光学基础之色度——均匀色度空间及CIE均匀色度空间知识介绍

色度学原理与CIE标准色度系统

颜色光匹配实验
“同色异谱”的颜色配对：由三原色组成的颜色的光谱组成与被匹配的颜色光的光谱组成可能不一致。
500nm左右，红光出现了负值？
匹配此波长的光谱色时，需要将红色光源移至下方目标光源处，从而上下方的光源可以做到颜色匹配，因此在曲线图中产生负的函数。
1.2 亮度相加
• 三种不同颜色的色光：P*、Q*、R*。
颜色方程 C[C]=R[R]+G[G]+B[B]
• 可以将R*、G*、B*、C*看作是向量， [R]、[G]、[B] 、[C] 为单位向量，R、G、B、C为相应的颜色强度和色量。
• R、G、B为颜色的三刺激值 • C[C]=R[R]+G[G]-B[B]（举例：黄单色光）
r+g+b=1
• 色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。
b=0.0028
(Y):r=-1.7392 g=2.7671
b=-0.0279
(Z):r=-0.7431 g=0.1409
b=1.6022
➢将 X Y Z 三角形转换为麦克斯韦直角三角形，即得到目前通用的1931CIEXYZ色度图。根据XYZ三点在r-g图中的坐标以及色度转换矩阵，我们可以先求出规化矩阵 [k]，从而求算出两个色度图的色度坐标转换关系。
3 均匀颜色空间和色差公式
色差是指两个颜色在颜色知觉上的差异，它包括明度差、彩度差和色相差三方面。
心理概念，表示物体表面色而非光色，常用色相、明度、饱
和度表示
如果能够以两点的距离表示色差，就实现了数字表达。
理论上是可以的，但是有两个问题需要解决。
问题1：色差是知觉色的差异，是以人对物体颜色的感觉为基准的。

光学基础-色度

1.5 色度色度学中所应用的方法和工具，都是以目视颜色匹配定律和国际上一致采用的标准为基础的。

国际照明委员会（CIE ），通过其色度学委员会，推荐了色度学方法和基本的标准。

1.5.2 三原色三原色：（红R 、绿G 、兰B ）或（品红、绿、兰）三原色不能由其他色混合得到，三原色的波长如下：红：700nm ，绿：546.1nm ，兰：435.8nm由RGB 构成白光，得亮度比为L R =L G :L B =1:4.5907:0.0601 Lm/(s r ·m 2)色度坐标和色品坐标三原色坐标：R ，G ，B ，是三维色度坐标。

色品坐标(归一化坐标)：r=R R+G+B , g= G R+G+B ,b= B R+G+B, 并有 r+g+b=1光谱三刺激值（色匹配函数） )(λr ,)(λg ,)(λb 代表匹配一种颜色，需要R 、G 、B 的比例。

即取 )(λc = B b G g R r )()()(λλλ++，就可以匹配出所要求的)(λc 颜色.并且)(λr ,)(λg ,)(λb 是有表可查的，其规律可参见图1.5－1。

图1.5－1 色匹配函数（6）色度图及色品图三原色坐标见图1.5－2a,色品坐标见图1.5－2b,实际色谱的色品则示于图1.5－2c 中。

由图1.5－2c 可见，三原色系统的色品图中有很大部分出现负值，使用很不方便，为此，国际照明委员会建立了CIE 标准色度系统，解决了这一问题。

图1.5－2 色度及色品图1.5.4 CIE 标准色度系统设立标准光源和标准观察者,建立假想色度坐标 ),,(Z Y X ，归一化坐标),,(z y x 和色匹配函数),,(z y x ，以此来建立CIE 标准色度系统。

1） CIE1931标准色度系统这一色度系统是在观测视场为2°的情况下制订出来的。

（1）标准色度坐标的变换CIE1931标准色度系统的变换关系为：[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡B G R B G R Z Y X 5943.50565.000601.05907.40002.11302.17517.17689.299.001.000106.08124.01770.02.03100.04900.06508.5 及⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡Z Y X Z Y X B G R 1786.00025.00009.00157.02524.00912.00828.01587.04185.00092.10144.00052.00888.04264.15152.04681.08966.03646.26508.512） CIE1964标准色度系统因为CIE1931标准色度系统的观测视场为2°，不能概括所有情况，所以又制订出CIE1964标准色度系统，它的观测视场是10°，其定义式、数据及曲线略有变化。

