现代色度学-第三章 色貌现象
色貌模型与色貌现象
记忆色
人们在长期实践中对某些颜色的认识形成了深刻的记忆，因此对这些颜色的 认识有一定的规律并形成固有的习惯，这类颜色就称为记忆色。红苹果、灰云、 蓝色天空、绿草地、绿树和黄柠檬的颜色都是常见的记忆色。深深地烙印在人们 的大脑中多数人都知道何时这些颜色是对的还是错的。这些颜色在记忆中多数比 实际颜色要更为鲜艳。
艾比尼效应
当一束单色光和白光混合后，施照态的色纯度将被改变。根据 BezoldBrucke色相漂移效应，样本的色相也将发生变化。这一现象被称为Abney效应。 亦即色相会随着刺激纯度的改变而变动，例如某一种颜色中加入了白光而改变其 原有的色彩纯度时，色相于人眼视觉上会随着纯度的不同而改变。下图都展示了 艾比尼效应的存在。
色外貌的相关属性
色相（Hue）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其所呈现出的一种主色彩表现 的视觉属性。 明度（Lightness ）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其与周围白点或最亮 区 块之相对辉度比例值（相对值）。 视明度（Brightness）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其所呈现出之光量的 程度（绝对值）。
艾比尼效应
赫尔姆霍-科耳劳奇效应
根据以往的理论基础，人眼对于明度的感知只是取决于三刺激中的 Y值。但事实 上，经由Helmoltz的实验可知，明度值和色度值的改变均会影响视明度值。图4 揭示了赫尔姆霍-科耳劳奇效应的存在。
亨特效应
物体的色貌随着整体的亮度变化发生明显的改变。即色度随着亮度的变化而 变化，这就是所谓的Hunt效应。Hunt在实验中，发现当观测时光源亮度愈高时， 色彩之色相也会相对的提高。例如物体的色貌在夏天的下午显得更加鲜艳和明亮， 而在傍晚则显得柔和。在更亮的光源条件下，物体色看起来更加鲜艳，明暗对比 更加强烈。视彩度随着亮度的增加而增加。在更亮的光源条件下，物体色看起来 更加鲜艳，明暗对比更加强烈。在色度图上，点(0.35,0.33)在1000cd/m2的条件 下，与在1cd/m2的条件下的点(0.55,0.33)相匹配。因此在评价颜色外貌时，必 须把绝对亮度考虑在内。
颜色知识
色度学的基本知识（一）2007-03-25 23:37色度学的基本知识色度学色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以认为是客观的科学,是与人类无关的。
而色度学却是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属于人类工程学范畴, 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。
我们用色度学来评价的结论就是这种综合效果。
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。
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。
就技术应用理论上来说，已具备足够的代表性和可靠的准确性。
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 CEL-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”。
色彩原理与应用-第三章-颜色混合原理与视觉理论
信息接收
信息加工
颜色感觉 红-绿 白-黑
红
绿 蓝
黄-蓝
阶段学说示意图
视细胞层
双极细胞层
神经节细胞层
谢
谢
3、阶段学说
阶段学说最早是由G.E.Muller（1930）及Judd （1949）所提出，他们认为长久以来一直在色彩视觉 理论（处于对立的状态的三色理论与对立理论，是可 以加以统一与相互配合的，并且对于人眼色彩视觉的 现象做了更为完整的解释与说明。
阶段学说理论： 视网膜上的锥体细胞是一个三色系统，而在视觉信息 向大脑皮层视觉中枢的传导通路中则变成了四色机制。颜 色视觉过程的这种设想称为阶段学说。 颜色视觉的形成过程可分为几个阶段。 第一阶段，当光线进入人眼视网膜时，三种独立的锥 体细胞中的感色物质会选择性在吸收不同波长光谱的辐射， 同时每一种锥体细胞根据光刺激量又可独自产生明度（黑 或白）与色彩（红、绿、蓝）的反应。在这一阶段中可应 用三原色理论及色光混合实验来解释视觉色彩的现象。 第二阶段中，在神经兴奋由锥体细胞向视神经细胞传 递的过程中，这三种反应重新组合，形成三对对立性的神 经反应，即红-绿、黄-蓝、黑-白反应。
B= M+C G= Y+C M+Y+C = K M+Y+C = K M+Y+C = K B+Y=K G+M=K
等式左右两边相加得：R+C=K
颜色吸收示意图
三、加色法与减色法的关系
◇加色法与减色法都是针对色光而言；加色法指的是色光相加
，减色法指的是色光被减弱。加色法与减色法又是迥然不同的两
