色度学
色度学的基本原理和应用
色度学的基本原理和应用1. 色度学的定义色度学是研究颜色的科学，包括颜色的感知、测量和应用。
色度学对于设计、艺术、心理学等领域具有重要意义，在工业生产、产品设计等方面也有广泛的应用。
2. 色度学的基本原理2.1 颜色感知人眼感知的颜色来自于光的频率和波长的变化。
不同频率和波长的光刺激了不同类型的感光细胞，进而产生不同的颜色感知。
2.2 颜色空间颜色空间是指将颜色以多维数据表示的数学模型。
常见的颜色空间有RGB色彩模式、CMYK色彩模式和HSV色彩模式等。
2.3 颜色测量颜色的测量是通过仪器来完成的，常见的颜色测量仪器包括光谱仪和色差计。
光谱仪可以将光分解成不同频率和波长的成分，从而获取颜色的光谱数据。
色差计用于比较样品与标准颜色之间的差异。
3. 色度学的应用3.1 设计与艺术色度学在设计与艺术领域中起到重要的作用。
设计师和艺术家可以通过研究颜色的组合和搭配，来创造出各种视觉效果和情绪表达。
色彩搭配的合理运用可以增强作品的吸引力和表现力。
3.2 印刷与出版在印刷与出版领域，色度学被广泛用于颜色的管理和控制。
通过色彩管理系统，可以确保在不同设备上印刷出一致的颜色效果。
色度学还可以帮助设计师选择合适的印刷材料和工艺，以获得符合要求的色彩效果。
3.3 产品设计色度学在产品设计方面起到了重要的指导作用。
通过研究用户的颜色喜好和心理反应，设计师可以选择适合的颜色方案，从而提升产品的吸引力和体验感。
3.4 心理学与行为学颜色对人的心理和行为产生影响，这是色度学与心理学和行为学相关的重要领域。
不同颜色可以引起不同的情绪和行为反应，例如红色可以引起兴奋和注意力，蓝色可以带来平静和放松。
3.5 照明工程色度学在照明工程中也有广泛应用。
通过合理设计照明系统的颜色温度和色彩分布，可以提高环境的舒适度和适应性。
色度学还可以帮助解决照明中的色彩溢出、光源选择等问题。
4. 总结色度学作为研究颜色的科学，对于设计、艺术和心理学等领域都具有重要意义。
0.3 色度学基础
颜色，一般需要三种颜色就可以达到匹配目的。 通常称在颜色匹配实验中选取的三种颜色为三原 色。 三原色可以任意选定； 但是三原色中任何一种原色不能由另外两种原
色相加混合得到； 最常用的是红（Red）、绿（Green）、蓝
（Blue）三原色。
4、色品坐标计算
反射物体色： () R()S()
为波长λ的光谱 三刺激值
4、色品坐标计算
计算出物体的颜色三刺激值后，由下式计算色品度 坐标，即归一化的颜色三刺激值。
x
X
X Y
Z
y
X
Y Y
Z
z
X
Z Y
Z
5、两种颜色合成
颜色相加计算 已知两种颜色各自的色品度坐标计算x1、y1、亮度
Y1， x2、y2、亮度Y2。 方法：混合色的三刺激值为各个混合色的三刺激值
1、归一化光谱功率分布函数S(λ)
光谱宽度：
光谱半波宽Δλ定义：相对光谱能量分布曲线上， 两个半极大值强度处对应的波长差。
LED的发光光谱的半宽度：一般为30－100nm。 物理意义：光谱宽度窄意味着单色性好，光谱
纯度高，发光颜色鲜明 。
峰值波长 λp：最大值处对应的波长。 注：光谱功率的图形有分立、不规则等图。
也就是光通量比例，但若是光功率的比例 则要用辐射度和光度学换算色视觉规律、颜色测量理 论与技术的学科。颜色感觉与听觉、嗅觉、味 觉等一样都是外界刺激使人的感觉器官产生的 感觉。
色度学是研究颜色度量和评价方法的学科，是 以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学 科为基础的综合性科学。
现代色度学，是一门实验性非常强的学科。
内容
10、三原色配白光比例计算
4_第五章 色度学基础
0.8
0.6
0.4 E 0.2
四、颜色相加原理
1．两颜色光相加原理 如果： C1 ≡R1 (R) + G1 (G) + B1 (B) C2 ≡R2 (R) + G2 (G) + B2 (B) C1 和C2 的混合色C（C≡C1+C2 ）可用C1 和 C2 三原色光数量的各自之和R、G、B匹配 出来。
课堂练习1： 1．写出等能白光的颜色方程. 2 . 求R、G、B三原色的色度坐标.
