧灯：带滤光器的高压氙弧 灯提供了最好的模拟，国际上最好能达到AA级；

带滤光器的白炽灯和荧光灯：带滤光器的白炽 灯只在紫外区的模拟尚不理想，最好达到AD级； 荧光灯的模拟过去一直较差，只达到CD级。

Daylight 荧光灯：随着稀土荧光粉的发展，荧 光灯的模拟可达到BB级。
1、CIE 标准照明体




标准照明体 B ：相当于相关色温 4874 K 的直 射阳光，光色相当于中午阳光，其色度点紧靠 黑体轨迹。 标准照明体C：相当于相关色温为6774 K的平 均阳光，光色近似阴天天空的日光，其色度点 在黑体轨迹上方。 标准照明体 D65：相当于色温约为 6504K 的日 光，其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。


颜色： 红色 700nm 橙色 620nm 黄色 580nm 绿色 510nm 青色 480nm 蓝色 470nm 紫色 420nm 两个相邻颜色之间有一系列的过渡色。
颜色的三要素 色调：色调指色彩的类别如红、黄、绿、蓝等。 饱和度：指颜色的鲜艳程度，通常用色光与白光的比例来定量 表示。 明度：人眼对颜色明暗程度的感觉。
x y z 1
色品坐标与色品图Baidu Nhomakorabea
1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者
b ( )
r ( )
g ( )
1931 CIE-RGB 系统色度图
1931CIE-XYZ 系统
XYZ假想三原色的由来：
亮度仅由Y表示，
X、Y、Z所形成的
虚线三角形包含了
整个光谱轨迹，使
得光谱轨迹上和轨 迹之内的色度坐标 都成了正值。
Xo、Yo、Zo为CIE标准照明体照射在完全漫反射体 上，然后反射到人眼中的三刺激值，即Yo = 100； uo’、vo’为照明体的色度坐标。
The CIE 1976 UCS 色度图 ( u’ , v’ 图) u’ = 4x/(-2x+12y+3) , v’ = 9x/(-2x+12y+3)
CIE 1976 u,v 色调角huv 、饱和度 suv 、彩度C*uv tg huv= ( v’- v’n) / ( u’- u’n) = tg( v* / u*) suv = 13[( u’- u’n)2 + ( v’- v’n)2 ]1/2 C*uv = [(u*)2 + (v*)2]1/2 = L* suv
1931CIE-XYZ 色度图
CIE l931-XYZ 标准色度观察者
1931CIE-XYZ色度图
颜色三属性的计算
1、色相的计算 2、饱和度的计算 参考白 N 色刺激 C: 主波长= D 处的波长; 饱和度(兴奋纯度): pe = NC/ND. 色刺激 C’: 补色波长 = D’处的波长; 饱和度(兴奋纯度): pe’= NC’/ND.
CIE l964与CIE l931三刺激值曲线比 较
CIE1964 色度图与CIE l931 色度图 比较
CIE 标准照明体A、B、C、D
CIE推荐了四种标准照明体 A、B、C、D和三种 标准光源A、B、C。 1、CIE标准照明体 标准照明体：指一定的光谱功率分布，这种标准 的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接提供， 也不一定能用一个光源来实现。 标准照明体 A ：相当于绝对黑体在加温到 2856 K时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可 根据普朗克辐射定律计算： 标准照明体A色度点正好落在CIE l931色度图 的黑体轨迹上。
用明度指数 W* 、色度指数 U* 和 V* 三个 参数来表示颜色的空间位置： W* = 25 Y1/3 – 17
U* = 13 W* (u - uo)
V* = 13 W* (v - vo) 式中：u 和v是颜色样品的色度坐标， uo和vo则是所采用光源的色度坐标。
CIE l976 L*u*v*均匀颜色空间

标准照明体A的测量和标准相对光谱功率
250
200
相对功率
150
SA SA测
100
50
0
400
500
600
700
800
波长/nm
光谱介绍
0.25
0.25
0.25
0.20
紫色
0.20
黄色
0.20
相对功率
0.15
0.15
0.15
相对功率
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
0.00 400 500 600 700
CIE 1964 补充色度学系统
单纯原色的混合物，在整个视场低于10o时出现 不均匀现象，工业上配色总是在比2o视场更大的范 围。为了适合于 10o 大视场的色度测量， 1964 年 CIE规定了一组CIE l964 补充标准观察者光谱三刺 激值和相应的色度图，这一系统称为CIE l964补充 标准色度学系统。 在 CIE l964 补充色度学系统色度图中，等能白 光的色度坐标： x10E = 0.3333，y10E = 0.3333，z10E = 0.3333。 研究表明，观察视场增加到10o辨色精度能提高， 但视场进一步增大就不再提高了。

CIE-RGB光谱三刺激值
CIE-RGB光谱三刺激值是317位正常视觉者， 用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱 色从380 nm到780 nm 所进行的专门性颜色混 合匹配实验得到的。实验时，匹配光谱每一波长 为的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数 量，称为CIE-RGB光谱三刺激值,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，匹配某波长的等能光谱色 的颜色方程为