二、色料减色法
1、色料三原色 如果选择黄色、品红色和青色这三种色料两者混合 或三者混合可以得到几乎所有的颜色，所以把黄（Y）、 品红（M）、青（C）这三种颜色叫做色料三原色。 2、色料减色法特点：
色度学概述
颜色视觉理论三 阶段学说 现代神经生理学发现： 第一阶段：视网膜有三种独立的椎 体感受物质。有选择吸收不同波长 ，都可感受明度。 第二阶段：在视觉传导通路中为四 色机制。
CIE标准色度学系统
（CIE：国际照明委员会）
《简明心理学百科全书》《中国大百科 全书：心理学》等。与他人合著有《色 度学》是中国第一部有关颜色科学的专 著，对促进这一新兴科学领域在中国的 发展起了重要作用。
色度学
主要研究正常色觉的人的颜色视觉规律 、颜色测量的理论与技术的科学。是一门本世 纪发展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉 心理、心理物理等学科领域为基础的综合性学 科。由于色度学的建立，颜色工作者就能以统 一的标准，对颜色做定量的描述和控制。
颜色分类和特性——非彩色
颜色：非彩色和彩色。
非彩色：白色、黑色和各种灰，叫做黑白系列。 纯白：反射率为1的完全反射物体，自然界无纯白物体，氧化镁最接近。 黑色：反射率为0的完全不反射物体，自然界无纯黑物体，黑绒最接近。
明度：人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性和过去经验的影响。 一般亮度高，明度高。反例：黑暗中的纸比如亮环境中的墨明度高 。
方式二：颜色混合在外界发 生，然后作用到视觉器官
颜色方程
网络资料：国际照明委员会（ CIE）进行颜色匹配试验表明： 当红、绿、蓝三原色的亮度比例 为1.0000：4.5907：0.0601时 ，就能匹配出中性色的等能白光 ，尽管这时三原色的亮度值并不 相等，但CIE却把每一原色的亮 度值作为一个单位看待，所以色 光加色法中红、绿、蓝三原色光 等比例混合得到白光。
当红绿蓝三原色的亮度比例为1000000601时就能匹配出中性色的等能白光尽管这时三原色的亮度值并不相等但cie却把每一原色的亮度值作为一个单位看待所以色光加色法中红绿蓝三原色光等比例混合得到白光
色度学课件
45°
15
色度计：直接测量颜色的三刺激值 光源：＋滤色器修正－－》标准光源光谱分布 探测器：＋滤色器修正－－》与标准观察者一致 目视色度计： 观察两个并置的视场，调节三原色的光度，达 到与待测色匹配，由三原色的光度量求待测色 的三刺激值
色度学
16
6. 色度学的应用
•彩色电视 •色温 •印刷，同色异谱 •分光光度计 •形状测量，CCD三片
色度学
参考
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作业： 1. 该课题的背景，为什么作这个研究。 目前主要存在什么问题 2. 该方法的主要原理是什么（创新点） 3. 该方法的实验结果如何？ 4. 该方法的局限性和存在的问题
色度学
色度学 8
•三刺激值：R,G, B 匹配某种颜色所需要的三原色的数量，是 一个相对亮度单位（份）（颜色混合，刺激值相加） •光谱三刺激值：r,g,b, 匹配相同能量的单色光所要的三刺激值
标准观察者的光谱三刺激值可查表给出
任何光由单色光组成， 任何光由单色光组成， 三刺激值可由光谱三刺激值求得
色度学
法与W混合，得到目标色
补色波长：一种单色波长，以适当的比例
按加法与目标色混合，得到W
补色波长
纯度：色度图上两个
长度之比：WF1/WD
补色波长
主波长
色度学
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5. 颜色的测量：测量物体三刺激值X,Y,Z
X = K ∫ S ( λ )β ( λ ) x ( λ ) d λ Y = K ∫ S ( λ )β ( λ ) y ( λ ) d λ Z = K ∫ S ( λ )β ( λ ) z ( λ ) d λ
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举例
•色品坐标(r,g,b)与色品图： r=R/(R+G+B) g=G/ (R+G+B) b=B/ (R+G+B) r+g+b=1
色度学的基本知识
色度学的基本知识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，是物理光学，视觉生理，视觉心理等科学为基础的综合性科学。
彩色电视技术中的色度学是研究自然界景物的颜色，如何在彩色电视系统中分解，传输，并在彩色电视机屏幕上正确的复显出来。
名词解释：同色异谱：也就是说一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一种颜色可以有不同的光谱分布合成。
彩色电视机的颜色复显技术正是利用同色异谱概念，在颜色复显过程中，不是重复原来景物的光谱分布，而是利用几种规格化的光源进行配制。
以求在色感上得到等效效果。