3．标准白光（E）的色度坐标： r 0.3333，g 0.3333，b 0.3333 E（0.3333，0.3333，0.3333）
4．色度图：麦克斯韦颜色三角形 直角三角形的平面坐标图 三角形的三个角分别代表(R)、(G)、(B)三原色。 g
CIE1931标准色度观察者
• 1931CIE-RGB系统 • 物体的颜色既决定于外界物理刺激，又决定于人 的视觉特性。颜色的测量和标定应符合人眼的观 察结果，为了标定颜色，首先改变必须研究人眼 的颜色视觉特性。 • 为此，许多科学家做了大量实验，如莱特 （W.D.Wright）和吉尔德（J.Guild），他们各自选 择了原色，由多名观察者在2⁰视角范围内匹配等 能光谱的各种颜色，绘制了多名观察者的平均结 果曲线和表示光谱轨迹的色度图。
C ≡R(R) + G(G) + B(B) R R1 + R2 G G1 + G2 B B 1 + B2 R1、G1、B1——C1的三刺激值； R2、G2、B2——C2的三刺激值 R、G、B——混合色C的三刺激值 混合色的三刺激值为各组成色三刺激值各自之和。
2．多颜色光的相加原理 (1)一个任意光源的三刺激值R、G、B应等 于匹配该光源各波长光谱色的三刺激值 各自之和，即： R ΣR()Δ G ΣG()Δ B ΣB()Δ
色度学基础(色温)
饱和度是指色彩的鲜艳程度，也称色彩的纯度。饱和度取决于该色中含色成分和消色成分 （灰色）的比例。含色成分越大，饱和度越大；消色成分越大，饱和度越小。
Brightness亮度
彩色三要素
Hue Lightness Saturation
混色规律及实现方法
相加混色——光的合成，各分色的光谱成分相加，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基
表色系统
显色系统(Color Appearance System) (按照所见颜色的心理感受对颜色进行分类、整理)
混色系统 (根据光的混色实验，按照必要的基准色光的混和 量 ，对某种颜色与基准颜色是否相等作出判断)
孟塞尔(Muncell) 表色系统 德国DIN表色系统 瑞典Nature Color system
CIE表色系统 CIE1931RGB CIE1931XYZ CIE1976 L*a*b* CIE1960 L*u*v*
孟塞尔表色系统
竖直方向 ➢中央轴代表明度，它在底盘位置的明度为0，代表黑色；而在中央轴的顶端的照度为102，代表白色；在 此二位置的中间则均分为10等分。由此，照度轴上共有11个刻度。 水平方向 ➢孟塞尔立体的剖面还用横竖线分成很多小格,离中央轴的水平距离则用饱和度表示。饱和度C的竖直有2、 4、6、8、10、12、14。 底盘弧度方向 ➢底盘有五个主要色相：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）和五个中间色调：黄红（YR）、 绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。
冷暖色调
生理上的感觉如，红、橙、黄为暖色系；蓝、绿、黑为冷色系。
色温
早霞 黄昏 正午 其它白天时段 白天正午的阴影和月夜 白炽灯 聚光灯 烛光 新闻灯 三基色日光灯 商场日光灯 蜡烛及火光 朝阳及夕阳 家用钨丝灯 日出后一小时阳光
色度学原理与CIE标准色度学系统
色度学原理与CIE标准色度学系统一、引言色度学是一门研究颜色的科学，它涉及到物体反射、发射和感知的光的属性。
色度学的研究对于许多应用领域都具有重要意义，如图像处理、印刷、设计等。
CIE标准色度学系统作为国际上广泛应用的色度学标准，为我们提供了描述颜色的一套分析方法和标准。
二、色度学基础2.1 光的色彩与频率色彩来源于光的特性，光的色彩与其频率有直接关系。
常见的可见光波长范围在380-780纳米之间，对应的频率范围为400-790THz。
不同频率的光波经过人眼感觉，形成不同的颜色感知。
2.2 色光三基色原理色光三基色原理是指将可见光的色彩分解为三种基本色彩，通过不同的基本色彩的混合来形成各种其他颜色。
一般来说，最常用的三基色是红色、绿色和蓝色，这也是彩色显示技术的基础。
2.3 颜色感知人眼对于颜色的感知是通过视锥细胞来实现的。
根据颜色的感知级别，可以将颜色分为亮度、饱和度和色相三个属性。
亮度表示颜色的明暗程度，饱和度表示颜色的纯度，色相表示颜色的种类和类别。
三、CIE标准色度学系统3.1 CIE标准色度学系统简介CIE标准色度学系统是国际照明委员会（CIE）制定的一套描述和标准化颜色的系统。
它通过数学模型和测量标准，将各种颜色归纳成一组三刺激值，即人眼对应的红、绿、蓝三种光的感知量。
3.2 CIE XYZ色彩空间CIE XYZ色彩空间是CIE标准色度学系统的基础，它是一种线性变换的色彩空间，能够精确地表示所有可见光的颜色。
CIE XYZ色彩空间以人眼的感知为基础，通过三个轴表示红、绿、蓝三种感知的亮度值。
3.3 CIE色度图CIE色度图是CIE标准色度学系统中的一种图形表示方式，它将颜色以坐标的形式展示在一个平面内。