色彩学第五章CIE色度系统

几种人工光源的一般显色指数光源名称 CIE 色度坐标相关色温(k) 一般显色指数Ra
白炽灯(500瓦)
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 y 0.391 x 0.310 y 0.339 x 0.334 y 0.412 x 0.378 y 0.434 x 0.369 y 0.367 u 0.237 v 0.342 u 0.192 v 0.315 u 0.184 v 0.340 u 0.203 v 0.349 u 0.222 v 0.330
１、选择三原色： 700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B) ２、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。
白光色度r=g=b=1/(1+1+1)=0.33
颜色视觉特性
2°视场下用上述选定三原色匹配等能光谱色的R、G、B三刺激值，用 r, g, b来表示。光谱三刺激值曲线如图。这一组函数叫做“CIE1931-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”，简称 “CIE1931-RGB系统标准色度观察者”。以此来代表人眼2°视场的平均颜色视觉
0.8
0.8
色度图可用来表示所有颜色的色度特性。色度图中心为白点（非彩色点），光谱轨迹上的点代表不同波长的光谱色，是饱和度最高的颜色，越接近色度图中心（白点），颜色的饱和度越低。围绕色度图中心不同的角度，颜色的色调不同。
颜色光谱由来
CIE1931标准色度观察者的数据适用于2°视场的中央视觉观察条件(视场范围1°-4°)，以此代表人的平均颜色视觉特性。

光学基础之色度——三原色及CIE标准色度系统知识介绍

1.5 色度色度学中所应用的方法和工具，都是以目视颜色匹配定律和国际上一致采用的标准为基础的。

国际照明委员会（CIE ），通过其色度学委员会，推荐了色度学方法和基本的标准。

1.5.2 三原色三原色：（红R 、绿G 、兰B ）或（品红、绿、兰）三原色不能由其他色混合得到，三原色的波长如下：红：700nm ，绿：546.1nm ，兰：435.8nm由RGB 构成白光，得亮度比为L R =L G :L B =1:4.5907:0.0601 Lm/(s r ·m 2)色度坐标和色品坐标三原色坐标：R ，G ，B ，是三维色度坐标。

色品坐标(归一化坐标)：r=R R+G+B , g= G R+G+B ,b= B R+G+B, 并有 r+g+b=1光谱三刺激值（色匹配函数） )(λr ,)(λg ,)(λb 代表匹配一种颜色，需要R 、G 、B 的比例。

即取 )(λc = B b G g R r )()()(λλλ++，就可以匹配出所要求的)(λc 颜色.并且)(λr ,)(λg ,)(λb 是有表可查的，其规律可参见图1.5－1。

图1.5－1 色匹配函数（6）色度图及色品图三原色坐标见图1.5－2a,色品坐标见图1.5－2b,实际色谱的色品则示于图1.5－2c 中。

由图1.5－2c 可见，三原色系统的色品图中有很大部分出现负值，使用很不方便，为此，国际照明委员会建立了CIE 标准色度系统，解决了这一问题。

图1.5－2 色度及色品图1.5.4 CIE 标准色度系统设立标准光源和标准观察者,建立假想色度坐标 ),,(Z Y X ，归一化坐标),,(z y x 和色匹配函数),,(z y x ，以此来建立CIE 标准色度系统。

1） CIE1931标准色度系统这一色度系统是在观测视场为2°的情况下制订出来的。

（1）标准色度坐标的变换CIE1931标准色度系统的变换关系为：[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡B G R B G R Z Y X 5943.50565.000601.05907.40002.11302.17517.17689.299.001.000106.08124.01770.02.03100.04900.06508.5 及⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡Z Y X Z Y X B G R 1786.00025.00009.00157.02524.00912.00828.01587.04185.00092.10144.00052.00888.04264.15152.04681.08966.03646.26508.512） CIE1964标准色度系统因为CIE1931标准色度系统的观测视场为2°，不能概括所有情况，所以又制订出CIE1964标准色度系统，它的观测视场是10°，其定义式、数据及曲线略有变化。

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。

CIE标准色度学系统介绍

CIE标准色度学系统介绍所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值与色度坐标r、g、b均变为正值。

（一）、CIE-RGB系统与CIE-XYZ系统的转换关系选择三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。

它们在图5-27中的色度坐标分别为：从图5-27中能够看到由XYZ形成的虚线三角形将整个光谱轨迹包含在内。

因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。

在XYZ系统中所得到的光谱三刺激值、、、与色度坐标x、y、z将完全变成正值。

经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有下列关系：X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011B …………………………（5-8）Z= 0.010G+0.990B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=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）………………(5-9)z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）这就是我们通常用来进行变换的关系式，因此，只要明白某一颜色的色度坐标r、g、b，即能够求出它们在新设想的三原色XYZ颜色空间的的色度坐标x、y、z。

通过式（5-9）的变换，对光谱色或者一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能白光的色度坐标仍然是（0.33，0.33），没有改变。

