第四章 光源的色度学
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chap-4
经数学变换，两组颜色空间色度坐标的相互转换
关系为：
x=(0.490r+0.310g+0.200b)/(0.667r+1.132g+1.200b) y=(0.177r+0.812g+0.010b)/(0.667r+1.132g+1.200b)
z=(0.000r+0.010g+0.990b)/(0.667r+1.132g+1.200b)
1931 CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺
激值，简称 1931 CIE-RGB系统标准观察者
用很多观察者 来实验，匹配 光谱的各个颜 色，得到很多 组不同的三刺 激值，最后取 它们三刺激值 的平均结果。
1931CIE-RGB系统的光谱三刺激值是从实验得出来
的，本来可以用于颜色测量和标定以及色度学计算， 但是实验结果得到的用来标定光谱色的原色出现了 负值(有些颜色纯度太高)，正负交替十分不便，不 宜理解。
2、颜色光的混合
调节上方 三原色光 到适应的 比例，即 可混合出 下方的待 匹配的色 光。
同色异谱：二个颜色在视觉上感觉相同，但光 谱组成却不一样。
二、颜色方程：
用数学的方程形式来描述颜色的匹配实验。 C≡R(R)+G(G)+B(B) ≡：代表匹配，即视觉上相等。 R、G、B代表)、(B)代表混合所用的三原色
在颜色转盘实验中，若处在中间位置的被匹
配的颜色很饱和，那么很难用前面的颜色转 盘实现颜色的匹配。
可把处在外圈的一种原色加到中心被匹配的
颜色上，相当于只用外周的二种颜色来与中 心的颜色匹配。
这样的话，方程 中就可能出现了 负值，但用这种 方法，可使各种 色调和饱和度的 颜色也能匹配的 出来。
现代色度学-第四章 色适应变换
图4-1. 显示器和印刷体图像有相同的色貌
4.1.2 色适应机理
色适应是指人眼对不同照明光源或不同观察条件的白 点变化的适应能力，最基本的色适应是对光源的适应， 即人类视觉系统使自己适应照明颜色变化的能力，以此 来近似的维持物体的色貌不变。 色适应是人眼彩色视觉机理之一，是视觉对照明色的 一种自动校正。 色适应与人眼视觉细胞的接收有直接的关系，因而可 依此寻求出“物体色与视觉细胞之间的色适应模型”。 J. von Kries于1902年首次提出一个基本假设：“人眼 的视觉感受器与心理知觉感受应当是呈互相独立而不会 相互影响”，即锥感受器对外界光刺激的响应相互独立。
⎛ L + Ln La = aL ⎜ ⎜L ⎝ white + Ln
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
βL
（4-15）
βM
⎛ M + Mn ⎞ Ma = aM ⎜ ⎟ ⎜M +M ⎟ n⎠ ⎝ white （4-16）
（4-16）
⎛ S + Sn S a = aS ⎜ ⎜S ⎝ white + S n⎞源自⎟ ⎟ ⎠βS前言
人眼视觉系统是一个动态机构，对外界环境的 变化作出调节。 视觉适应是对一定观察条件的最优响应，适应 包括明适应、暗适应和色适应。 照明光源的变化是最常见的观察条件变化。 光源色影响人类对于色彩的判断，色貌模型最 早解决的是关于照明光源对色貌的影响 。
4.1 色适应相关概念
4.1.1对应色
对应色(Corresponding Colors)是指在一种照明光源下被 观察颜色与另一种照明光源下被观察颜色有相同的色 貌。 即在不同光源或不同观察白场条件下有相同色貌的两 个刺激 。
（4-17）
LaMaSa是适应后的锥响应信号，LMS是输入锥响应信号； LwhiteMwhiteSwhite是适应场白点的锥响应，LnMnSn是附加的 噪声项；βLβMβS是幂函数的指数项，它们是由适应亮 度决定；LaMaSa是为了对中灰刺激产生颜色恒常的系数。
《光度学与色度学》课件
量和方向等属性。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光，具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量，单位为 勒克斯（Lux）。
表示光源在给定方向上的光强，单位为坎 德拉（Candela）。
表示单位面积上发出的光强，单位为尼特 （Nit）。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波，具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性，可以表现为 能量子的形式，具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度，常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求，如阅读、工作、娱乐 等，选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数，直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景，选 择合适的灯具类型和规格 ，如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好，结合房间的功能和布局，进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求，如商场、餐厅、办公室等，进行专业的照明设计 和布置，提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器，其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光，具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量，单位为 勒克斯（Lux）。
