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颜色科学
色度学原理与CIE标准色度系统
专 业：纺织化学与染整工程 姓 名：王先锋 日 期：20来自百度文库2年10月
1.基础理论知识 2.CIE标准色度系统 3.均匀颜色空间和色差公式
1.1 颜色匹配实验
➢ Q：黑色扇面的作用 ➢ 引入概念——三刺激值
“为了匹配某一特定颜 色所需要的三原色的数 量” ➢ 意义：说明了颜色混合 匹配的原理 ➢ 更精密的匹配——颜色 光匹配实验
光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功 率分布。 • 已知色光E的光谱功率分布E(λ) →三刺激值和色度坐标？？ • 每一波长λ的光谱色都有相应的色度坐标r(λ) g(λ) b(λ)，波长λ的单 色光E(λ)d λ的亮度为kV(λ)E(λ)d λ，从而得出其色量值dC(λ) ：
• K—规化系数，V(λ)—光谱光效率函数
• 在设定r(̅ λ)、 g̅(λ) 、b̅(λ)的前提下得到如上公式。 • 上式表示的是：r̅(λ)、 g(̅ λ) 、b̅(λ)函数一旦确定，对于任一
色光，只要测得它的光谱功率分布，就能计算出其色度坐 标。因此， r̅(λ)、 g̅(λ) 、b̅(λ)称为光谱三刺激值。
1.6 色度转换
• 同一种颜色相对于两种不同的三原色将有不同的色度坐标。
亮度值。
度值为Lp
的光混合
• 如果我们将p[P]、q[Q]两色混合，调节p、q值使之与
r[R]亮度相等。则此时：pLp+qLq=rLr。
1.3 颜色的数学表示
色度匹配
当给定一个色光照射时， 可通过适当比例的三原色 混合，得到与给定色光相 同的颜色和亮度。
色三角形
三角形内各点距三边的距 离为r、g、b，相当于三原 色的混合比例。
1/3 1/3],从而得出[k]。
2 CIE标准色度系统
• CIE——Commission Internationale de L‘Eclairage（通法过）许多—观—察国者际的颜照色明视委觉实员验会，确定一组
• 标准色度系统为匹—配此—等代C能表IE光人所谱眼规色的所平定需均的要颜一的色三视套原觉颜色特色数征据。测。以 量原理、数据和计算方法。
色进入色三角形范围内。记波长
500nm处的光谱色为C*500=C1[C1]，混 入白光后：
C1[C1]+W1[W]=G1[G1]+B1[B]
此光谱色的三刺激值至少有 一个为负值，此点在色三角 形之外，且从理论上说明了
三刺激值会出现负值。
1.5 光谱三刺激值
• 这部分是单波长向连续波长的一个延伸。 • 光谱功率分布
在色度坐标转换中，对X*Y*Z*体系可能按照不同的规化条件（例 如采用不同的白色），采用与R*G*B*体系不同的色度单位量值。
依相同的原理，可得XYZ系统中光谱三刺激值x ̅(λ)、y ̄(λ) 、z̅(λ) 与 RGB系统中的光谱三刺激值r̅(λ)、 g̅(λ) 、b̅(λ)的转换关系。
• 得出结论：[R G B]=[X Y Z]([A].[k])。 • 如何确定[k]呢？当[R G B]为白色[rw gw bw]时,[X Y Z]=[1/3
颜色C*的色度坐标： r=R/R+G+B，g=G/R+G+B，b=B/R+G+B
定义 C*的单位值[C]=r[R]+g[G]+b[B] ，则其色量C=R+G+B
rgb的数值与R*G*B*所采 用的单位光亮度有关
• 规化[R][G][B]的单位值使白色位于色三角形的中心。 令白色单位向量为[W]，且色度坐标为r=g=b=1/3，即： [W]=1/3[R]+1/3[G] +1/3[B]
• 颜色C*的单位光亮度：L[C]=rL[R]+gL[G]+bL[B] 其中L[R]、L[G]、L[B] 为[R][G][B]的光亮度值，它们不相等， 为相应的定值。
• 颜色C*的色量C为：C=L/L[C]
1.4 色度相加原理与色谱图