表5-3是由CIE-RGB系统按表5-2中的数据，由式（5-9）计算的结果。

从表5-3中能够看到所有光谱色度坐标x(l)，y(l)，z(l)的数值均为正值。

（毫微米）x y z3800.17410.00500.82090.001450.00000.0065 3850.17400.00500.82100.00220.00010.0105 3900.17380.00490.82130.00420.00010.0201 3950.17360.00490.82150.00760.00020.0362 4000.17330.00480.82190.01430.00040.0679 4050.17300.00480.82220.02320.00060.1102 4100.17260.00480.82260.04350.00120.2074 4150.17210.00480.82310.07760.00220.3713 4200.17140.00510.82350.13440.00400.6456 4250.17030.00580.82390.21480.0073 1.0391 4300.16890.00690.82420.28390.0116 1.3856 4350.16690.00860.82450.32850.0168 1.6230 4400.16440.01090.82470.34830.0230 1.7471 4450.16110.01380.82510.34810.0298 1.7826 4500.15660.01770.82570.33620.0380 1.7721 4550.15100.02270.82630.31870.0480 1.7441 4600.14400.02970.82630.29080.0600 1.6692 4650.13550.03990.82460.25110.0739 1.5281 4700.12410.05780.81810.19540.0910 1.2876 4750.10960.08680.80360.14210.1126 1.0419 4800.09130.13270.77600.09560.13900.8130 4850.06870.20070.73060.05800.16930.6162 4900.04540.29500.65960.03200.20800.4652 4950.02350.41270.56380.01470.25860.3533 5000.00820.53840.45340.00490.32300.2720 5050.00390.65480.34130.00240.40730.2123 5100.01390.75020.23590.00930.50300.1582 5150.03890.81200.14910.02910.60820.1117 5200.07430.83380.09190.06330.71000.07826750.73270.26730.00000.06360.02320.0000 6800.73340.26660.00000.04680.01700.0000 6850.73400.26600.00000.03290.01190.0000 6900.73440.26560.00000.02270.00820.0000 6950.73460.26540.00000.01580.00570.0000 7000.73470.26530.00000.01140.00410.0000 7050.73470.26530.00000.00810.00290.0000 7100.73470.26530.00000.00580.00210.0000 7150.73470.26530.00000.00410.00150.0000 7200.73470.26530.00000.00290.00100.0000 7250.73470.26530.00000.00200.00070.0000 7300.73470.26530.00000.00140.00050.0000 7350.73470.26530.00000.00100.00040.0000 7400.73470.26530.00000.00070.00020.0000 7450.73470.26530.00000.00050.00020.0000 7500.73470.26530.00000.00030.00010.0000 7550.73470.26530.00000.00020.00010.0000 7600.73470.26530.00000.00020.00010.0000 7650.73470.26530.00000.00010.00000.0000 7700.73470.26530.00000.00010.00000.0000 7750.73470.26530.00000.00010.00000.00007800.73470.26530.00000.00000.00000.0000按5毫微米间隔求与：=21.3714；=21.3711；=21.3715为了使用方便，图5-27中的XYZ三角形，经转换变为直角三角形（图5-28），其色度坐标为x、y。

光学基础之色度-三原色及CIE标准色度系统知识介绍

光学基础之⾊度-三原⾊及CIE标准⾊度系统知识介绍1.5 ⾊度⾊度学中所应⽤的⽅法和⼯具，都是以⽬视颜⾊匹配定律和国际上⼀致采⽤的标准为基础的。

国际照明委员会（CIE ），通过其⾊度学委员会，推荐了⾊度学⽅法和基本的标准。

1.5.2 三原⾊三原⾊：（红R 、绿G 、兰B ）或（品红、绿、兰）三原⾊不能由其他⾊混合得到，三原⾊的波长如下：红：700nm ，绿：546.1nm ，兰：435.8nm由RGB 构成⽩光，得亮度⽐为L R =L G :L B =1:4.5907:0.0601 Lm/(s r ·m 2)⾊度坐标和⾊品坐标三原⾊坐标：R ，G ，B ，是三维⾊度坐标。

⾊品坐标(归⼀化坐标)：r=R R+G+B , g= G R+G+B ,b= B R+G+B, 并有 r+g+b=1光谱三刺激值（⾊匹配函数） )(λr ,)(λg ,)(λb 代表匹配⼀种颜⾊，需要R 、G 、B 的⽐例。

即取 )(λc = B b G g R r )()()(λλλ++，就可以匹配出所要求的)(λc 颜⾊.并且)(λr ,)(λg ,)(λb 是有表可查的，其规律可参见图1.5－1。