表示光源在给定方向上的光强，单位为坎 德拉（Candela）。
表示单位面积上发出的光强，单位为尼特 （Nit）。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波，具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性，可以表现为 能量子的形式，具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度，常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求，如阅读、工作、娱乐 等，选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数，直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景，选 择合适的灯具类型和规格 ，如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好，结合房间的功能和布局，进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求，如商场、餐厅、办公室等，进行专业的照明设计 和布置，提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器，其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。
《光度学与色度学》课件
光源的颜色混合：不同颜色的光源混合后，会产生新的颜色
光源的匹配：根据色度学原理，选择合适的光源进行匹配，以达到理想的照明效果
光源的色度学特性：光源的颜色、亮度、色温等特性，对色度学研究具有重要意义
光源的颜色混合与匹配的应用：在照明设计、摄影、电影制作等领域，光源的颜色混合与匹 配具有广泛的应用。
物体对光的反射与 吸收
光通量：表示光源发光能力的物理量 发光强度：表示光源在单位立体角内发出的光通量 照度：表示单位面积上接收到的光通量 亮度：表示单位面积上发出的光通量 色温：表示光源的颜色特性，单位为K（开尔文） 显色指数：表示光源对物体颜色的还原能力，数值越高，颜色还原越真
实
光度学基本概 念：光度学是 研究光的强度、 亮度和色度的
机遇：随着科技的 发展，光度学与色 度学在多个领域都 有广泛的应用前景
机遇：随着人们对生 活质量的要求不断提 高，光度学与色度学 在照明、显示等领域 的需求将持续增长
感谢您的观看
汇报人：
色度学基本概念
色相：颜色的基本属性，如红色、蓝色、绿色等 饱和度：颜色的纯度，即颜色的鲜艳程度 明度：颜色的亮度，即颜色的深浅程度
颜色混合：将两种或多种颜色 混合在一起，形成新的颜色
颜色匹配：将两种或多种颜色 混合在一起，形成新的颜色
颜色混合原理：根据光的叠加 原理，将不同颜色的光混合在
一起，形成新的颜色
科学
光度量之间的 关系：光度学 中，光度、亮 度和色度之间 存在一定的关
系
光度与亮度的 关系：光度是 光源发出的光 通量，亮度是 观察者接收到
的光通量
光度与色度的关 系：光度与色度 之间没有直接的 关系，但色度会 影响观察者对光
度的感知
色彩学第4章 颜色的混色系统--CIE色度学系统表色法 ln
4.2 CIE标准色度系统
2020/6/2
光谱轨迹：
2020/6/2
4.2 CIE标准色度系统
注意：出现了负的三刺激值与色度坐标值 加入待匹配色一侧视场的原色数量为负值。
CIE1931-RGB系统的光谱三刺激值r, g, b 是由实验获 得的，本来可以用于色度计算，但由于光谱三刺激值与色度 坐标都出现了负值，计算起来不方便，又不易理解，因此， 1931年CIE讨论推荐了一个新的国际通用色度系统— CIE1931-XYZ系统。
Test Lamp!
2020/6/2
2°
Masking Screeen
4.1 颜色匹配
实验证明：三原色的选择是任意的，只要它们相互 独立，也就是说任何一个原色不能由其余两个原色相 加产生。
各种实验方法已表明，无法找到一组三原色能够 将自然界中的所有色彩匹配出来。
2020/6/2
4.1 颜色匹配
4.1.2 三刺激值和色度图 A. 三刺激值
4.1 颜色匹配
2020/6/2
4.2 CIE标准色度系统
为了统一计算颜色的方法和数值，现代色度学采用CIE所规 定的一系列颜色测量原理、条件、数பைடு நூலகம்和计算方法，称为CIE标 准色度系统。这一色度系统以两组基本颜色视觉实验数据为基础：
•CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值
1°-4°视场
•CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值 10°视场左右
4.1 颜色匹配
2020/6/2
4.1 颜色匹配
