色度学1

色度学基础

引言

EUP （2005/32/EC）筐架指令之实施措施244/2009/EC、245/2009/EC 描述了关于灯具的生态设计要求，其中涉及到色度学的概念，主要是对灯具颜色品质的描述。

本文件根据CIE15：2004 “TECHNICAL REPORT COLORIMETRY”编写，以及参考了可公开获取资料。由jeewah 整理.

第Ⅰ篇

导读

CIE1931-R G B 、CIE1931-X Y Z 、CIE1964-、匹配函数、三刺激值、色品坐标

10X 10Y 10Z A-概念

A-1-光与色

光的物理性质由它的波长和能量来决定。波长决定了光的颜色，能量决定了光的强度。光映射到我们的眼睛时，波长不同决定了光的色相不同。波长相同能量不同，则决定了色彩明暗的不同。

在电磁波辐射范围内，只有波长380nm 到780nm 的辐射能引起人们的视感觉，这段光波叫做可见光。

图A-1 光谱示意图

A-2-等能光谱

若以e φ表示光的辐射能，λ表示光谱色的波长，则定义：在以波长λ为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比称为光谱密度。写成数学形式：

e φ（λ）=d e φ/d λ（w /nm）

光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小。通常光源中不同波长色光的辐射能是随波长的变化而变化的，因此，光谱密度是波长的函数。光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布。

在实用上更多的是以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布，称为相对光谱能量（功率）分布，记为)(λS λ=555nm 处的辐射能量为λ为横坐标，相对光谱能量分布)(λS 为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。

图A-2 相对光谱能量分布 知道了光源的相对光谱能量分布，就知道了光源的颜色特性。反过来说，光源的颜色特性，取决于在发出的光线中，不同波长上的相对能量比例，而与光谱密度的绝对值无关。绝对值的大小只反映光的强弱，不会引起光源颜色的变化。

但是在色彩的定量研究中，1931年CIE 建议，以等能量光谱作为白光的定义，等能白光的意义是：以辐射能作纵坐标，光谱波长为横坐标，则它的光谱能量分布曲线是一条平行横轴的直线。即：)(λS =C（常数）。等能白光分解后得到的光谱称为等能光谱，每一波长为λ的等能光谱色色光的能量均相等。

A-3-颜色的表观特征

颜色有三种表观特征，即明度、色调和饱和度。

明度：标示颜色明亮的程度。对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关；对于物体色，此值和物体的透射率或反射率有关。

色调：是区分不同彩色的特征。可见光谱范围内，不同波长辐射，在视觉上呈现不同色调，如红、黄、绿、兰、紫等等。光源色的色调取决于辐射的光谱组成；而物体色则既与照明光的光谱组成有关，还同物体对光的选择吸收特性有关。

饱和度：表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度就愈高，颜色的饱和度也就愈高。饱和度高，颜色深而艳。光谱色的白光成份为0，饱和度达到最高。

彩色必须具备上述三个特征，特征参数的不同，标示着颜色间的差别。非彩色只有明度值的差别，没有色调区分，饱和度等于0。

A-4-色光混合

是不同颜色光的直接混合。混合色光为参加混合各色光之和，故又称之为加混色。

格拉斯曼(H·Grassman)于1853年总结出色光混合的基本规律，即格拉斯曼颜色混合定律：

A-4-1-人的视觉只能分辨颜色的三种变化，它们是明度、色调和饱和度。

A-4-2-两种颜色混合，如果一种颜色成份连续变化，混合色的外貌也连续地变化。

补色律：两种颜色以一定的比例相混合产生白色或灰色，则此两颜色为互补色。互补色以一定的比例混合，产生白色或灰色；以其它比例混合，则产生接近占有比例大颜色的非饱和色。

中间色律：两种非互补颜色混合，将产生两颜色的中间色，其色调决定于两颜色的比例。

A-4-3-颜色外貌（明度值、色调、饱和度）相同的光，在颜色混合中是等效的。由此可以推论得到

代替律：相似色混合，混合色仍相似。 代替律可用公式表示如下： 颜色A=颜色B 、颜色C=颜色D 、颜色A+C=颜色B+D ，代替律表明，在混色中，某种颜色用外貌相同的另外颜色代替，最后效果不变。

A-4-4-混合色的亮度等于各色光亮度之和

亮度相加定律：假定参加混色各色光亮度分别为L1、L2…Ln,, 则混合色光的光亮度L为

L=L1+L2+…+Ln

A-5-颜色匹配

通过改变参加混色各颜色的量，使混合色与指定颜色达到视觉上相同的过程，称做颜色匹配。

A-6-颜色刺激

能够引起颜色知觉的可见辐射通量称做颜色刺激。颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数。颜色刺激是纯物理量。

A-7-三刺激值

在颜色匹配中，以一定数量的三原色完成某种颜色的匹配。匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。

对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色。

A-8-光视效能、光谱光视效率函数（视见函数）

人眼能比较光谱波长及能量大小。但各种波长的光引起人眼感觉、灵敏度不同。光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单色光通量，用)(λK 表示。 设单色光谱在波长为λ的辐射能量分布为)(λS ，人眼能感觉到的光通量为)(λϕ，则光视效能)(λK =)(λϕ/)(λS

这里)(λK 表示：对单位波长（1nm)内具有)(λS 瓦的辐射能量，能感受到)(λϕ流明的光通量。

实验表明，当λ=555 nm 黄光时， )(λK 具有最大值==683

m K )555(K W lm /光谱光视效率（视见函数）是指在明视觉条件下，用等能光谱照射时，亮度随波长λ变化的相对关系，反映了人眼对光的亮度感觉，用V (λ)示。曲线图见图4。

表

图A-3 视见函数曲线

对于任一波长λ，V ()(λK m K /

λ)=