图1.5－1 ⾊匹配函数（6）⾊度图及⾊品图三原⾊坐标见图1.5－2a,⾊品坐标见图1.5－2b,实际⾊谱的⾊品则⽰于图1.5－2c 中。

由图1.5－2c 可见，三原⾊系统的⾊品图中有很⼤部分出现负值，使⽤很不⽅便，为此，国际照明委员会建⽴了CIE 标准⾊度系统，解决了这⼀问题。

图1.5－2 ⾊度及⾊品图1.5.4 CIE 标准⾊度系统设⽴标准光源和标准观察者,建⽴假想⾊度坐标 ),,(Z Y X ，归⼀化坐标),,(z y x 和⾊匹配函数),,(z y x ，以此来建⽴CIE 标准⾊度系统。

1） CIE1931标准⾊度系统这⼀⾊度系统是在观测视场为2°的情况下制订出来的。

（1）标准⾊度坐标的变换CIE1931标准⾊度系统的变换关系为：[]=????=??????????B G R B G R Z Y X5943.50565.000601.05907.40002.11302.17517.17689.299.001.000106.08124.01770.02.03100.04900.06508.5 及---=????----=??????????Z Y X Z Y X B G R1786.00025.00009.00157.02524.00912.00828.01587.04185.00092.10144.00052.00888.04264.15152.04681.08966.03646.26508.51 2） CIE1964标准⾊度系统因为CIE1931标准⾊度系统的观测视场为2°，不能概括所有情况，所以⼜制订出CIE1964标准⾊度系统，它的观测视场是10°，其定义式、数据及曲线略有变化。

色度学原理与CIE标准色度学系统介绍

色光匹配： Red
nm 700
Green 546.1
Blue 435.8
颜色转盘
颜色匹配的方法：
❖ 光谱匹配：不同光谱成分的混合（调节光源的发射光谱、物质的吸收与反射光谱。
❖ 时序混合：用色转盘，调节转盘上颜色块的面积。
❖ 空间混合：调节不同色颗粒的比例。 ❖ 其基础是光谱的混合，后两种混合方法是利
2.6 色度转换
1931年CIE规定700 nm的红、546.1 nm的绿和435.8 nm的蓝为色光三原色，三原色能相加匹配出等能白色(E光源)，然后在2o观察条件下，采用目视配色仪上匹配出等能光谱色的 R、G、B分量，称为 1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者光
用了人眼的视觉特性。
格拉斯曼定律
❖ （1)人眼只能分辨出颜色的三种变化：明度、色度、饱和度
❖ （2）在有几个成分组成的混合色中，如果一个成分连续变化，则混合色的成分也连续变化。由此导出：
❖ 补色律：如果两个补色成分以适当混合产生灰色或白色，以其它比例混合产生近似于比重较大的颜色的非饱和色。
令 [W] = (1/3)[R] + (1/3)[G] + (1/3)[B] [W]色度坐标：r = 1/3、g = 1/3、b = 1/3
相应 [R]、[G]、[B] 的相对光亮度值： L[R]= 1.0000 、 L[G] = 4.5907 、 L[B] = 0.0691 ，从而颜色C*的单位光亮度为
2.2在.2颜颜色科色学方中程，我们不直接用三刺激值R、
G、B来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B 总量的相对比值表示颜色。色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。对颜色C*而言，其色度坐标为：

CIE均匀颜色空间

u-v色度图虽然已比较均匀. 但该图没有明度坐标。

而在实际1与明度相关的亮度因数Y。

因此，有必要将u-v 色度图扩充成包括；颜色空间。

首先要做的事是建立均匀明度标尺。

在孟塞尔系统中.：11 个等级。

明度的变化相应于亮度因数的变化. 但两者并不是线I:指在规定的照明条件下. 在给定方向上的物体亮度与同样条件下吴比。

对于明度和亮度因数之间的关系. 1964年CIE推荐下列公式：W= 25Yl/3一17，1≤Y≤100 式中. 以W表示明度指数。

将上述均匀明度标尺和u-V 色度图结合起来. 并在明度尺和色度因子. 就构成了CIE 1964均匀颜色空间。

该空间用U*V*W。

坐标U*.V。

由下列公式确定：“= l3W *●(u 一uo) V* =l3r ' - (v-.vo ) 式中，U、V是颜色样品的色坐标；常数Uo 是非彩色的坐标原点。

uo、vo 的值可由标准照明体(如D65 或A)的三色刺激值·。

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6.1 CIE1976Lab均匀颜色空间

颜色科学CIE1976L*a*b*均匀颜色空间一、颜色宽容量与均匀颜色空间l 1、宽容量指人眼感觉不出的色彩差别量（变化范围），也叫宽容域。

l 2、均匀颜色空间——能以相同距离表示相同知觉色差的三维颜色空间。

色差反映在CIE色度图上即为两个色度点之间的距离。

二、Yxy颜色空间的不均匀性l 1、麦克亚当的实验：在CIE色度图上选取25个颜色色度点（色度坐标x，y）作为标准的色光。

对每个色度点画出5～9条不同方向的直线，取相对两侧的色光来匹配标准色光，由同一位观察者调节所匹配色光的比例，确定其颜色辨别的宽容量。

l2、结论：（1）在CIE色度图中，不同位置，不同方向上颜色的宽容量是不同的，即相同的几何距离，在不同的颜色区域里和不同的颜色变化的方向上，所对应的视觉颜色差别量大小不同（如蓝—绿区域）。