4.1.1 色光混合实验
把两种颜色调节到视觉上相同或相等的过程叫作颜色 匹配。
颜 色 匹 配 实 验
2020/6/2
White Screen
四光源及其颜色特性
S（λ） 1
S（ l ） 1 S（ l ） 1
0.5
0.5
0.5
0 300
400
500
600
700
(nm)
0 300
400
500
600
700
(nm)
0 300
400
500
600
700
(nm)
4.2.2 绝对黑体的辐射 一、绝对黑体
1. 绝对黑体 绝对黑体是指在辐射作用下既不反射也不透 射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物 体。 在任何温度下，全部吸收任意波长的辐射能的 物体，称为绝对黑体，简称黑体(Black Body)。 吸收本领大的物体，发射本领也必然大；吸收 本领差的物体，发射本领也必然差。显然，绝 对黑体的吸收本领是所有物体中最大的。 物体加热到高温时便产生辐射。
4.1.2
光度学有关物理量
３．面发光度 对于一定面积的发光体，它的几何尺寸与光源 到被照面距离相比。 小面积dS，在单位面积内所发出的光通量为面 发光度，符号为M。 面发光度的单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 面发光度的数学表达式为 M
Φ S
dΦ = dΩ
如果发光表面各点均匀发光，则：
M =
4.1.2
ΦV (λ ) = 683∫ V (λ )Φe(λ ) λ d
400
700
对于暗视觉，按照CIE暗视觉光谱光视效率V′（λ）来评价辐射通量Φe （λ），在整个可见光谱区间可计算
ΦV (λ ) = 1755
∫
700
400
V ' ( λ ) Φ e ( λ ) dλ
555nm,1W,V=1,φ=683lm; 600nm,1W,V=0.631, φ=430.97lm； 650nm,1W,V=0.107, φ=73.08lm; 700nm,1W,V=0.0041, φ=2.8 若要得到相同的φ，后者的Φe(λ)须是555nm的1.58倍,9.35倍和 243.9倍
S（ l ） 1 S（ l ） 1
0.5
0.5
0.5
0 300
400
500
600
700
(nm)
0 300
400
500
600
700
(nm)
0 300
400
500
600
700
(nm)
4.2.2 绝对黑体的辐射 一、绝对黑体
1. 绝对黑体 绝对黑体是指在辐射作用下既不反射也不透 射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物 体。 在任何温度下，全部吸收任意波长的辐射能的 物体，称为绝对黑体，简称黑体(Black Body)。 吸收本领大的物体，发射本领也必然大；吸收 本领差的物体，发射本领也必然差。显然，绝 对黑体的吸收本领是所有物体中最大的。 物体加热到高温时便产生辐射。
4.1.2
光度学有关物理量
３．面发光度 对于一定面积的发光体，它的几何尺寸与光源 到被照面距离相比。 小面积dS，在单位面积内所发出的光通量为面 发光度，符号为M。 面发光度的单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 面发光度的数学表达式为 M
Φ S
dΦ = dΩ
如果发光表面各点均匀发光，则：
M =
4.1.2
ΦV (λ ) = 683∫ V (λ )Φe(λ ) λ d
400
700
对于暗视觉，按照CIE暗视觉光谱光视效率V′（λ）来评价辐射通量Φe （λ），在整个可见光谱区间可计算
ΦV (λ ) = 1755
∫
700
400
V ' ( λ ) Φ e ( λ ) dλ
555nm,1W,V=1,φ=683lm; 600nm,1W,V=0.631, φ=430.97lm； 650nm,1W,V=0.107, φ=73.08lm; 700nm,1W,V=0.0041, φ=2.8 若要得到相同的φ，后者的Φe(λ)须是555nm的1.58倍,9.35倍和 243.9倍
《光度学和色度学》课件
光度学和色度学在照明工程中用于设计和优化 光源，提供更好的照明效果。
显示技术
Hale Waihona Puke 光度学和色度学在显示技术中帮助实现更准确、 更逼真的颜色显示。
原色视频技术
光度学和色度学在原色视频技术中提供准确的 颜色还原和显色能力。
人类视觉研究
光度学和色度学在人类视觉研究中帮助我们更 好地了解人类对光和颜色的感知。
光度学和色度学在研究中的挑战
述颜色的方式，常用的有RGB、
CMYK和Lab等。
3
CIE色度图和CIE色度系数
CIE色度图是用来表示不同颜色的图
形，CIE色度系数是用来描述颜色的
显色指数和颜色一致性
4
数值。
显色指数是衡量光源显示物体真实颜 色能力的指标，颜色一致性是颜色在
不同光源下显示一致性的能力。
光度学和色度学的应用
照明工程
《光度学和色度学》PPT 课件
这是一份关于光度学和色度学的PPT课件，将介绍这两个领域的定义、概述、 应用和挑战等内容。让我们一起探索光与色的奥秘吧！
什么是光度学
定义和概要
光度学研究光的特性和量度，包括光通量、 光照度等。
辐射度和辐射通量
辐射度是单位面积上的辐射功率，辐射通量 是某个角度范围内通过的辐射能量。
1 测量技术和标准化
准确测量光和颜色需要先进的仪器和标准化的方法。
2 颜色缺陷和色盲
颜色缺陷和色盲对光和颜色的感知造成一定影响，需要进一步研究。
3 多色彩的处理和应用