CIE色度图中，色度坐标表示颜色的色相和饱和度，亮度值表示颜色的亮度。
通过CIE色度图，可以直观地比较不同颜色之间的差异。
3.4 CIE L a b*色彩空间CIE L a b色彩空间是一种非线性变换的色彩空间，它将颜色表示为一组三维坐标。
色度学介绍汇总
1
1 相关定义 2 颜色视觉 3 CIE标准色度学系统 4 色温及标准照明体的定义
2
色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的 理论与技术的科学
色彩感知
光源（Light） 物体（Object） 观察者（Observer）
3
光通量—按照CIE规定的人眼的视觉特性来评价的辐通 量。 单位：流明（lm）
绿，蓝三原色的数量（三刺激值），颜色方程为
Ｃ* ≡R[R] +G[G] +B[B]
如果被匹配的颜色很饱和，用红，绿，蓝三原色实现不 了匹配，这种情况下可把一种原色加到被匹配的颜色上， 再用另外两原色进行匹配，这一颜色关系可用下式表示：
Ｃ* +R[R] ≡G[G] +B[B]
这一方程在色度学中写成：
和g两个坐标即可表示一 个颜色
B (0,0,1)
(R,G,B)
某一颜色C*的一个单位
(C)≡ r(R)+g(G)+b(B)
(1,0,0)
(0,1,0) G
(r,g)
R
11
根据格拉斯曼颜色混合的代替律，可以得到颜色相加原
理为：R3 = R1 + R2， G3 = G1 + G2， B3 = B1 + B2
饱和度：表示彩色的纯洁性，可见光谱 的各种单色光是最饱和的彩色。
7
孟塞尔标号： H V/C=色调 明度值/彩度
8
把两个颜色调整成视觉上相同或相等的方法称之颜色匹配
以三原色R(700nm)；G(546.1nm)；B(435.8nm)匹配等能白光 (匹配相同能量各波长的光谱色)
9
Ｃ*代表被匹配的颜色，以[R]，[G]，[B]分别代表产生混 合色的红，绿，蓝三原色，又以R，G，B 分别代表红，
第二章色度学
第二章色度学§1概论：色度学的基本问题§1-1 颜色学是多学科的交叉。
（1）颜色是光学现象：光源、光谱、辐射、反射、透射。
----物理学（2）颜色是视觉现象：生理学和心理学（3）颜料与染料：物理化学（4）颜色与艺术:：美学、设计、流行色等（5）颜色与环境：管理技术、行为科学、（6）颜色与历史、政治、民族、宗教等。
有关颜色的许多问题不可能以严格的科学方法来解决，色彩史年表§1-2 色度学及其基本问题：色度学是关于颜色的定量与度量的科学，基本问题：（1）颜色的定义（2）颜色知觉，颜色视觉理论。
（3）颜色知觉的量化：颜色刺激值的计算。
（4）颜色的测量及色差的测量（5）光源问题（6）颜色的复现颜色匹配理论（7）颜色的的排列颜色空间，色序系统。
（8）应用问题§1-3部分颜色的术语：心理学概念：（1）颜色的定义：（讨论）目视知觉的一种属性，凭借这种属性一个观察者能够识别两个同样大小，同样形状、同样结构的视场之间的差别。
（2）颜色的三个属性：色调、明度（亮度）、饱和度（心理学的概念）色调：目视知觉的一种属性，给出颜色的名称：红、黄、绿、蓝等明度：非自发光体黑白、或完全透明到完全不透明的划分。
亮度：自发光体亮暗程度的划分。
饱和度：纯色在总的色知觉中的比例。
彩度：春彩色的量，随明度的增加提高。
心理物理学概念：（1）颜色：目视刺激的一种特征，凭借这种特征一个观察者能够识别两个同样大小，同样形状、同样结构的视场之间的差别。
这种差别由光刺激的光谱成分之间的差别所引起，（2）色刺激：进入人眼引起彩色或非彩色感觉的可见光辐射〉（3）原色：用以混合产生其他各种颜色的基本色，其本身不能互相混合长生（一般取红绿蓝）（4）光源色：有光源发射的可见光的颜色（5）物体色：光被物体反射或透射的颜色。
（6）互补色：两种颜色混合产生非彩色的灰色。
§2 颜色视觉现象与颜色视觉理论：§2-1 颜色视觉现象（常见）（1）三原色与颜色混合现象：用红绿蓝三色相加混合可以引起人眼的各种不同的彩色知觉。
色度学基础知识
色度学基础知识什么是色度学？色度学是研究色彩的科学，也被称为颜色学。
它涉及颜色的感知、产生、测量和应用等各个方面。
色度学不仅仅关注颜色的外观，还研究颜色的物理和化学特性以及其在人类生活和工业中的应用。
主观与客观颜色在色度学中，我们经常讨论主观和客观颜色。
主观颜色是指人们通过视觉系统感知到的颜色，它受到个体的视觉特性和观察条件的影响。
相比之下，客观颜色是测量和描述颜色特性的科学方法。
在主观颜色的研究中，我们了解了人类视觉系统的工作原理。
视觉系统通过不同类型的感光细胞和神经传递来识别和解释外部光线的不同波长。
这些信息被传递到大脑中的视觉皮层，并被解释为不同的颜色。
客观颜色的研究则使用了各种仪器和方法来测量和描述颜色。
光谱仪是一种常用的工具，可以将光线分解为其组成的不同波长。
通过测量各个波长的强度，可以确定光线的颜色。
色彩空间色彩空间是用来描述颜色的一种系统。