如在彩电的复显中用的是R，G，B三基色光谱（因为R，G，B三基色可以混合出自然界中绝大多数颜色）的合成来复显原来景物的颜色。
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。
当绝对黑体被加热时，就会发射一定的光谱，这些光谱表现为特定的颜色。
色温：当绝对黑体发射出与某一光源相同特性的光时，绝对黑体所必须保持的温度，便叫某光源的“色温”。
1931CIE-XYZ计色系统现代色度学采用CIE（国际照明委员会）所规定的一套色测量原理，数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。
白色可分为好多种，有偏红的白色（暖白色），偏蓝的白色（冷白色）等。
在彩色电视系统中，为了分解，重现彩色图象，通常也要选择一种白色作为分解，重现颜色的基准白。
为了清楚的描述不同的白色，通常把1931CIE-XYZ图中把白色用色度坐标（x，y）来表示，也可以用相关色温和最小分辨的颜色差来表示。
图中斜竖线称为布朗克轨迹等色温线，与其垂直的斜线称为最小可分辨的颜色差（Minimum Perceptible Colour Difference，简称MPCD），MPCD为零的斜竖线称为黑体（Black body）轨迹，又称布朗克轨迹。
布朗克轨迹上各点呈现的白色代表了绝对黑体在不同绝对温度下呈现的白色（从6000—20000K），竖斜线与布朗克轨迹相交的各点，均称为相应竖斜线上的点所表征的白色的相关色温点，与布朗克轨迹相交的斜线称为等相关色温线。
第三章8节色貌模型
第一节 色度学的基础知识 第二节 颜色混合 第三节 混色表色系基本概念 第四节 CIERGB表色系 第五节 CIE1931XYZ表色系 第六节 显色表色系 第七节 均匀色空间 第八节 光源色度学 第九节 色差公式 第十节 色貌模型
第十节 色貌模型
一、CIEXYZ色度系统的局限性 在确定条件下表示颜色：照明体 色源 观察者 例如在CIE D65照明体下，某一个反射色在2°标 准观察者系统中三刺激值是唯一的。 优点:颜色的表示严格准确，便于仪器测量 缺点:属于孔色范畴，在特定的实验条件下才能获得。
三、色貌模型 定义：利用色样的三刺激值和实际观察条件进行色貌 属性计算的数学模型。能预测人类在不同观察条件下 观察到的色样的色貌。 与CIEXYZ系统的区别： CIEXYZ系统只描述孔色条件下的颜色，不考虑实际 观 察条件对颜色的影响 色貌模型将观察条件作为变量，描述人眼在实际观察 条件下对颜色的感觉，即色貌。
Chroma and saturation
在不同观察条件下观察具有相同三刺激值的颜色样 品，人们感觉其色貌视不同的。 观察条件参数有：光源色温和亮度 适应场 背景 环境 人眼适应状态等。 适应场：指白点，人们通过白点的亮度和色度来调节 各感光视锥的灵敏度，进而观察颜色。 背景：邻近色样的周围刺激，从色样边缘的各方向在 视角10°范围内。
二、色貌：人眼所感知的颜色外貌，用色貌属性表示 1.色相hue 2.亮度brightness 3.明度lightness 4.绝度彩度colorfulness 5.彩度chroma 6.饱和度saturation
Brightness and ligh chroma
跨媒体颜色复制中，观察条件往往不同，保持三刺激 值一致，并不能得到相同的颜色感觉，因此应该利用 色貌模型进行计算。
第三章CIE标准色度学系统
r+g+b=1,所以可以只用 r和g便可以在空间上表示 一个颜色
2、色品图 色品图：用色品坐标来标定一种颜色的空间位置的示
意图叫色品图
色品图的种类：
（1）麦克斯维颜色三角形 （2）1931 CIE-RGB系统 （3）1931 CIE-XYZ系统 （4）CIE 1960均匀色度标尺图 （5）CIE 1964补充色度学系统色品图 （6）CIE 1964均匀颜色空间 （7）CIE 1976L*a*b*均匀颜色空间及色差公式 （8）CIE 1976L*u*v*均匀颜色空间及色差公式 （9）CMC色差公式 （10）CIE 1994色差公式 （11）CIE DE 2000色差公式 （12）CIE CAM色貌模型
莱特三原色实验色度图
吉尔德三原色实验色度图
3、1931CIE-RGB系统产生 （1）三原色选择： 选择：红700 nm、绿546.1 nm、蓝435.8 nm （2）数据获取： 1931年CIE采用他们两人研究结果的平均数，定出匹配 等能光谱色光的 、 、 光谱三刺激值，这一 组函数称为“1931CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺 r(λ) g(λ) b(λ) 激值”。如表3-1 （见图P61，图3-6） （3）标准白定位： 规定三原色的等量关系。色温为4800K的白色光，在图 中心。（坐标r=g=b=0.3333) （4）1931CIE-RGB系统色度图 根据“1931CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值 ”计算出对应光谱色色品坐标，作图见P62，图3-7.