现实世界中存在各种复杂的多色彩情景，如何处理和应用这些色彩成为一个挑战。
总结
光度学和色度学的 概念
光度学和色度学研究了光和 颜色的特性和量度。
显示技术
Hale Waihona Puke 光度学和色度学在显示技术中帮助实现更准确、 更逼真的颜色显示。
原色视频技术
光度学和色度学在原色视频技术中提供准确的 颜色还原和显色能力。
人类视觉研究
光度学和色度学在人类视觉研究中帮助我们更 好地了解人类对光和颜色的感知。
光度学和色度学在研究中的挑战
述颜色的方式，常用的有RGB、
CMYK和Lab等。
3
CIE色度图和CIE色度系数
CIE色度图是用来表示不同颜色的图
形，CIE色度系数是用来描述颜色的
显色指数和颜色一致性
4
数值。
显色指数是衡量光源显示物体真实颜 色能力的指标，颜色一致性是颜色在
不同光源下显示一致性的能力。
光度学和色度学的应用
照明工程
《光度学和色度学》PPT 课件
这是一份关于光度学和色度学的PPT课件，将介绍这两个领域的定义、概述、 应用和挑战等内容。让我们一起探索光与色的奥秘吧！
什么是光度学
定义和概要
光度学研究光的特性和量度，包括光通量、 光照度等。
辐射度和辐射通量
辐射度是单位面积上的辐射功率，辐射通量 是某个角度范围内通过的辐射能量。
1 测量技术和标准化
准确测量光和颜色需要先进的仪器和标准化的方法。
2 颜色缺陷和色盲
颜色缺陷和色盲对光和颜色的感知造成一定影响，需要进一步研究。
3 多色彩的处理和应用
现实世界中存在各种复杂的多色彩情景，如何处理和应用这些色彩成为一个挑战。
总结
光度学和色度学的 概念
光度学和色度学研究了光和 颜色的特性和量度。
《光源的色度学》幻灯片
一定的光谱能量分布表现出一个固定的光色，而 黑体辐射的光谱功率分布由温度决定。将光源的相对光 谱功率分布与某一温度下黑体辐射的相对光谱功率分布 相比较，如果某一光源与黑体在某一温度时的相对光谱 功率分布相吻合，这一光源的光色就可用此时黑体的温 度来表示，称为光源的颜色温度，简称色温。
色温用绝对温度表示，单位是K。
一、标准照明体 为了统一颜色测量的标准，CIE推荐四种标准照明体A、
B、C、D。 标准照明体是指特定的光谱功率分布。这一光谱功率
分布不是必须由一个光源直接提供，也不一定能用光源 来实现。
CIE标准照明体A、B、C由标准光源A、B、C来实现， 则两者的相对光谱功率分布应接近一致。标准照明体D, 目前还不能由真实的光源准确地实现,国际上正在研究具 有标准照明体D相对光谱功率分布的标准光源。
《光源的色度学》幻灯片
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第一节 光源的色温
一、绝对黑体
不同的光源有着不同的光谱能量分布，同时不同的光谱能 量分布又决定着光源有不同的颜色。光源的颜色特性取决于 发出的光线中不同波长的相对能量的比例。光源的光谱分布 既是它本身光色的的决定因素，又是影响物体呈色的重要因 素之一。
有了色温的概念，对于表达光源的光色提供了一个 有效的方法。但是仅靠色温并不能完全准确地表达所有 光源的光色。一般来说，当光源的加热情况与黑体的加 热情况相似时，光源的光色变化是根本符合黑体轨迹的。 比方白炽灯这一热辐射式的光源，当灯的钨丝通过电流 加热时，近似黑体的加热情况，所以色温对白炽灯光源 的表达恰如其分。但是有很多光源，其色度不一定能与 黑体加热时的色度完全一样，因此只能用与之最接近的 黑体的温度的色温来确定光源的色温。通过这种方法确 定的色温称之为相关色温。
色温用绝对温度表示，单位是K。
一、标准照明体 为了统一颜色测量的标准，CIE推荐四种标准照明体A、
B、C、D。 标准照明体是指特定的光谱功率分布。这一光谱功率
分布不是必须由一个光源直接提供，也不一定能用光源 来实现。
CIE标准照明体A、B、C由标准光源A、B、C来实现， 则两者的相对光谱功率分布应接近一致。标准照明体D, 目前还不能由真实的光源准确地实现,国际上正在研究具 有标准照明体D相对光谱功率分布的标准光源。
《光源的色度学》幻灯片
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第一节 光源的色温
一、绝对黑体
不同的光源有着不同的光谱能量分布，同时不同的光谱能 量分布又决定着光源有不同的颜色。光源的颜色特性取决于 发出的光线中不同波长的相对能量的比例。光源的光谱分布 既是它本身光色的的决定因素，又是影响物体呈色的重要因 素之一。
有了色温的概念，对于表达光源的光色提供了一个 有效的方法。但是仅靠色温并不能完全准确地表达所有 光源的光色。一般来说，当光源的加热情况与黑体的加 热情况相似时，光源的光色变化是根本符合黑体轨迹的。 比方白炽灯这一热辐射式的光源，当灯的钨丝通过电流 加热时，近似黑体的加热情况，所以色温对白炽灯光源 的表达恰如其分。但是有很多光源，其色度不一定能与 黑体加热时的色度完全一样，因此只能用与之最接近的 黑体的温度的色温来确定光源的色温。通过这种方法确 定的色温称之为相关色温。
颜色的测量和计算
（1）光谱光度仪旳构造特点
(1)—样品测量孔 (2)—漫反射积分球 (3)—脉冲氙灯 (4)—D65滤光片 (5)—UV滤光装置(6)—样品测量光束 (7)—样品测量接受器 (8)—参比测量光束 (9)—参比光束接受器(10)—镜面反射阱 (11)—透射样品放置槽 (12)—电子计算机
（一）仪器内测量用光源