（2）若用x，y色度图上两个颜色色度点之间的距离作为色彩感觉差别量的度量，会影响颜色匹配和复制的准确性。

三、CIE1976L*a*b*均匀颜色空间l 1、优点：当颜色的色差大于视觉的识别阈限（恰可察觉）而又小于孟塞尔系统中相邻两级的色差值时，能较好的反映物体色的心理感受效果。

l 2、计算公式：()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-=310310*310310*310*20050016116Z Z Y Y b Y Y X X a Y Y L )1(01.00>>Y Y Y X 、Y 、Z 为样品色三刺激值X 0、Y 0、Z 0为CIE 标准照明体三刺激值L*称为心理计量明度a*、b*称为心理计量色度由公式可看到：（1）X、Y、Z变换为L*、a*、b*时，包含有立方根这种非线性变换，原马蹄形轨迹不复存在，而用“心理颜色空间”表示。

（2）心理色度a*和b*的计算公式中有（X-Y）和（Y-Z），这里X可理解为锥体细胞的R-G反应，Z是Y-B反应，Y是BK-W反应。

红绿黄蓝黄绿橙紫蓝绿黑白+a* -a*-b*+b*L*=10L*=0灰()()()2*2*2***2*1**2*1**2*1*b a L E bb b a a a LL L ab∆+∆+∆=∆-=∆-=∆-=∆总色差色差计算：（3）计算色差时，可根据计算结果判断两颜色的外貌差别：ØΔL*=L*-L2*>0，1色比2色明度高；1Ø Δa*=a*-a2*>0，1色比2色偏红；1Ø Δb*=b*-b2*>0，1色比2色偏黄。

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

光学基础之色度——均匀色度空间及CIE均匀色度空间知识介绍

色品u*=13L*(u’-un’)
v*=13L*(v’-vn’)
式中：
Y—颜色样品三刺激值
Yn—完全漫反射体三刺激值
u’,v’—CIE1976UCS色品坐标，见前
un’,vn’—完全漫反射体色品坐标，
un’= vn’=
坐标见图1.5－7。
图1.5－7 CIE LUV空间图
色差如下：
加权系数和的数值如下表所示：
表1.5－1
2°
10°
0.35
0.25
0.45
0.30
此外，色差也可用色调角和彩度表示。
色调角：
彩度：
饱和度：
色调差：
色差：
3）CIE 1976 Lab色度空间
取坐标Lab，其中L亮度；a的正数代表红色，负端代表绿色；b的正数代表黄色，负端代表兰色（a,b），有
L=116f(y)－16
a=500[f( )－f(y)]
1960年，CIE制定了新色品图坐标u、v，以后得到继续确认。
3）均匀颜色坐标的允许误差
uv坐标的色品示于图1.5－6中，其中也示出了允许的色品误差，可见此允许的色品误差比图1.5－5的均匀得多。
图1.5－6均匀空间的分辨力
1.5.6 CIE均匀色度空间
1）CIE1964LUV色度空间公式
W*=25 1/3-17 1≤ <100
图1.5－9色品图
U*=13W*(u-u0)
V*=13W*(v-v0)
式中
u= ，
v= 。
u0，v0是照明光源的色品坐标
色差△E＝［△W*2+△U*2+△V*2］1/2
2）1976年CIE的LUV色度空间
CIE LUV色度空间即成为均匀色度空间。

6.1 CIE1976Lab均匀颜色空间

颜色科学CIE1976L*a*b*均匀颜色空间一、颜色宽容量与均匀颜色空间l 1、宽容量指人眼感觉不出的色彩差别量（变化范围），也叫宽容域。

l 2、均匀颜色空间——能以相同距离表示相同知觉色差的三维颜色空间。

色差反映在CIE色度图上即为两个色度点之间的距离。

二、Yxy颜色空间的不均匀性l 1、麦克亚当的实验：在CIE色度图上选取25个颜色色度点（色度坐标x，y）作为标准的色光。

对每个色度点画出5～9条不同方向的直线，取相对两侧的色光来匹配标准色光，由同一位观察者调节所匹配色光的比例，确定其颜色辨别的宽容量。

l2、结论：（1）在CIE色度图中，不同位置，不同方向上颜色的宽容量是不同的，即相同的几何距离，在不同的颜色区域里和不同的颜色变化的方向上，所对应的视觉颜色差别量大小不同（如蓝—绿区域）。