2、色光相加的数字表示 两个颜色相加： 若两个色光C1和C2，且 (C1)≡R1(R)＋G1(G)＋B1(B) (C2)≡R2(R)＋G2(G)＋B2(B) 则混合色为： (C) ≡ R(R)＋G(G)＋B(B) (C) ≡ (C1)＋(C2) ≡R1(R)＋G1(G)＋B1(B) ＋R2(R)＋G2(G)＋B2(B) 而且： R＝R1＋R2 G＝G1＋G2 B＝B1＋B2
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
第三章 CIE色度学体系。
光谱轨迹
CIE1931-RGB系统色品图及(R)、(G)、(B)向(X)、(Y)、(Z)的转换
注意：出现了负的三刺激值与色品坐标值 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，代表了视觉的光谱特性，本 来可以用于色度计算，但由于光谱三刺激值与 色品坐标都出现了负值，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。
三刺激值单位的确定：
选某一特定波长的红、 绿、蓝三原色去进行混 合，直到三原色光以适 当比例匹配标准白光， 我们将此时的三原色数 量均定为一个单位(R)、 (G) 、(B)。 即匹配标准白光时三 原色的数量R、G、B( 三刺激值)相等， R=G=B=1。
三、光谱三刺激值
（spectral tristimulus values）
• 这一系统称为“CIE1964补充标准色度系统”，也叫作 10°视场X10Y10Z10色度系统。 •CIE1964补充标准色度系统三刺激值记作X10，Y10， Z10。
在色度测量与计算中要根据观察视场的大小 选择CIE1964或CIE1931标准色度观察者数据来 代表人眼的平均颜色视觉特性。
三刺激值
• 选择三原色：
700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B) • 确定三原色单位：
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。
白光色品r=g=b=1/(1+1+1)=0.33
三原色单位亮度比：Lr:Lg:Lb=1.000:4.5907:0.0601
色度学
色度学基本知识姜恒BACK （辽宁石油化工大学石油化工学院，绿色化学与催化研究室）颜色测量理论与技术是色度学的组成部分．它是本世纪发展起来的一门以物理光学、视觉生理、视觉心理、光电子学、电子计算技术为基础的综合性科学技术。
彩色电视、彩色摄影、彩色录像、彩色图像电话、彩色视觉机器人、彩色印刷以及染料、涂料、纺织、造纸、交通信号、照明技术、美化环境、工农业生产、科学技术和文化事业等各种产品、各个部门，都要涉及到颜色学和颜色测量。
颜色测量成为评价人们生活的氛围．评定产品质量的重要依据和手段。
这就要求颜色测量能在人眼视察能力的基础上、满足工业中精确测量和控制颜色的需要，实现获得巨大经济效益和社会效益的目的。
颜色可分为彩色和非彩色两类。
非彩色指白色、黑色及它们之间过渡的灰色系列，称为白黑系列。
纯白色反射比为100%，纯黑色为0。
非彩色只有明度的差异。
彩色是指白黑系列以外的各种颜色。
彩色除了有明度差异，还有色调和饱和度的差异。
明度是人眼对物体表面的明暗感觉，光反射比越高，明度越高。
色调是彩色彼此相互区分的特性，即：红、黄、绿、蓝、紫等。
饱和度是指彩色的纯洁性，彩色合灰的成份越多，则饱和度越低。
实验证明，每一种颜色都能用三个选定的原色按适当比例混合而成，称颜色匹配。
三原色可以任意选定。
与待测色达到颜色匹配时所需要的三原色的数量，称三刺激值。
颜色是眼睛和神经系统对光源的感觉，它是光源在眼睛的视网膜上形成的讯号刺激大脑皮层产生的反应，这种生理的反应就是颜色的感觉。
颜色的三要素是：光源、观察物体和观察者(器)。
可见光是一种电磁波,不同类型的电磁波是按照其波长的不同来区分其光谱的类型的。
可见光只占自然界中光谱的一小部分，由于波长在380-760nm之间的光,可以被人的肉眼看见，物理学上把之称为可见光，在可见光谱中,蓝光的波长在400-480nm之间,红光的波长在630-760nm。
当物体受到光源的照射时，会产生三种情况:穿透、吸收和反射。
彩色电视的基本原理