样品被一束或多束光照明，照明光束旳轴线与样品表面旳法线成45±2°，观察方向与样品旳法线之间旳角度不超出10°，照明光束旳任一光线和照明光轴之间旳夹角不超出5°，观察光束在观察中也应该遵守一样旳限制 。
垂直/45°（0/45）
照明光束旳轴线与样品表面旳法线之间旳角度不超出10°，照明光束旳任一光线和照明光轴之间旳夹角不超出5°，观察光束在在观察中也应该遵守一样旳限制 。
第四章 颜色旳测量和计算
原则照明体
“照明体”：指特定旳光谱能量分布，这一光谱能量分布不一定由一种光源直接提供，也不一定能用特定光源来实现。“光源”：指真实存在旳物理辐射体。 CIE推荐使用过旳原则照明体：原则照明体A、B、C和D 。
一、光源
原则照明体A
原则照明体A是相当于黑体加温到2855.6K时所辐射出旳光，它旳色度坐标落在了CIE 1931色度图旳普朗克轨迹上。相对光谱功率分布曲线
2 目视测色 目视测色措施经过人眼旳观察，对颜色样品与原则颜色旳差别进行直接旳视觉比较，要求操作人员具有丰富旳颜色观察经验和敏锐旳判断力。即便如此，在其测色成果中仍不可防止地包括了某些人为旳主观原因，而且工作效率很低。 在进行目视测色时，首先要拟定原则旳照明和观察条件，该条件要必须能在较长旳时间内保持稳定。所以，一般需要采用光暗室(如原则灯箱)，而且光暗室旳光谱功率分布和照度应该恰好与样品需要旳照明条件一致。 周围场(surround) 指旳是光暗室旳内壁，其应该是无光泽和中性旳，而且其特定旳明度取决于被模拟旳照明环境。大多数光暗室旳明度L在60-70，由此取得了定向与漫射旳组合照明，以便观察被测物体颜色旳差别。假如待测物体不是高光泽材料，最佳不要变化周围场旳特征。当对高光泽材料进行评估时，光暗室旳背景应该涂成黑色，或采用黑色旳天鹅绒进行覆盖，这么能够消除由镜面反射造成旳光暗室背景旳图像。
色度学
11.顔色相加
颜色相加原理不仅使用于两个颜色的相加，而且可以扩展到 很多颜色的相加.
一个光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成的,我们可以 看成是很多颜色的相加,一个任意光源的三刺激值应等于匹配该光 源各波长光谱色的三刺激值之和。
若
C*1=R1+G1+B1
C*2=R2+G2+B2
C*3=C*1+C*2=R3+G3+B3
目录
➢ 前言 ➢ 光、视觉与颜色 ➢ CIE标准色度学系统 ➢ 同色异谱 ➢ 光源的色度学
前言
色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测 量的理论和技术的科学。这是一门上世纪发展 起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、 心理物理学等学科领域为基础的综合性科学。 色度学的建立，对颜色能够做定量的描述和控 制，为颜色工作者统一了标准。
三原色：用来产生混合色的红、绿、蓝。 三刺激值：为了匹配某一特定颜色 所需的三原色数量。 三原色 一定要用红、绿、蓝三种颜色吗？
最优三原色：三个原色不必定是红、 绿、蓝三色，也可以是其它三种颜色， 条件是三个原色中的任何一个不能由 其余两个相加混合出来。实验证明， 用红、绿、蓝三原色产生其他颜色最 方便，所有这三种颜色是最优三原色。
1.人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、色调、饱和度。
2.在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的 外貌也连续地变化。
补色律：如果某一颜色与其补色以适当比例混合，便产生 白色或灰色,即：A+A补=白色或灰色
中间色律：任何两个非补色混合，便产生中间色，其色调 决定于两颜色的相对数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上 的远近。
中央轴为孟塞尔明度值，代表无彩色白黑系列中性色 的明度等级。
光源的色度学
4.1 光源的色温 4.1.1 光源的光谱分布
• 光源的能量辐射随波长变化的关系称为 光源的光谱功率分布 • 光源的光谱分布决定了光源的颜色性能 • 光源的光谱分布分为：
连续光谱 带状或线状光谱 混合光谱
BIGC liuhaoxue@
光源光谱分布的类型
连续光谱分布
带状光谱分布
标准照明体D：代表各种时相的日光的相对光谱功 率分布，又名典型日光或重组日光。
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几种标准照明体的光谱分布
标准照明体A
标准照明体B 标准照明体C
标准照明体D65
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Illuminant D65 Daylight
1900
20~25
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4.4 印刷的照明条件
• 观察反射样品：
光谱分布：D65 亮度：500——1500 lx 显色指数Ra>90
• 观察透射样品：
光谱分布：D50 亮度： 1500 lx 显色指数Ra>90
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第四章 光源的色度学
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本章要点