（2）若用x，y色度图上两个颜色色度点之间的距离作为色彩感觉差别量的度量，会影响颜色匹配和复制的准确性。

三、CIE1976L*a*b*均匀颜色空间l 1、优点：当颜色的色差大于视觉的识别阈限（恰可察觉）而又小于孟塞尔系统中相邻两级的色差值时，能较好的反映物体色的心理感受效果。

l 2、计算公式：()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-=310310*310310*310*20050016116Z Z Y Y b Y Y X X a Y Y L )1(01.00>>Y Y Y X 、Y 、Z 为样品色三刺激值X 0、Y 0、Z 0为CIE 标准照明体三刺激值L*称为心理计量明度a*、b*称为心理计量色度由公式可看到：（1）X、Y、Z变换为L*、a*、b*时，包含有立方根这种非线性变换，原马蹄形轨迹不复存在，而用“心理颜色空间”表示。

（2）心理色度a*和b*的计算公式中有（X-Y）和（Y-Z），这里X可理解为锥体细胞的R-G反应，Z是Y-B反应，Y是BK-W反应。

红绿黄蓝黄绿橙紫蓝绿黑白+a* -a*-b*+b*L*=10L*=0灰()()()2*2*2***2*1**2*1**2*1*b a L E bb b a a a LL L ab∆+∆+∆=∆-=∆-=∆-=∆总色差色差计算：（3）计算色差时，可根据计算结果判断两颜色的外貌差别：ØΔL*=L*-L2*>0，1色比2色明度高；1Ø Δa*=a*-a2*>0，1色比2色偏红；1Ø Δb*=b*-b2*>0，1色比2色偏黄。

CIE标准色度学系统

色容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。

光源发出的光谱与标准光谱之间的差别。

标准光谱随着改变，同一个光源如果标准光谱不同其色容差也不同，但是测量的时候，一般光色电分析系统会自动识别被测光源所在的色温范围，以确定标准光谱的色温取值，色容差的单位是SDCM，一般的要求的色容差要小于5SDCM。

色容差，是表征光色电检测系统软件计算的X,Y值与标准光源之间差别。

数值越小，准确度越高。

标准光源的光谱随色温改变，则不同色温时，其标准光谱不同（一般检测设备会自动AUTO识别被测LED光源的色温范围，并确定对应的标准光源色温取值），色容差不同。

在相同色温时，参考标准光谱一致，色坐标X,Y不同，则色容差不同。

(已下载)普通照明用LED模块的性能要求标准中规定LED模块要求的色容差要小于7SDCM。

色容差的意义引（1）在荧光灯中由于红、绿、蓝三种粉的密度不同，生产中很容易造成色温差，一旦出现，需通过调节色容差来调整色温差以保证灯的光色。

能够显示色容差的仪器（2）作为照明光源的白光LED应当参照色容差的标准来要求指导白光LED 新照明光源的发展和应用。

色容差和哪些因素有关？[1]式中：Δx和Δy表示相对于目标坐标值x，y的误差，g11,g12, g22表示由各目标值决定的系数，K为色容差。

标准颜色灯的色品坐标目标值应符合表D1的规定（见附录），系数见表D2。

用轴参数计算色容差的算式为：x’/K2a2+y’/K2b2=1 (2)式中：x’=Δxcosθ+Δysinθy’=-Δxsinθ+Δycosθa和b分别是1SDCM的长半轴和短半轴。

附CIE1931图，详细描述见第二章：一、CIE1931RGB 真实三原色表色系统（一）、颜色匹配实验把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配，颜色匹配实验是利用色光加色来实现的。