它由不同的坐标轴组成，每个坐标轴表示颜色的一个特定属性。
常见的色彩空间有RGB、CMYK和HSB等。
•RGB色彩空间是由红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）三个原色组成的。
这种色彩空间常用于电子设备和计算机上的颜色显示。
•CMYK色彩空间是由青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Black）四个颜色组成的。
它常用于印刷行业，用于混合油墨来产生不同的颜色。
•HSB色彩空间代表色相（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）。
色相表示颜色的种类，饱和度表示颜色的纯度，亮度表示颜色的明暗程度。
不同的色彩空间可以用来描述不同的颜色特性，选择适合的色彩空间可以更准确地表示和处理颜色。
颜色的应用在生活和工业中，颜色有许多应用。
颜色可以通过情绪而产生不同的影响，对于个人和品牌来说具有重要的影响力。
在设计领域，颜色可以用来传达特定的情感和理念。
例如，在广告中使用红色可以引起人们的注意力和兴奋感，而使用蓝色则可以传达平静和安全的感觉。
色度学基础
• 例如，某个混色后的色效果，可以表示成下式。 • F=3.6（R）+4.8（G）+0.8（B） • 这个表达式的意义是： • 红色分量是3.6个红单基色量 R=3.6 • 绿色分量是4.8个绿单基色量 G=4..8 • 蓝色分量是0.8个蓝单基色量 B=0.8 • 可见（2.3）式中的R、G、B在实际应用中是一些具体 的数字量。这三个值称为“三刺激值”。这三个值决 定了混色光的结果颜色性能，还决定了混色光的光通 量。
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 术的学科。颜色感觉与听觉、嗅觉、味觉等一样都是
外界刺激使人的感觉器官产生的感觉。
• 色度学是研究颜色度量和评价方法的学科，是宜光学、
视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合
性科学。
基本物理量
1、色品坐标 色品坐标（x，y）和色品坐标（u，v）来自色度学，这个坐标 是人为构建的一个颜色坐标体系，最初来源于颜色匹配实验，构 建出 R G B 坐标系，后来发现这个坐标系不便于计算，又利用数 学方法转换成没有负值的xy坐标系，这个时候 里面对应的坐标值 就是你说的色品坐标（x，y），在这个坐标之后人们发现x,y坐标 和人眼对颜色的感知上来说并不是均匀的，为了改变色度坐标图 中颜色宽容量不等的缺陷，国际照明委员会于1960年，建立了U-V 色度坐标图，也称均匀色度坐标图。两者在数学的关系是：
基本物理量
基本物理量
8、色偏差 是指电脑计算的配方与目标标准的相差，以单一照明光源下计算，
数值愈小，准确度则愈高。但是要注意，它只代表某一光源下的
颜色比较，未能检测于不同光源下的偏差。
归一化光谱功率分布函数S(λ)
• 归一化光谱功率分布：辐射功率与波长的函数关系。
色度学
Y k S ( ) ( ) y ( ) d
Z k S ( ) ( ) z ( ) d
S ( ) : 光源光譜功率分佈 ( ) : 物體反射率 k : 調整因數
物体色度坐标：
x
X X Y Z
,y
Y X Y Z
X= (1) ( ) x( )d =
即满足
Y= (1) Z= (1)
( ) y( )d = ( ) z( )d =
(2) ( ) x( )d
(2)
( ) y( )d
(2)
( ) z( )d
条件:
( ) = ( ) S( )
L* 116 (
适用于量测自发光物体
例如 : 含荧光物质
Y 13 Y ) 16 , 0.01 Y0 Y0
' ' u* 13L* (u ' u0 ) , v* 13L* (v ' v0 )
4X 9Y , v' X 15Y 3Z X 15Y 3Z 4X0 9Y0 ' ' u0 , v0 X 0 15Y0 3Z 0 X 0 15Y0 3Z 0 u'
吸收.反射.透射
1.3物体光的刺激后，视网膜的兴奋传到大脑中枢而
产生的感觉。因此颜色与人的生理状况和心理情绪有关。颜色
是主观量而非客观量。 • • • 光源的类型（日光，灯光）及性质。 被照明物体的性质（组成成分）及状态（表面光洁度）。 观察者所处的周围环境（明暗程度），照明条件，观察角度。
2.1如何看到颜色
至20世纪70年代后，三色 所证实。例如，有人用不超过 的细小单色光束，逐个检查并 的光谱吸收曲线，发现视网膜 收光谱，其峰值分别在564nm 处，相当于红、绿、蓝三色光 用微电极记录单个视锥细胞感 也观察到不同单色光引起的超 的幅度在不同的视锥细胞是不 情况也符合三色学说。
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。
色度学基础(色温)
r
X
1.275
Y
-1.739
Z
-0.743
g -0.278 2.767 0.141
