现代色度学-第二章 CIE标准色度系统part1

第二章CIE标准色度系统(CIE calorimetric system)Three Parties in Colorimetry物体（Objects ）–观察模式（Viewing geometries ） 观察者（Observers ）–标准观察者（Standard observers ） 照明（Illuminants ）–光源（Light sources ）黑体辐射（Black-body radiators ）CIE 照明（CIE illuminants）图1-9. 人眼知觉颜色三要素：光源、物体、人眼(及大脑)图1-10. 视觉知觉颜色过程∫=λλλd E L L )()(∫=λλλd E M M )()(∫=λλλd E S S )()(（1-1）人眼三种类型的锥细胞，每一种锥细胞吸收光后，将入射到它上面的所有波长的光谱融合编码成三种信号L 、M 、S ，分别对应每个锥细胞吸收光的数量。

这一过程也成为所有颜色测量及辐射探测器的设计原理。

其中E (λ)是入射光谱，L (λ)、M (λ)、S(λ)分别是L 、M 、S 锥细胞光谱响应。

Color当我们使用颜色时，需要一个标准目录（6课时）2.1 前言2.2 颜色匹配实验（CIE Color Matching Experiment）2.3 CIE 1931-RGB2.4 CIE 1931-XYZ （2°视场XYZ）2.5 CIE 1964 补充标准色度系统（10°视场X10Y10Z10）2.6 CIE 标准照明体和标准光源2.7 均匀色空间(uniform color space)2.7.1 亮度与明度2.7.2 颜色分辨力2.7.3 CIE 1960 UCS均匀色空间2.7.4 CIE 1964W*U*V*均匀色空间及色差公式2.7.5 CIE 1976L*u*v*均匀色空间及色差公式2.7.6 CIE 1976L*a*b*均匀色空间及色差公式2.7.7 其它色差公式(Colour difference formula) 研究题目λ物体的颜色。

物体颜色按照混色原理，选择三个单色光后，对所有的颜色(即不同的光谱)都进行混色实验，就可以得出任何颜色光的混合比例，也就是说，用这三个比例系数可以描述颜色了。

9选择三种红、绿、蓝单色光（R ）、（G ）、（B ），称三原色光；9视觉匹配(称为颜色匹配实验)有限个整数波长的光，原理如下:解决方案及原理问题是，实验混合出所有可能的色光是无法实现的。

λ……700700∆⋅=⋅=∑∫C d C C λλ9不同，匹配系数不同！如图2-2。

92.2颜色匹配实验（CIE Color Matching Experiment）通过改变参加混合各色的量，是混合色与指定色在视觉上相一致的过程，称之为颜色匹配。

(A) 颜色转盘法：利用改变R、G、B三扇形面积调整色调、饱和度；改变黑色扇形面积调明度。

图2-4. 匹配实验-转盘法(B)色光混合匹配实验：配色时，调节R、G、B三色的光强度，直到混合色与指定色C相一致。

图2-5. 匹配实验-色光混合图2-6. 匹配实验-色光混合2.3 CIE 1931 RGBCIE。

为了能够得到一致的度量，国际照明委员会（International Commission on Illumination-Comission Internationale de l’Eclairage-简称CIE）规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统(CIE calorimetric system)。

CIE Standard•Human perception based standard (1931), established with color matching experiment•Standard observer: a composite of a group of 15 to 20peopleThe9The CIE standard observer resulted from experiments匹配实验步骤：色度学系统使用：：4.5907：0.0601补充：光度学辐照度(Radiosity)是指照射在样品上的光的能量，单位W/m2，例如太阳辐照度G≥700w/m2。

光谱辐照度是光谱辐射计量中最基本的参数，是研究各种辐射源及光电探测器特性的重要依据。

光亮度在数值上等于光源的单位面积向法线方向单位立体角发射出去的光通量。

单位：cd/m2（candela/平方米）3）三刺激值图2-8.光谱三刺激值曲线(或颜色匹配函数))(b λ)(g λr4) “光谱三刺激值”出现负值。

颜色匹配采用右图。

CIE Color Standard：RGB Color Matching Functions图2-9.CIE RGB颜色匹配函数RGB Color Matching Functions5)6)•当被测物体是自发光体时，•被测物体是非发光体时，透明体和不透明体的颜色刺激函数分别为：物体光谱辐亮度光谱辐亮度因数是在多色光照明下,来自荧光物体表面的反射和发射的辐亮度与在相同照明观测条件下非荧光参考样品的反射辐亮度之比。