CIE色度系统简介

在1931年国际照明委员会
A.
B. 颜色匹配实验的结果用颜色匹配方程表示:
（C）-匹配颜色单位、(R),(G),(B)-混合色的红、绿、蓝三原色单位
C (C)≡R(R)+G(G)+B(B) －－－１－１
R、G、B —代数量，红绿蓝三原色光的刺激值 ≡ —匹配或视觉上相等, C —混合色的总数量当C ＝１，方程１－1可表示(C)≡r(R)+g(G)+b(B) 色坐标:r=R/(R+G+B),g=G/(R+G+B),b =B/(R+G+B)
二．眼睛的结构及其视觉特性
颜色视觉理论
由于三色学说和四色学说长期对立状态, 现代学者提出“阶段学说”: 第一阶段在视网膜内有三种独立的锥体感色物质（ＲＧＢ），它们同时有选择地吸收光谱不同波长的辐射，同时每一物质又可单独产生黑和白的反应，在强光作用下产生白的反应，无刺激时是黑的反应．第二阶段在兴奋由锥体细胞向视觉中枢的传导过程中，这三种反应又重新组合，最后形成三对对立性的神经反映，红－绿，黄－蓝，白－黑
此图-300多名标准观察者在中央凹视觉（2°~3°视场）的平均光谱灵敏特性，V（λ）和V’（λ）曲线见图
四． CIE标准色度系统
4.1
(CIE) 规定了两套色度系统，一是1931CIE-RGB色度系统；另一种是XYZ色度系统．两种系统都是建立在人眼的颜色视觉理论和三色混合实验的基础之上的. 色光混合匹配实验待测光色可通过调节三种原色光的强度来混合形成，当视场中两部分光色相同时，视场中的分界线感觉消失，两部分合为一视场，待测光色与三原混和光色达到色匹配. 图-色光混合匹配实验
CIE标准色度系统

光学基本概念形象解释：CIE色度系统与色彩

光学基本概念形象解释：CIE⾊度系统与⾊彩三种⾊温的荧光灯光谱显⽰器指标光源颜⾊光源⾊温不同，光⾊也不同，带来的感觉也不相同：<3300K温暖（带红的⽩⾊）稳重、温暖3000－5000K中间（⽩⾊）爽快>5000K清凉型（带蓝的⽩⾊）冷⾊温与亮度：⾼⾊温光源照射下，如亮度不⾼则给⼈们有⼀种阴冷的⽓氛；低⾊温光源照射下，亮度过⾼会给⼈们有⼀种闷热感觉。

光⾊的对⽐：在同⼀空间使⽤两种光⾊差很⼤的光源，其对⽐将会出现层次效果，光⾊对⽐⼤时，在获得亮度层次的同时，⼜可获得光⾊的层次。

CIE⾊度系统与⾊彩⼀．光学度和⾊度学基本术语• 光通量:-----单位时间内⼈眼感受到的物体辐射功率,⽤表⽰单位:lm• 发光强度:-----光源在包含给定⽅向的⽴体⾓元dΩ内传输的光通量dφ与该⽴体⾓元之商.单位:cd• 光照度-----单位受照⾯积所接受的光通量，⽤E表⽰. E=dφ/dA单位:LX ,lx=lm·m-2• 亮度 -----光源表⾯⾯积元在给定⽅向的发光强度与⾯积元在垂直于该⽅向的平⾯上的正交投影⾯积之商，⽤L表⽰.L=I/dA·单位: nt=cd·m-2• ⾊温-----当某⼀种光源的⾊品与某⼀温度下⿊体的⾊品相同时,⿊体的温度就是光源⾊温,⽤TC表⽰.• ⾊刺激-----进⼊⼈眼能引起有彩⾊或⽆彩⾊感觉的可见光辐射• ⾊品坐标-----三刺激值之值与它们和之⽐⼆．眼睛的结构及其视觉特性颜⾊视觉理论由于三⾊学说和四⾊学说长期对⽴状态, 现代学者提出"阶段学说":第⼀阶段在视⽹膜内有三种独⽴的锥体感⾊物质（ＲＧＢ），它们同时有选择地吸收光谱不同波长的辐射，同时每⼀物质⼜可单独产⽣⿊和⽩的反应，在强光作⽤下产⽣⽩的反应，⽆刺激时是⿊的反应．第⼆阶段在兴奋由锥体细胞向视觉中枢的传导过程中，这三种反应⼜重新组合，最后形成三对对⽴性的神经反映，红－绿，黄－蓝，⽩－⿊图－阶段学说模型• 眼睛的结构⼈的眼睛相当于⼀个光学仪器,它的内部构造如图:巩膜脉络膜⽹膜⾓膜前室虹彩⼈眼构成⼆．眼睛的结构及其视觉特性• 眼睛视觉特性在⼈眼的组成中，视⽹膜是⼀个⼗分重要的视觉接收器。

CIE简介

CIE（国际照明委员会）：原文为Commission Internationale de L'Eclairage（法）或International Commission on Illumination （英）。

这个委员会创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。

可回溯到1930年，CIE标准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65）和阴极射线管（CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。

CIE的总部位于奥地利维也纳。

CIE目前约有40个成员国单位，大会每四年举办一次，至今已举办27届，与国际电工委员会（IEC 国际规范化组织（ISO享有同等知名度的国际化专业组织。

CIE共有七个分部（Division）从事光和照明领域的研究：第一分部：视觉和颜色；第二分部：光与辐射的丈量；第三分部：内部环境和照明设计；第四分部：交通照明和信号；第五分部：外部照明和其它应用；第六分部：光生物和光化学；第七分部：图像技术。