b 0.003 -0.028 1.602
CIE-RGB与CIE-XYZ系统的转换关系:
三刺激值关系:
X = 0.490 0.310 0.200
R
Y = 0.177 0.812 0.011
摄影用钨丝灯 早晨及午后阳光 摄影用石英灯 平常白昼 220V日光灯 晴天中午太阳 普通日光灯 阴天 HMI灯 晴天时的阴影下 水银灯 雪地 电视萤光幕 蓝天无云的天空
3200K 4300K 3200K 5000~6000K 3500~4000K 5400K 4500~6000K 6000K以上 5600K 6000~7000K 5800K 7000~8500K 5500~8000K 10000K以上
CIE表色系统 CIE1931RGB CIE1931XYZ CIE1976 L*a*b* CIE1960 L*u*v*
孟塞尔表色系统
竖直方向 中央轴代表明度，它在底盘位置的明度为0，代表黑色；而在中央轴的顶端的照度为102，代表白色；在此 二位置的中间则均分为10等分。由此，照度轴上共有11个刻度。 水平方向 孟塞尔立体的剖面还用横竖线分成很多小格,离中央轴的水平距离则用饱和度表示。饱和度C的竖直有2、4、 6.8、10、12、14。 底盘弧度方向 底盘有五个主要色相：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）和五个中间色调：黄红（YR）、 绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。
4.00
5.00
6.00
7.00
L公L사司BByLU
实验报告色度学(中大)
实验报告：色度学测量中山大学 光信一、 色度学相关概念解释：1）色度学主要是研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。
自然界中所有的颜色分黑白和彩色两个系列，黑白以外的所有颜色均为彩色系列，其波长范为在380~780nm 之间。
彩色有三个特性，即明度、色调、色纯度（也成为饱和度）2）明度（又称亮度纯度）：是指一种主波长的光谱色被白光冲淡的程度，实质上是表示了主波长光谱色的三刺激值在样品三刺激值中所占的比重。
在计算时，用样品的主波长的y 坐标与样品色坐标的y 值的差值乘以兴奋纯度来表示。
3）色调（也称主波长）：反映颜色的类别。
彩色物体的色调决定与在光照明下反射光的光谱成分。
对于透射光，其色调由透射光的波长分布或光谱决定。
色调又称主波长，一种颜色的主波长指的是某一种光谱色的波长，这种光谱色按一定比例与一种确定的参照光源相加混合，能匹配出该颜色。
4）色纯度（也称饱和纯度、饱和度）：饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。
对于统一色调的彩色光，饱和度越高，颜色越深；反之颜色越浅。
饱和度实际上表征了掺入白光的多少。
色调与饱和度合称色度，它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。
5）色度纯度：是指主波长的光谱色在样品中所占亮度的比例，在CIE 色度图上用白光到样品点的距离与样品点到主波长点的距离的比例表示。
6）1931 C.I.E 系统：是国际照明委员会为统一对物体颜色的度量效果而制定的一套标准色度系统。
在C.I.E 系统中，三个基本颜色被称为“基础激励”，一个颜色 使用的的三色激励值（又称三刺激值）表示，三刺激值即为混合某一种颜色时所需的三个基色的数量，分别用X 、Y 、Z 表示。
理论上为了定量地表示颜色，采用平面直角色度坐标：Z Y X X x ++= Z Y X Y y ++= ZY X Z z ++= （1） x 、y 、z 分别是红、绿、蓝三基色的比例系数，x +y +z =1。
用C 代表一种颜色，R,G,B 表示红、绿、蓝三基色，则)()()()(B z G y R x C ++=λ （2）所有光谱色在色坐标上为一马蹄形曲线，该图称为CIE1931色坐标，图中以三基色为顶点的三角形内的所有颜色都能用三基色按一定量匹配得到。
第一色度学基础优秀课件
第 10 页
第一章 色度学基础
1-1 彩色光三要素（HSB彩色模式）
明度在三要素中具较强的独立性，它可以不带任何 色相的特征而通过黑白灰的关系单独呈现出来。色 相与纯度则必须依赖一定的明暗才能显现，色彩一 旦发生，明暗关系就会同时出现，在我们进行一幅 素描的过程中，需要把对象的有彩色关系抽象为明 暗色调，这就需要有对明暗的敏锐判断力。我们可 以把这种抽象出来的明度关系看做色彩的骨骼，它 是色彩结构的关键。
第 16 页
第一章 色度学基础
1-3 相加混色（RGB彩色模式）
彩色电视技术中采用的是将红、绿、蓝三种基
色光按不同比例相加，从而获得不同的彩色光的方
法，称为相加混色法，又称RGB彩色模式，在这种
第一章 色度学基础
1-2 三基色原理
1. 自然界中任何一种颜色都可分解为 三种基色来反映。