• • • • • 理解标准照明体与标准光源的概念 掌握CIE标准照明体的种类和意义 掌握光源色温的定义和意义 掌握光源显色指数的意义 理解印刷行业标准照明和观察条件
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混合光谱分布
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不 同 光 谱 分 布 光 源 的 照 明 效 果
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光谱分布是表征光源颜色特性 的最基本参数
• 一般来说，连续光谱的光源颜色特性 最好，带状或线状光谱的颜色性能最 差 • 实际应用中，光源的光谱特性使用不 方便，使用光源的发光颜色和显色性 两个参数来表示光源的颜色特性
现代色度学-第四章 色适应变换
图4-2. 色适应机理：三种类型锥细 胞独立敏感性
4.1.3 色适应模型及色适应变换
• 色适应模型(Chromatic adaptation model：CAM) 是指能够将一种光源下三刺激值变换到另一种光源下 三刺激值而达到知觉匹配的理论。 • 色适应模型是预测色貌随光源照明变化，解决不同 照明光源或不同观察条件的白场下颜色匹配问题的。 • 色适应模型不是色貌模型的全部，因为色适应模型 没有考虑人眼视觉对明度、彩度、色相色貌属性的定 量描述，而这是一个色貌模型必须具备的条件。
4.2 色适应变换
色适应模型及色适应变换有许多种类，下 面介绍几种代表性模型，包括： von Kries、 Nayatani、 Fairchild CMCCAT2000（CIECAM97s色貌模型中采用） CAT02（CIECAM02色貌模型中采用）
4.2.1 von Kries模型
第一步：将CIE XYZ变换到锥响应
图4-3. 色适应变换及对应色预测流程
X1Y1Z1
来源端物理刺激 3×3矩阵：实现从XYZ变换到锥响应
L1M1S1
来源端锥响应 输入观察条件1白场：变换到适应后的锥响应
对 应 色
LaMaSaAa
适应后锥响应，目标端与来源端相同 输入观察条件2白场：变换到适应前的锥响应
L2M2S2ຫໍສະໝຸດ 目标端锥响应 3×3逆矩阵：实现从锥细胞响应变换XYZ
X2Y2Z2
目标端物理刺激
前两个步骤是色适应变换，后两个步骤是步骤是色适应逆变换，整 个过程是对应色变换。色适应首先将CIE三刺激值变换到锥响应空 间，这个变换一般采用3×3转换矩阵实现。其中转换矩阵成为色适 应变换的关键，将在下面详细介绍。然后根据观察条件的适应情况 预测适应后的锥响应，如果需要可以计算适应后的CIE三刺激值。
色彩学第4章颜色的混色系统CIE色度学系统表色法
暗视觉：
V Km
780
380 e V d
式中V(λ)为明视觉光谱光视效率；V′(λ)为暗视觉光谱光视 效率；Фv,Фv′为光通量，单位是流明(lm)；Фe(λ)是以波 长为自变量的辐通量，单位是瓦(W)；Km=683流明/瓦 (lm/w)；Km′=1755流明/瓦(lm/w)。
0.8
4.2.2 CIE1931XYZ标准色度系 统
1931年CIE在RGB系统的基础上，改用三个假想 的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统。将RGB 系统光谱三刺激值进行转换后，变为以X、Y、Z三 原色匹配等能光谱的三刺激值，定名为“CIE1931 标准色度观察者光谱三刺激值”，简称为 “CIE1931标准色度观察者”，记作x，y，z或x (λ) ，y (λ) ，z (λ) 。这一系统叫做“CIE1931标准 色度系统”或“CIE1931-XYZ”系统。
4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行
5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:57
•CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值 1°-4°视场
•CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值 大于4°视场、10°视场左右
4.2.1 CIE1931-RGB系统
１、选择三原色： 700nm(R)、546.1nm(G)、 ２、43确5.定8n三m原(B色) 单位：
将相加匹配出等能白光(E光源)时三原色 各自的数量定为三原色的单位。即从色彩角度， 三原色等量（R=G=B=1)混合得到白光。
第4章光源色度学分解资料讲解
2
典型日光色度的色度坐标
CIE规定典型日光(D)的色度坐标满足以下关系：
yD = -3.000 xD2 + 2.870 xD – 0.275
2
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
由于不准确，现已废除。
• 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。
P(， T)C 5 1ex(C p21/T） -1
由 光 谱 功 率 分 布 可 算 出 各 种 温 度 黑 体 相 应 的 CIE l931色度坐标，这些坐标在CIE l931色度图上形成的 弧形轨迹，称为黑体的色度轨迹。
2
§3-２
2
光源的色温和相关色温：
光源的色温： 某光源的色度与绝对黑体在某一温度下 的色度一样，