原有第七分部在1999年并入其它分部。

会议期间将召开CIE大会、各分部（DⅣ）会议和技术委员会（TC）会议。

按照惯例，在每届大会之前要召开CIE理事会，并进行换届安排确认和新一届理事会的工作安排，在2011年第27次大会上，来自中国的崔中平教授当选为第一个代表中国大陆的CIE副主席（VP）、复旦大学林燕丹教授成为第一个当选分部副部长（AD）的中国专家编辑本段颜色系统CIE颜色系统颜色是一门很复杂的学科，它涉及到物理学、生物学、心理学和材料学等多种学科。

颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事。

现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准，但是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受。

RGB模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但它是一种与设备相关的颜色模型。

每一种设备（包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等）使用RGB模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能相互通用。

第3章-第2节均匀颜色空间(21页)

2.CIE1976UCS图( u ' v ' 色品图) 2.CIE1976UCS图色品图) • 与CIE1931色度图的转换关系：
4x u'= =u −2 x + 12 y + 3 9y v ' = = 1.5v −2 x + 12 y + 3
4X u ' = X + 15Y + 3Z = u 9Y v ' = = 1.5v X + 15Y + 3Z
X Y Z ≤ 0.008856， ≤ 0.008856， ≤ 0.008856时， (2)当 X0 Y0 Z0 ( X / X 0 )1/ 3由7.787 X / X 0 + 16 /116代替 (Y / Y0 )1/ 3由7.787Y / Y0 + 16 /116代替 ( Z / Z0 )1/ 3由7.787 Z / Z0 + 16 /116代替明度L* = 903.3Y / Y0 a* = 3893.5 ( X / X 0 − Y / Y0 ) 故色度坐标 * b = 1557.4 (Y / Y0 − Z / Z0 )
1.V1.V-Y的函数关系 • (1)平方根公式： H = 10Y 1/ 2 L • (2)孟塞尔明度值函数：
Y = 1.2219V − 0.23111V 2 + 0.23951V 3 − 0.021009V 4 + 0.0008404V 5
• (3)CIE明度指数函数：
W * = 25Y 1/ 3 − 17
∆L = L1 − L2 1/ 2 * * 2 * 2 * 2 * * ∆E ab = ( ∆L ) + ( ∆a ) + ( ∆b ) ，∆a* = a1 − a2 * * ∆b = b1* − b2

（12）均匀颜色空间《颜色-不是你想象的那样》

（12）均匀颜色空间《颜色-不是你想象的那样》1.CIE 1960均匀颜色空间2.CIE 1964均匀颜色空间3.CIE 1976均匀颜色空间1CIE 1960均匀颜色空间（CIE 1960均匀色度图、CIE 1960 UCS图）先介绍一个概念：颜色宽容度在色度图上，人眼感觉不出的色彩差别范围叫做颜色宽容度。

在色度图上，每一个点代表一种颜色，马蹄形范围内的颜色就是人眼所能看见的颜色范围。

实际上人眼对各种颜色的宽容度是不同的：绿色区域敏感性较差，变化范围很大，眼睛仍觉得是原来的颜色；蓝色区域敏感性较差，很小的坐标变动就能引起颜色变化的感觉。

总体来说：橙蓝→青：比较敏感；品红→黄绿：敏感性较差。

也就是说，在CIExy色度图上，空间距离在视觉上不是等距的，或者说CIExy色度图上的空间距离表示的颜色差别跟视觉上的差别不一致（如下图现实人眼对色差辨别灵敏度示意图）图中的椭圆形表示颜色宽容度的范围所以CIE 1960均匀色度图的修改希望能以均匀距离来表示颜色的差别。

CIE 1960均匀颜色空间——CIE 1960均匀色度图——CIE 1960 UCS图这三个名词代表的意思都是一样的。

以下均采用CIE 1960 UCS图下图是1931CIE-XYZ色度图与CIE 1960 UCS图的对比左图是1931 CIE-XYZ系统色度图；右图是CIE 1960 UCS图下面详细介绍CIE 1960 UCS图：CIE 1960 UCS图由CIE 1960 UCS图发现，横坐标是u，纵坐标是v。

跟1931 CIE-XYZ颜色系统的x，y的转换关系是：结合上篇介绍的1931CIE颜色系统，总结如下：CIE-RGB系统中的三刺激值是R、G、BCIE-XYZ 系统中的三刺激值是X、Y、ZCIE-UCS系统中的三刺激值是U、V、W转换关系如下：2CIE 1964 均匀颜色空间但是CIE 1960颜色空间上面没有明度坐标（CIE xy色度图上面的明度坐标是Y），所以使用CIE 1960颜色空间时，除了要列出u、v之外，还要单独列出明度Y值，这样对计算很不方便。