2. 用三种基色可以合成自然界中绝大多数颜色， 合成颜色的亮度由三个基色的亮度之和决定； 合成颜色的色度由三个基色分量的比例决定。
3. 三种基色应该是相互独立的。也就是说，三基 色的任何一种都不能由另外两种基色合成产生。
第9页
第一章 色度学基础
1-1 彩色光三要素（HSB彩色模式）
4. 三要素相互关系 在无彩色中，明度最高的色为白色，明度最低的色
为黑色，中间存在一个从亮到暗的灰色系列。在有 彩色中，任何一种纯度色都有着自己的明度特征。 例如，黄色为明度最高的色，处于光谱的中心位置， 紫色是明度最低的色，处于光谱的边缘，一个彩色 物体表面的光反射率越大，对视觉刺激的程度越大， 看上去就越亮，这一颜色的明度就越高。
高饱和度的彩色光可以因掺入白光而被冲淡，变 成低饱和度的彩色光。例如，投射到白纸上一束高饱 和度的红光，则人们看到白纸呈现为深红色。如再将 一束白光同时投射到该纸上则人眼虽然仍感觉到红色 色调，但已变成了淡红色，即饱和度降低了。投射的
色度学
色度学是—门研究彩色计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。
彩色视觉是人眼的—种明视觉。
彩色光的基本参数有：明亮度、色调和饱和度。
明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。
一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。
色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。
彩色物体的色调决定于在光照明下所反射光的光谱成分。
例如，某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势，而其它成分被吸收掉了。
对于透射光，其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。
饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。
对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。
高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光。
因而饱和度是色光纯度的反映。
100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光阴纯色光。
色调与饱和度又合称为色度，它即说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。
应强调指出，虽然不同波长的色光会引起不同的彩色感觉，但相同的彩色感觉却可来自不同的光谱成分组合。
例如，适当比例的红光和绿光混合后，可产生与单色黄光相同的彩色视觉效果。
事实上，自然界中所有彩色都可以由三种基本彩色混合而成，这就是三基色原理。
基于以上事实，有人提出了一种假设，认为视网膜上的视锥细胞有三种类型，即红视谁细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。
黄光既能激励红视锥细胞，又能激励绿视锥细胞。
由此可推论，当红光和绿光同时到达视网膜时，这两种视锥细胞同时受到激励，所造成的视觉效果与单色黄光没有区别。
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＝白彩色还可由混合各种比例的绘画颜料或染料来配出，这就是相减混色。
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以上为转载文章基本概念色彩构成三要素：光源、被照射物体、可感觉色的眼睛和头脑（光源、物体、观测者）。
光源光源：宇宙间主要光源为太阳，会产生电磁波的振动，向四周传达光与热，其中一小段的电磁波为人眼可见，称为可见光。
被照射物体1.透射（Transmission）：透射是入射光经过折射穿过物体的现象，被透射之物体为透明体或是半透明体。
若是无色的物体，除了少数光从物体的两个表面反射外，大多数光是透射过物体。
2.吸收（Absorption）：当入射光照射在物体上，此物体会吸收部份可见光而显示出颜色；如果吸收全部的光则会呈现黑色；意即我们能看到物体的颜色是要光源含有该颜色，而被照射的物体反射出该颜色如此人眼才能看见该物体的颜色。
3.反射：（Reflection）：⏹镜面反射（Specular reflection）：发生于平而光滑的表面上，当光以某种角度射在平面上，则以同角度反射其光，物体的光泽是来自镜面反射。
⏹扩散反射（Diffuse reflection）：一般发生于粗糙表面上，入射光以很多不同的角度被反射，此扩散反射能显示物体的形状、大小、颜色和组织构造。
⏹大多数的透明体及不透明体的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散射的扩散反射。