为了实现兼容，彩色电视编码最好含有两类信号：一种是代表图像明暗程度的亮度信号，另一种是代表图像彩色的色度信号。黑白电视接收机只需接收其中的亮度信号，就能直接收看到彩色电视节目，只不过显示的图像是黑白的；而彩色电视接收机就必须同时接收亮度信号和色度信号，通过解码器处理后，获得R、G、B三基色信号，最后送至彩色显像管重现出彩色图像。
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图3-2混色图 相加混色图；(b)彩色三角形
从图3-2(a)得知： 红光＋绿光＝黄光 红光＋蓝光＝紫光 绿光＋蓝光＝青光 红光＋绿光＋蓝光＝白光 以上均指各种光等量相加，若改变它们间的混合比例，则可以得到各种颜色的光。 为了实现相加混色，除了将三种不同亮度的基色光同时投射到一个全反射表面上从而合成不同的彩色光以外，还可以利用人眼的视觉特性用下列方法进行混色：
0=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y) (3-6)
2)能够实现恒定亮度原理 所谓恒定亮度原理，是指被摄景物的亮度，在传输系统是线性的前提下均应保持恒定，即与色差信号失真与否无关，只与亮度信号本身的大小有关。下面举一例子来说明：假设某一时刻为一种偏紫的红色，其三基色信号为R=0.7V，G=0.4V，B=0.5V，由式(3-2)，合成的Y=0.5V，根据色差定义，可用矩阵电路合成得到红色差信号和蓝色差信号为： R-Y=0.7-0.5=0.2V B-Y=0.5-0.5=0V
空间混色法：
（1）时间混色法：
每条边上各点代表的颜色，是相应的两个基色按不同比例混合的混合色。 彩色三角形的重心是白色，它是等量的三基色的混合色。 每根中线两端对应的彩色互为补色，由于中线过重心，说明两补色间可混合成白色。 每边的彩色为纯色，色饱和度为100%。
色度学--颜色理论
韵鼎资料色度学-颜色理论培训课程2课时Email: sales@颜色理论基础知识一、 颜色概述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，是以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科领域为基础的综合性科学。
在现代工业和科学技术发展中，存在着大量有关色度学的问题，颜色与人民生活的衣食住行密切相关。
颜色的测量和控制在一些工农业生产中极为重要，在许多部门颜色是评定产品质量的重要指标，如染料、涂料、纺织印染、塑料建材、医学试剂、食品饮料、灯光信号、造纸印刷、电影电视、军事伪装等等，这一切都是由于颜色科学的建立，才使色度工作者能以统一的标准，对颜色作定量的描述和控制。
在纺织印染、染料和涂料等行业天天与颜色打交道，过去全凭目测评定，评定结果无法记述，储存。
并受观察者的身体状况、情绪、年龄等影响很大。
随着电子技术和计算机技术的迅速发展，测色仪器的测色准确性、重演性和自动化程度大大提高。
现在又有在线检测对提高产品质量，减少不合格品率更为有用。
为此测色技术在各行各业日益得到广泛应用。
色彩的感觉是一个错综复杂的过程，单从物理观点来考虑，色彩的产生有三个主要因素：光源，被照射的物体和观察者。
二、 光和颜色1. 光源光由光源体发出，太阳光是我们最主要的光源。
光辐射是一种电磁辐射波，包括无线电波、紫外光、红外光、可见光、X射线和γ射线等。
我们人类所能见到的光只是电磁波中极小的一部分，其波长范围是380--700nm（纳米）称为可见光谱。
在可见光谱范围内，不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉： 700nm为红色， 580nm为黄色，510nm为绿色， 470nm为蓝色。
单一波长的光表现为一种颜色，称为单色光。
物体在不同光源照射下会呈现不同的颜色，为此国际照明委员会（CIE）规定了如下的标准照明体，为实现标准照明体的实物就是标准光源。
其规定以各个照明体在各波长的能量分布的数据和曲线来表示。
我国的国家标准GB也等同采用这些标准。
第3-4讲 色度学
第3讲 色度学
色温：色温是光源颜色的一种表示方法。
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下的颜色相同时，这一黑体的温度称为光源的颜色温度Tc ，简称色温（CT ），用热力学温度表示，单位为K （开尔文）。
显色性：指光源的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实色彩的显现程度。
非工作区域最小照度20lx
工作区照明1000-2000lx
道路最小亮度?