• 标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其他日光。 • 标准照明体E：（人为规定）可见光区内光谱辐射功率恒定的
光-称等能光谱、或等能白光。（其光谱光度分布于视见函数 相符）
• 现在最常用的标准照明体是A和D • 查表可得常用标准照明体的光谱功率分布
2
CIE 标准照明体的光谱功率分布曲线
B: T cp = 4874 K; C: T cp = 6774 K
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：
光度学和色度学简介
一、辐射通量 设光源表面 S(图 3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。此 光源表面一个面积元 dS 的辐射情况，可以用单位 时间内该面积元 dS 辐射出来的所有波长的光能量 (也就是通过该面积的辐射功率)来表示， 这就是面 积元 dS 的辐射通量。可用ε来表示，单位为瓦特。 于光源上任一面积元的辐射通量， 不同波长的 光在其中所占的相对数值是不同的。 为了表示光源 面积元所辐射的不同波长的光的相对辐射通量， 我 们引入分布函数 e(λ)的概念。 它就是在单位 时间内通过光源面λ积的某一波长附近的单 e(λ ) 位波长间隔内的光能量。是波长`λ的函数，它又称谱辐射通量 密度。 从光源面积元 dS 辐射出来的波长在λ到λ+d 间的光辐射通 量为
从光源面积元ds辐射出来的波长在到d间的光辐射通量为于是从面积元ds发出的各种波长的光的总辐射通量为deddde0二视见函数辐射通量代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分相等的辐射通量由于波长不同人眼的感觉也不相同
光度学和色度学简介
§1 光度学基本概念
φ = ∫ dϕ ∫ Iθ ,ϕ sin θ ⋅ dθ
0 0
2π
π
如果 I 不随θ和φ而变化(均匀发光体)，则得总光通量 Φ=4πI 。 总光通量表征光源的 特性。对于指定的发光体， 光具组不能增加总光通量， 光具组的作用只是把光通 量重新分配。 例如， 使它比 较集中在某些选定的方向 上， 而相应地减小其它某些 方向的发光强度。 在国际单位制中， 发光 强度的单位为坎德拉 (Candela)，单位代号：坎 (cd)。 1979 年第 16 届国际 计量大会(决议 3)规定坎 德拉的定义为： “坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该 光源发出频率为 540×1014Hz 的单色辐射，而且在此方向上的辐 射强度为(1／683)W／sr。 ” 此处 sr 为球面度。 空气中波长为 5550A 明视觉的视见函数为 1)的辐射对应的频率为 5400086×1014Hz。 略去尾数，则坎德拉新定义中的频率实际上就是明视觉最灵敏谱 线的频率。 值得指出的是，在国际单位制中，发光强度的单位是国际 单位制中七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。
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显色性最好！
常见光源的显色指数
光源名称
白炽灯(500瓦) 碘钨灯(500瓦) 溴钨灯(500瓦) 荧光灯(日光色40瓦) 外镇高压汞灯(400瓦)
CIE 色品坐标
x 0.447 u 0.255 y 0.408 v 0.350 x 0.458 u 0.261 y 0.411 v 0.351 x 0.409 u 0.237 y 0.391 v 0.342 x 0.310 u 0.192 y 0.339 v 0.315 x 0.334 u 0.184 y 0.412 v 0.340 x 0.378 u 0.203 y 0.434 v 0.349
第四章 光源的色度学
4.3 光源的显色性
光源的显色性：物体在光源照明下所呈现颜 色的真实性。
第四章 光源的色度学
光源显色性的评价：
1）选择一个参照标准光源 认为该光源照明下 日光、火光 的颜色是真实的 2）将待测光源下与参照标准光源下检验色样 品的颜色差异用来表征待测光源的显色性
待测光源下与参照标准光源下标准 样品的颜色偏差越小，则待测光源的显 色性越好。
第四章 光源的色度学
3） CIE规定：待测光源色温低于5000K时，用 完全辐射体(黑体)作为参照标准光源；待 测光源色温高于5000K时，用标准照明体D 作为参照标准光源。
规定：
光源的显色性用显色指数Ra表示。 参照光源的显色指数Ra=100； 当待测光源下与参照标准光源下的标准样 品颜色相同时，则此光源的显色指数为100， 显色性最好。反之，颜色差异越大，显色指数 越低。
D50, D5t D65 Daylight
Illuminant A Incandescent
第四章 光源的色度学
D65与A光源的对比：
D65光源蓝紫光成分多, A光源红光成分多，颜色相对偏红。
Illuminant F2 Cool White Fluorescent
相关色温(k)
2900 2700 3400 6600 5500
一般显色指数 Ra
95~100 95~100 95~100 70~80 30~40
内镇高压汞灯(450瓦)
镝灯(1000瓦) 高压钠灯(400瓦)
4400
4300 1900
30~40
85~95 20~25
x 0.369 u 0.222 y 0.367 v 0.330
第四章 光源的色度学