4.散射（Scattering）：散射是指光被细粒子紊乱转向的现象，例如天空的青蓝色和云的白色都是散射的结果；当有足够的散射时，我们可以说光从物质被扩散反射。
可感觉颜色的眼睛与头脑1.眼睛与头脑：最重要的色彩侦测器是眼睛、神经系统及头脑。
眼睛中最重要的感光部份是网膜；而网膜中有杆状体（rod）及圆锥体（cones），其中圆锥体对不同波长的光有不同的分光感应曲线，因此要取代眼睛的侦测器也要有分光感应曲线的功能。
2.刺激值：将色产生的三要素联合起来就是色的信号或刺激（stimulus）。
头脑能将此刺激值转变成色的感觉，意即将照明光源光谱能量分布曲线乘以物体的分光反射率分曲线再乘以侦测器（或眼睛）的分光感应曲线就能得到色的刺激值。
3.分光资料互换：物体的分光反射率曲线比色彩三属性（色相、明度、彩度）包含更多的资料；色彩三属性的数据可以由分光反射率来求得，但是三属性的数据无法转换成分光反射曲线。
演色性演色性：当影响色彩的三要素──光源、物体、观测者其中之一被改变，会造成色刺激值的不同；例如：物体及观测者维持不变，光源改变，则可预知因为光源的改变，造成11此种由于光源的改变而造成物体色彩不同的情形即称为演色性（Color rendition）。
色变现象色变现象：两个物体在某一个光源下能对色，但是至少在另一个光源下无法对色，此一现象即称为色变现象（metamerism）。
色彩表示法色彩表示法有二种：一为显色系统-依据实际色物体的搜集给予有系统的排列及描述而得的系统；一为混色系统-基于三原色光来混合出许多色彩所归纳的系统，目前为止最重要的混色系统是以仪器测量色彩的CIE系统。
显色系统⏹显色系统：大部份显色系统是依据色彩的三属性：色相（hue）、明度（Valueh, Lightness,Brightness）、彩度（Chroma, Saturation）。
1.色相（hue）：表示红、橙、黄、绿、蓝、紫等色彩系统的术语。
由分光反射率曲线来判断，则视最高峰的波长色，即为该物体的色相。
2.明度（Valueh, Lightness, Brightness）：若无色彩时，则由白－灰－黑所组成。
若由分光反射率曲线来判断，则视其波峰与波谷的平均大小而定。
3.彩度（Chroma, Saturation）：是色彩的纯粹度。
指绝对不含白、灰、黑等无彩色成份的颜色。
由分光反射率曲线来判断，则可视其波峰与波谷的差数。
彩度高则含黑白量少，彩度低则含黑白量高。
混色系统⏹混色系统：此系统是根据论与实验认为所有色彩都可以由红、绿、蓝色光三原色混合而成，此三原色称为光的原刺激值；因此在选定色料时，可用仪器量测出色料的三刺激值，使色彩的刺激与颜色的感觉能以定量的方式表达，此三种原色的刺激量即称为三刺激值（tristimulus values）；此表色法目前以国际照明委员会CIE系统最为普遍。
CIE标准光源⏹CIE 标准光源：CIE于1931年推出A、B、C三种标准光源。
由于荧光白剂的增加使用，因此须要包含紫外线区域且相似于自然日光的照明光源`0，于1965年推出另一系列的光源，其中以D65最常使用。
1.CIE光源A：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp），色温（color temperature）为2854°K。
所谓的色温，提指黑体与光源之颜色对色时之温度，且色温应不洽巧等于此光源的实际温度；此光源较常用是因其光谱较平滑，数据计算上较方便。
2.CIE光源B：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（colortemperature）为4800°K，相似于中午的阳光（noon sunlight）。
3.CIE光源Ｃ：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（colortemperature）为6740°K，相似于自北方45°仰角的天空日光。
4.氙弧灯光（Xenon arc lamp）：其色温（color temperature）为6000°K，相似于自然日光（nature daylight）。
5.Macbeth 7500°K Daylight：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（color temperature）为7500°K，相似于北方天空的日光（northsky daylight）。
6.冷白色荧光灯光（Cool White Fluorescent Lamp）：其色温（color temperature）为4200°K。
7.CIE D65：其色温（color temperature）为6500°K，相似于平均自然日光（average naturedaylight），由于此光源目前无法由实物制造出来，因此只能称为照明体；若能制造出来则可称为标准光源，此光源较常使用的原因是由于一般人是生活在太阳光之下。