眩光:视野范围内有亮度极高的物体而导致人眼不舒服或者可见度降低的现象。
失能眩光：因入射光线过强，视网膜无法对焦而散射到其他区域，导致视觉影像对比的降低，同时眼睛为适应强光缩小瞳孔，阻碍其他表面反射光线的感知，造成瞬间环境细节感知能力丧失现象，稍微失能炫光。
例如迎面而来的车灯，直射人眼的探照灯及对面窗户的强烈阳光。
设能眩光的程度视炫光源的亮度及与观者的距离而定。
1）直接眩光——由视野中,特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光
2）干扰眩光——当不在观看物体的方向存在着发光体时，由该发光体引起的眩光
3）反射眩光——由视野的反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光
4）对比眩光——光环境中存在着过大的亮度对比形成的眩光
5 眩光 评测标准 UGR
第4讲 光与人的关系
统一眩光评价指标
一般来说，UGR 数值范围介于10 ~ 30之间，数字越 小代表眩光影响愈低，反之则表示眩光影响越高。
一般办公室UGR(极限眩光指数)19 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑2225.0log 8P L L UGR a b
ω。
色度学
RGB计色制存在的问题： 计色制存在的问题： 计色制存在的问题 • 用物理三基色 用物理三基色[R][G][B]计色时出现负系数。负系数 计色时出现负系数。 计色时出现负系数 代表负光，表示用[R][G][B]三基色相加混合配不出 代表负光，表示用 三基色相加混合配不出 此种颜色的光。 此种颜色的光。 • RGB色度图只表示色度，不表示亮度，需用公式再 色度图只表示色度，不表示亮度， 色度图只表示色度 计算亮度。 计算亮度。 • 谱色的坐标不全在 第Ⅰ象限，作图不方便。 象限，作图不方便。
具有任意功率分布Φe(λ)的彩色光F的三刺激 值计算： ：
离散分布： 连续分布：
R = ∑ r (λi )Φe (λi )
i =1
N
N
R = ∫ r (λ)Φe (λ)dλ
380
780
G = ∑ g (λi )Φe (λi )
i =1
G = ∫ g(λ)Φe (λ)dλ
380
780
B = ∑ b (λi )Φe (λi )
第三章 图像信号的组成原理
内容：图像视频信号的主场组成原理， 内容：图像视频信号的主场组成原理，涉 及色度学和电子扫描的原理、 及色度学和电子扫描的原理、视频信号的 有关标准以及常用的测试视频信号 要求：掌握色度学的基本理论、 要求：掌握色度学的基本理论、图像的扫 色度学的基本理论 描方式（逐行扫描和隔行扫描）、 ）、视频信 描方式（逐行扫描和隔行扫描）、视频信 号的组成。了解常用的视频测试信号 常用的视频测试信号。 号的组成。了解常用的视频测试信号。
F (λ ) = r (λ ) [ R ] + g ( λ ) [ G ] + b (λ ) [ B]
根据分布色系数可以绘出1931CIE-RGB系统光谱 系统光谱 根据分布色系数可以绘出 三刺激值曲线， 制混色曲线: 三刺激值曲线，即RGB制混色曲线 制混色曲线
色貌与色貌模型PPT教案
(1)同时对比
颜色（刺激） 背景
背景会影响在其中的颜色 的外貌
下表是颜色和背景的相互作用和适 应性
背景变化
更暗 更亮 红 绿 黄 蓝
颜色变化
更亮 更暗 绿 红 蓝 黄
Josef Albers图
复杂的空间交互作用
(2) Hunt效应
照度和色彩的变化关系(非真 实数据)
对于一个固定的颜色，其色彩感觉 会随着照度(luminance)的增加而 增加。
（2）色差阶段
色差研究阶段建立了CIELAB、CIELUV两 个均匀色空间，以及明度、色品坐标、彩 度、色相和色相角的计算，促进了色差公 式的产生和发展。其中，CIELAB颜色空间 及对应的色差公式是应用效果最好的色差 评价模型，利用CIELAB色空间对颜色的彩 度、明度、色调的计算，为色差的精确量 化提供了可能。
视彩度和彩度
视彩度（colorfulness）
是指某一颜色刺激所呈现色彩量的多少或人眼对色彩 刺激的绝对响应量。一般情况下，照度增加，物体变 得更明亮，人眼对其的色彩知觉也相应变得更强烈， 即视彩度增加。如果某颜色为没有色彩刺激的中性颜 色，则其视彩度为0。
彩度（chroma）
彩度是相对量，等于视彩度（colorfulness） 与相同照明条件下的白色物体视明度 （brightness）之比。
随着照度的提高，就要降低颜色的 色度以保持和原来的刺激一样。
下图表明视觉处理过程的非线性化
(3) Stevens效应
随着照度的提高，感知亮 度对比也随之提高，即暗色越 暗，亮色越亮。
左图说明了照度的非线性化
Stevens & Hunt 效应
(4) Bartleson-Breneman效应
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图3-8. 同时对比例子：更复杂的空间结构 [34-Johnson2003]