7图2-10. CIE RGB色品坐标2.4 CIE 1931-XYZ(2°视场XYZ)2.4.1起源z“CIE 1931-RGB系统”是从实验得出的，可以用于计算任何光谱颜色，但计算中出现负值，不容易理解，使用不便。

所以，在1931年CIE推荐了一个新的国际通用的色度系统：“CIE 1931-XYZ”。

z采用三个假想的三原色X，Y，Z匹配等能光谱得到的三刺激值，定名为“CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“CIE 1931 标准色度观察者”。

这个系统叫做“CIE 1931 标准色度系统”，也称作“2°视场XYZ色度系统”。

z“CIE 1931 标准色度系统”是由“CIE 1931-RGB”系统推导来的。

XYZ •2.4.2 CIE 1931T r i s t i m u l u s v a l u e s 1.82.4.3 CIE 1931-XYZ z色度计算z2.4.4 CIE 1931色品图(Chromaticity Diagram)图2-12CIE1931标准色度系统光谱三刺激值色品图注意：它是二维的，等亮度的。

CIE Chromaticity Diagram0.9520 510 530 540 550 560 570 580 590 600 610 650X Y ZX =x X+Y+Z Y =y X+Y+Z Z =z X+Y+Z x+y+z = 1y505 5000.5495 490 485 4800.0 0.0470 4500.51.0x2.4.5 色品图的使用颜色混合。

When 2 colors are added together, the new color lies along the straight line between the original colors： (1) A is mixture of B (spectrally pure) and C (white light)，则：B - dominant wavelength(主波长) AC/BC (as a percentage) is excitation purity of A(纯度)，the closer A is to C, the whiter and less pure it is.描述颜色可以用CIE色品 坐标，色调和饱和度，还 可以用主波长、色纯度。

图2-13 色品图描述颜色概念(2) D and E are complementary colors(补色)，则： can be mixed to produce white light (3) F is a mix of G and C，则： F is non-spectral. Its dominant wavelength is the complement of B两色混合，混合色的变化随两色的变 化而变化。

补色律：两色混合产生白色或灰色， 此两色称为补色。

补色：两色相加得到白色或灰色 非补色：两色相加非白色或灰色Chromaticity Defined in Polar CoordinatesGiven a reference white. Dominant Wavelength – wavelength of the spectral color which added to the reference white, produces the given color.0.8 0.6 0.4reference white0.2 000.20.40.60.8Given a reference white. Dominant Wavelength Complementary Wavelength - wavelength of the spectral color which added to the given color, produces the reference white.0.8 0.6 0.4reference white0.2 000.20.40.60.8Given a reference white. Dominant Wavelength Complementary Wavelength Excitation Purity – the ratio of the lengths between the given color and reference white and between the dominant wavelength light and reference white. Ranges between 0 .. 1.0.8 0.6 0.4 0.2 0purityreference white00.20.40.60.8Color Naming0.9520 510 530 540 550y505 500 495green5600.5yellow- 570 green 580 yellow white pink490 cyan 485590 orange 600 610 red 650blue 480 purple470 450magenta0.0x0.51.0Blackbody Radiators and CIE Standard Illuminants CIE Standard Illuminants: 2500 - tungsten light (A) 4800 - Sunset 10K - blue sky 6500 - Average daylight (D65)色域(Color Gamut )Color Gamut is area of colors that a physical device can representDevice Color Gamut • We can use the CIE chromaticity diagram to compare the gamut of various devices: • Note, for example, that a color printer cannot reproduce all shades available on a color monitor2.4.6101010 2.5.12.5.2匹配实验和光谱三刺激值Array观察者？视场角度为的10°视场？三原色波长？2.5.3研究题目1．由“CIE 1931-RGB系统”推导“CIE 1931标准色度系统”。