CIE标准观测者及配色函数⏹1931年CIE推荐的标准观测者之色感觉是由许多正常视觉的人（约15至20人）对感觉的平均。
⏹实验的方式如下：1.选用光波长为700nm的红光（r）、546nm的绿光（g）、436nm的蓝光（b）作为色光的三原色，其单位为1R=1cd/m2、1G=45907cd/m2、1B=0.0601cd/m2，来与任一种测试光对色，调节三原色光的强度，就可调出与测试光相同颜色的混合色光。
2.在一实验室中放置一块白色的银幕（打光用），将三原色的光由上往下打在银幕中心偏上的位置；将测试用的光打在银幕中下偏下的位置，在白色银幕的中心以一块黑色板子将三原色的光及测试用的光上下分隔开来。
3.在观测者及各光源之前再放置一片遮蔽板，并在遮蔽板中心挖一个洞，使观测者至银幕之间的可视角度为２°，且观测者至银幕之间的距离为25cm。
4.针对参与实验的视觉正常之人，在可见光谱波长380nm ~ 780nm 范围中，每隔5nm调整一次测试光，并计录每次对色后的r、g、b三原色的三刺激值。
待所有人都测试完毕之后将所有数值加以平均，可得到r、g、b三个函数值，此即为RGB 的配色函数(color matching functions)。
5.可是由于这些函数在某些波长会有负值产生，不但运算不方便，仪器更无法实现此一函数，因此利用数学运算方式转换为全部都是正数的x、y、z三个函数，以利计算。
⏹转换方式如下：先换成X,Y,Z 三刺激值X = 2.7689R + 1.7517G + 1.1302BY = 1.0000R + 4.5907G + 0.0601BZ = 0.0000R + 0.0565G + 5.5943B⏹ 此一公式有下列特点1. 混色时所有 X,Y,Z 系数均为正值。
2. Y 之数值正好代表光亮度。
3. X=Y=Z 时仍然代表等能量白光。
⏹ XYZ 归一化，引进色度坐标，而使 x + y + z = 1 可得 x = Z Y X X ++ y = Z Y X Y ++ z = ZY X Z ++ = 1 – x – y ⏹ 而 x,y,z 称为色度坐标，将其归一化后得到的配色函数成为x (λ) = 0.49r (λ) + 0.31g (λ) + 0.20b (λ)y (λ) = 0.17697r (λ) + 0.81240g (λ) + 0.01063b (λ)z (λ) = 0.00r (λ) + 0.01g (λ) + 0.99b (λ)其中 y (λ) = V(λ) 即光效函数 (Luminous Efficiency Function)⏹ 光效函数：即可见光各个波长的发光效率函数，此函数是由人眼比较可见光区内各波长单位辐射亮度之明暗度所定出之函数；即人眼对光亮之灵敏度函数。
⏹ 配色函数中的 y 函数恰巧相似于眼睛分光感应分布曲线，意即在各段波长中显示出眼睛有多少效率能转变能量成为明度感觉。
6. 由于视角大于4°以上时，视界较大，眼睛含盖的杆状体细胞较多，因此分光敏感度在短波长时较大；所以CIE 在1964年增定了10°视角的配色函数。
如此才能标出正确的色感觉。
CIE 三刺激值XYZ 的运算若以CIE 标准照明体照射在色物体上，并由CIE 标准观测者的配色函数测色，则此物体的颜色可由下列数学式获得。
X= K ⎰380780P λ R λ x λ Δλ Y= K ⎰380780P λ R λ y λ Δλ Z= K ⎰380780P λ R λ z λ Δλ其中P λ 为标准光源的光能量分布值R λ 为色物体的分光反射率分布值x λ y λ z λ 为CIE 配色函数的三刺激值Δλ 为测定值的波长间隔，一般为20nmK 为校正因素；其目的是使 X,Y,Z 三值不受Δλ大小影响，而应由P λ及 R λ来决定。
并且指定理相无荧光的标准白对所有波长的反射率均为100%，即标准白的Y 值为100，因此K=λλλλ∆⎰ y R P 100380780。
⏹ 量测发光体时，计算公式同上，但是反射率的部份不去考虑。
⏹ 量测透明物体时，计算公式同上，只是反射率的部份被穿透率所取代。
CIE 的色度坐标及色度图⏹ 由之前之叙述可知，物体的颜色可由CIE 三刺激值X,Y,Z 值来表示，但是只知道三刺激值要断定何种颜色却很困难；因此将 X,Y,Z 三值转换成色度坐标（chromaticity coordinates ），分别为 x,y 及z 值；其公式如下：须注意其文字之大小写x =Z Y X X ++ y = Z Y X Y ++ z = ZY X Z ++ = 1 – x – y由于 x + y + z =1 因此只要得知三值中的二个值就可以表示颜色，一般我们使用 x, y 值来表示；以x 为横轴，y 为纵轴，即可在绘图纸上建立一色度坐标图来表示颜色，先将光谱上各单色光的 X,Y,Z 值算出，再计算 x,y 值，然后点在绘图纸上的色度坐标上，再把这些点依序连起来就可以得到一色度曲线，再将两端以直线相连即成为 CIE 的x,y 色度图，此一直线亦称为紫色线（该线位于最大饱和红紫色、紫红、蓝红色区而得名）。