（2）扩增
• 色刺激与背景相互作用时会因为色刺激空间频率的改 变，而影响人眼对于色相的视觉感受。 • 在足够高的空间频率，同时对比被扩增现象代替。 • 扩增是刺激的颜色与背景的颜色混合，而同时对比是 刺激的颜色呈现背景的对立色。 图3-9通过改变颜色样本的
扩增例子一
扩增是由于来自背景的光 和来自刺激的光的混合而 变模糊产生，例如半色调 点，但这种理论还不能完 全解释扩增现象。当刺激 与背景截然不同时，扩增 现象同样发生，
图3-10是一个扩增现象的例子。 虽然图中仅有红线和黑线，但能看到一个粉红色的圆环， 这是由于环形区域红色调线扩展到整个环面，看上去是一 个红色环。
复杂的空间相互作用
（a） （b） 图3-7. 同时对比例子：复杂的空间相互作用[34-Johnson2003]。
现象：3-7(a)中取相等数量的红色小方块，置于黄色条纹 上；同样将红色小方块置于蓝色条纹上，红色色块具有相 同的颜色边界。如果色知觉严格的由边界颜色来决定的 话，两种情况下红色方块看起来颜色应该一样。但是，可 以从图中清晰的看出，落在黄色条纹上的红块似乎受到黄 色的影响，因此显得更蓝和更暗；而落在蓝色条纹上的红 块似乎受到蓝色的影响，因此显得更亮和更黄。实验说 明，同时对比效果空间结构大于局部边界。
图3-17. Helmholtz-Kohlrausch效应的实验 数据。轮廓线是视明度与亮度的比值。 在亮度一定的情况下，视明度随着色度的 增加而增加。
在相同亮度条件下，有颜色的刺 激比无颜色刺激视明度更高。可 以用孟塞尔色卡作为样本来观察 这种效应。取两片色相值相同、 明度值都相同的色卡，其彩度是 肯定不同的。在环境不变的情况 下观察可以发现，彩度高的色卡 看起来更亮，而且这种效应的程 度同所取色卡的色相值和明度值 有关。
尺寸来同时解释扩增现象和 同时对比效应。将灰色的刺 激长条以不同的空间频率放 在红色背景上。可以看出， 频率小(或体积大)的灰色长 条产生同时对比，长条看起 来泛绿；频率大(或体积小) 的灰色长条产生扩增现象， 长条看起来泛红。
图3-9. 同时对比与扩增现象。
从人的心理视觉来看，扩增现象和同时对比是两种相互 影响和关联的效应。讨论它们在实际应用中的作用有重 要意义，为了不让设计出来的产品在不同的空间布局和 颜色背景变化时显示出太大的差异，设计者们就要尽量 减少扩增现象和同时对比效应的产生。
3. 色相现象 (Hue Phenomena)
艾比尼效应(Abney Effect) 赫尔森-贾德效应 (Helson-Judd Effect)
2. 亮度现象 (Luminance Phenomena)
亨特效应(Hunt Effect) 斯蒂文斯效应(Stevens Effect) 赫姆霍兹-科尔劳施效应 (Helmholtz-Kohlrausch Effect) 贝索德-布吕克色相偏移 (Bezold-Brücke Hue Shift)
(a) (b) 图3-13. 明度与彩度勾边现象[34-Johnson2003]
同时对比、勾边、扩增现象是由于刺激的空间结构 和背景的变化产生的色貌现象。更深刻的色貌现象 产生于照明的变化，包括照明亮度和照明色，经常 发生在日常生活中。下面描述色貌随照明亮度的变 化现象。 问题：？？？？
3.2.2 亮度现象
第三章 色貌属性与色貌现象
内容
3.1 色貌属性 3.1.1 相关色与非相关色 3.1.2 色貌绝对与相对属性 3.1.3 光照度与亮度 3.2 色貌现象 3.2.1 空间结构现象 3.2.2 亮度现象 3.2.3 色相现象 3.2.4 Bartleson-Breneman方程 3.2.5 颜色恒常性与折扣光源 3.3 视觉适应 3.3.1 明适应 3.3.2 暗适应 3.3.3 色适应
图3-15. 对数坐标下各种适应亮度水 平相对明度随相对亮度的变化。横轴 Y/Yn代表相对亮度，纵轴代表相对 明度
这种关系在线性坐标中绘图时表现为 幂函数, 而在双对数坐标表现为一条直 线，如图3-15所示。
• Stevens效应与Hunt效应是密切相关的。 • Hunt效应说明视彩度对比度随亮度的提高而提高。 Stevens效应则说明视明度对比度(或明度对比)随亮度 的提高而提高。 • 当明度增加时，色彩的对比也会随之提升，与Hunt 效应所提出的结论是相似的。 • Stevens效应可以通过在不同亮度水平下观察同一幅 图片来展示，黑白图片效果尤其明显。
前言
视觉系统对某一物理刺激的颜色知觉即色貌，不仅依赖 于刺激本身的光谱分布，而且与视场中刺激本身的大小、 形状、结构，以及刺激以外的环境因素有关；同时也与观 察者适应状态、经验等有关。 颜色知觉是一个物理的、生理的、心理的、认知的过程。 CIE标准色度系统只适合于一种简单、特定的观察条件 下颜色度量。 CIE标准色度系统不能解释视场中各个因素以及观察者 适应状态、经验等方面产生的各种色貌知觉，即色貌现象。 大部分色貌模型的建立是从研究色貌现象开始的。