4.2 CIE标准照明体和标准光源 为了达到颜色度量与评价的一致性，需要 在共同约定的几种具有代表性的光源下标 定物体的颜色。为此，CIE推荐了标准照 明体和标准光源。
第四章 光源的色度学
标准照明体：指特定的光谱功率分布，这种 标准的光谱功率分布不必由一个光源直接提 供，也不一定能真正地实现。
第四章 光源的色度学
4.1 光源的颜色特性 4.2 CIE标准照明体和标准光源 4.3 光源的显色性
*4.5 CIE照明体D光谱数据的确定
4.6 印刷行业的标准照明条件
第四章 光源的色度学
4.1 光源的颜色特性
4.1.1 黑体 4.1.2 色温 4.1.3 相关色温
光源的颜色特性：
光源自身的颜色
光源的显色性
x 0.516 y 0.389 u 0.311 v 0.352
第四章 光源的色度学
第四章 光源的色度学
光源的颜色特性：
光源自身的颜色— 用色温（或相 关色温）、色 品坐标评价 光源的显色性— 用显色指数评价
第四章 光源的色度学
印刷行业所使用的光源:
观察反射样品—D65光源 显色指数〉90 观察透射样品—D50光源
4) 什么是光源的显色性，在哪些场合要注 意光源的显色性？
5)试说明光源的色温对物体显色的影响。
第四章 光源的色度学
4.5 印刷行业的标准照明条件
印刷行业标准:CY/T3 1999 “色评价照明标准”。
4.5.1 照明光源
观察反射样品: D65 观察透射样品: D50 显色指数Ra>90
4.5.2 照明条件
第四章 光源的色度学
A:色品坐标点落在黑体 轨迹上，2856K C：色品点位于黑体轨 迹的下方，相关色温大 约为6774K
注意：色温只是一种描述光源颜色的量值，色 温相同的光源它们的光谱组成可能会有很大的 不同。另外，它与光源本身的温度无关。
第四章 光源的色度学
光源的颜色特性：
光源自身的颜色— 用色温（或相 关色温）、色 品坐标评价 光源的显色性
（黑体）颜色≡温度(单位:开尔文K)
色温
注意：色温用来描述黑体的颜色
第四章 光源的色度学
黑体的辐射能量分布
红 黄
白
蓝
第四章 光源的色度学
黑体的色品坐标
普朗克轨迹
第四章 光源的色度学
4.1.2 色温
对光源而言
色温：当某种光源的色品(坐标)与某一温度下 的黑体色品(坐标)相同时，就称此时黑体的温 度为该光源的颜色温度，简称色温，用符号Tc 表示，单位为开尔文，用“K”表示。
1）反射样品的照明条件 2）透射样品的照明条件
毛玻璃
照度在500-1500lx 照度均匀度要大于80% 亮度在1000±250cd/m2 亮度均匀度要大于80%
样品
照明光
观测方向
漫射光
4.5.3 观测条件
1）观察反射样品
首选条件
替代条件
2）观察透射样品
观察面 用灰色蒙片形成灰背景
样品
保留白边 (50mm)
第四章 光源的色度学
4.1.1 黑体 黑体（辐射体）：
所辐射的光完全为热辐射的物体 （能够全部接受任何波长的辐射能） 太阳 黑房间里的白炽灯 锅炉上开的小孔 漆黑房间里的人 黑暗的房间里开启的烤箱
近似的理想黑体
第四章 光源的色度学
黑体的颜色特性：
黑体辐射体所发出辐射的波长组分（光谱 组成）仅仅取决于它的温度，即黑体的颜 色仅取决于它的温度。
标准光源：符合标准照明体规定的光谱功率 分布的物理发光体。
CIE先用相对光谱功率分布定义了标准 照明体，同时还规定了标准光源，以实现标 准照明体的相对光谱功率分布。
第四章 光源的色度学
第四章 光源的色度学
CIE标准照明体：
标准照明体A:代表绝对温度2856K的完全辐射体(黑体) 的辐射。色品坐标点落在CIE1931色品图的黑体轨迹。 标准照明体B：代表相关色温大约为4874K的直射日光， 它的光色相当于中午的日光，其色品点紧靠黑体轨迹。 标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光 。光色近似阴天天空的日光，其色品点位于黑体轨迹 的下方。 标准照明体D：代表各种时相的日光的相对光谱功率分 布，又名典型日光或重组日光。
第四章 光源的色度学
概念：
1）黑体，色温，相关色温 2）标准照明体，标准光源 3）显色性，显色指数
思考题：
1）A光源和D65光源相比，哪部分光波能 量含量高？偏什么颜色？ 2）光源的颜色特性从几方面表征？
第四章 光源的色度学
3）黑体有何特性？为什么用黑体的温度来 说明光源的颜色？色温相同光谱特性一致吗？
第四章 光源的色度学
CIE优先推荐D55，D65，D75 的相对光谱 功率分布作为代表日光的标准照明体，相 当于相关色温为5505K，6504K，7504K的D 照明体。 CIE建议，尽量用D65 来代表日光，在 不能应用D65 时则尽量使用D55 和D75。在印 刷应用中，常使用D50 作为标准照明条件。
概念:
1.黑体 2.光源的色温和显色性 3.标准照明体和标准光源
须掌握的问题:
1.定义标准照明体的目的和作用. 2.怎样描述光源的颜色特性? 3.为什么在印刷行业要推广应用标准照明 体和观察条件?
例如：某光源的光色与黑体加热到绝对温度2400K 所发出的光色相同时，则称此光源的色温为： 2400K 它在CIE1931色品图上的坐标为： x=0.4862，y=0.4147
第四章 光源的色度学
4.1.3 相关色温
相关色温：由于光源的色品坐标并不恰好落 在黑体轨迹上，所以只能用光源与黑体轨迹 最接近的颜色来确定该光源的色温，这样确 定的色温叫做相关色温。 例如：某光源的色品点最接近黑体加热到 4874K时的色品点，所以就定为该光源的相 关色温为4874K。