（2）Stevens效应
Stevens效应是指明度对比度会随着亮度增加而增加。
Stevens效应是Stevens于1963年通过实 验提出的。 在实验中，观察者在各种不同的适应 条件下对色刺激的视明度进行大量的 评估。 得到的结果说明，视明度和测量到的 亮度之间的关系倾向于遵循一个幂函 数，这个幂函数在心理物理学上被称 为Stevens幂次法则。
（1）同时对比：因背景不同而产生不同的视觉感受。
(a) 图3-5. 同时对比例子：简单色块。
(b)
同时对比的规律归纳如下
同时对比是由于背景变化引起刺激色貌漂移，同时 对比也称作色诱导，遵守视觉对立色理论，红背景诱导 向绿方向漂移，绿诱导红，蓝诱导黄，黄诱导蓝。 （1）亮色与暗色相邻，亮者更亮、暗者更暗；灰色与艳 色并置，艳者更艳、灰者更灰；冷色与暖色并置，冷者更 冷、暖者更暖。 （2）不同色相相邻时，都倾向于将对方推向自己的补色。 （3）补色相邻时，由于对比作用强烈，各自都增加了补 色光，色彩的鲜明度也同时增加。 （4）同时对比效果，随着纯度增加而增加，同时以相邻 交界之处即边缘部分最为明显。 （5）同时对比作用只有在色彩置于相邻时才能产生，其 中以一色包围另一色时效果最为醒目。
亮度基本相同， 但没有匹配。
图3-3.不同环境下只有颜色相对属性匹配[29-MCann1993]
3.2 色貌现象
两个颜色的CIE三刺激值XYZ相同时，只有在周围 环境、背景、样本大小、样本形状、样本表面特性和 照明等观察条件都相同时，视觉知觉才是一样的。 将两个相同的颜色置于不同的观察条件下，虽然三 刺激值仍然相同，但人的视觉知觉会产生变化。 刺激物颜色外貌随观察条件变化的现象，即所谓的 色貌现象。
如图3-16，将两个相同的黑白图卡分别放置 于阴影中和阳光下，可以看出，与置于阴 影中的图卡相比，置于阳光下的图卡，亮 色看起来更亮，暗色看起来更暗，即知觉 对比度增加了。即在高亮度照明条件，白 的更白，黑的更黑。
（3）Helmholtz-Kohlrausch效应
Helmholtz-Kohlrausch效应是指视明度随着颜色饱和度和 色相变化而变化。 一般把视明度仅仅作为亮度的函数，在CIE的比色系统 中，光谱三刺激值中Y的值决定了刺激的亮度，人眼对 于明度的知觉只是取决于三刺激中的Y值。事实上，这 是不正确的。
水彩效应
水彩效应可以在图3-12中看到，产生较强的扩增幻 觉[37-Pinna2001]，在两种细线中间部分呈现出的 表面色是由两种细线颜色引起的。两图中间部分有 同样的物理刺激，但由于包围在它外边两种细线颜 色分别是黄线和黑线引起不同的颜色感觉。
（3）勾边
• 同时对比也可以产生增加颜色间的知觉色差的现象，即两 个色刺激差异大小与背景有关，当两差异不大的刺激同时置 于与刺激量相似的背景下，人眼对于两刺激量视觉差异知觉 要更明显，这种现象称作勾边。 • 勾边是与同时对比类似的一个现象，勾边使图像轮廓明显。
复杂空间结构的同时对比例子
现象：图中中间四个圆环 物理刺激相同，图(a)内部 小圆环有相同的尺寸和颜 色，但看上去颜色不同； 但在图(b)中两个有不同颜 色细环组成不同背景上， 它们看上去差别更大。这 一例子说明，空间结构对 同时对比影响很大。随着 刺激的空间频率增加，对 比效应停止，而有些情况 相反。
3.1 色貌属性
1．非相关色(Unrelated Colors) 2．相关色(Related Colors)
3.1.2 色貌绝对与相对属性
1．视明度与明度 2．视彩度与彩度 3．饱和度 4．色相
3.1.3 光照度与亮度
Luminance”称作光照度，是一个描述光度的物理量， 指漫反射平面给定方向发射或反射光的强度，描述一 个特殊的视角内人眼接收光功率的多少。定义为给定 立体角内，一个特殊平面发射或通过光的数量，单位 是“坎德拉/平方米(cd/m2)”，用光度计测量。光照度广 泛使用在视频行业用来描述显示亮度，行业上把坎德 拉/平方米称作“尼特(nit)”，计算机显示器发光亮度在 5∼300 nit。光照度是一个光度量，而视明度是一个视 觉知觉量。经常又把光照度Luminance它习惯称作“亮 度”这是不确切的，但在本书中仍然使用“亮度”这个描 述。
同时对比的例子是赫尔曼栅栏
现象：当盯着看栅栏里某 一交叉口时，其他交叉口 好像出现灰色的小圆点。 解释：在那些黑色方块之 间，那些白色长条区域在 两边的黑色包围下看起来 非常亮。 而在那些交叉 口，那些包围在4个黑色 角落的十字白色区域看起 来似乎比白色长条要暗， 结果看上去显浅灰色。
图3-6. 同时对比例子：赫尔曼栅栏。
4．周围环境现象 (Surround Phenomena)
Bartleson-Breneman方程
5．颜色恒常性 (Color Constancy）
折扣光源 (Discounting the Illuminant) 记忆色(Memory Color) 视觉适应(Vision Adaptation)