• 色光C1[C1]：三刺激值R1G1B1，色度坐标r1g1b1 • 色光C2[C2]：三刺激值R2G2B2，色度坐标r2g2b2 • 混合后得到：C12[C12]，其颜色在色方三程角如形下坐：标中两色混合的色度，
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*。
相当于C1*、C2*两色依其色量C1、 C2而形成的重心点。
光谱色
从380-780nm可见光波长范围内的单 色光所对应的颜色。
根据色度相加原理，任何现实颜色的色度坐标必然都在光谱
光谱色是最纯的，在色调上是最浓
的，轨在迹色与三长角短形波中两是端不存点在连的线，所但构成的范围之内，由此构成的图
是在其中混入部分白光，可谱使称混为合色谱图。
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。
• [P]、[Q]、[R]作为相应颜色的单位量值，它们是任意 取的。以之为基数，则可用p[P]、q[Q]、r[R]表示颜色 的照度，其中p、q、r代表颜色的强度。
• 调节[P]、[Q]、[R]的亮度 ，使它们光亮度相等，即：
[P]/Lp=[Q]/Lq=[R]/Lr。 Lp、P份Lq光、亮Lr为各单位颜色的光
• 以颜色C*为例，采用色向量来推导：
• 三原色：R*G*B*，单位向量：[R][G][B][C]，三刺激值：RGB； • 三原色：X*Y*Z*，单位向量：{X}{Y}{Z}{[CX}]，与三{X刺}如激值：XYZ；
何关联呢？ • [X][Y][Z]的色度坐标分别为：(rx,gx,bx)、(ry,gy,by)、(rz,gz,bz)。从而有：
色度学原理与CIE标准色度系统
专 业：纺织化学与染整工程 姓 名：王先锋 日 期：20来自百度文库2年10月
1.基础理论知识 2.CIE标准色度系统 3.均匀颜色空间和色差公式
1.1 颜色匹配实验
➢ Q：黑色扇面的作用 ➢ 引入概念——三刺激值
“为了匹配某一特定颜 色所需要的三原色的数 量” ➢ 意义：说明了颜色混合 匹配的原理 ➢ 更精密的匹配——颜色 光匹配实验
光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功 率分布。 • 已知色光E的光谱功率分布E(λ) →三刺激值和色度坐标？？ • 每一波长λ的光谱色都有相应的色度坐标r(λ) g(λ) b(λ)，波长λ的单 色光E(λ)d λ的亮度为kV(λ)E(λ)d λ，从而得出其色量值dC(λ) ：
• K—规化系数，V(λ)—光谱光效率函数
• 在设定r(̅ λ)、 g̅(λ) 、b̅(λ)的前提下得到如上公式。 • 上式表示的是：r̅(λ)、 g(̅ λ) 、b̅(λ)函数一旦确定，对于任一
色光，只要测得它的光谱功率分布，就能计算出其色度坐 标。因此， r̅(λ)、 g̅(λ) 、b̅(λ)称为光谱三刺激值。
1.6 色度转换
• 同一种颜色相对于两种不同的三原色将有不同的色度坐标。
亮度值。
度值为Lp
的光混合
• 如果我们将p[P]、q[Q]两色混合，调节p、q值使之与
r[R]亮度相等。则此时：pLp+qLq=rLr。
1.3 颜色的数学表示
色度匹配
当给定一个色光照射时， 可通过适当比例的三原色 混合，得到与给定色光相 同的颜色和亮度。
色三角形
三角形内各点距三边的距 离为r、g、b，相当于三原 色的混合比例。
1/3 1/3],从而得出[k]。
2 CIE标准色度系统
• CIE——Commission Internationale de L‘Eclairage（通法过）许多—观—察国者际的颜照色明视委觉实员验会，确定一组
• 标准色度系统为匹—配此—等代C能表IE光人所谱眼规色的所平定需均的要颜一的色三视套原觉颜色特色数征据。测。以 量原理、数据和计算方法。
色进入色三角形范围内。记波长
500nm处的光谱色为C*500=C1[C1]，混 入白光后：
C1[C1]+W1[W]=G1[G1]+B1[B]
此光谱色的三刺激值至少有 一个为负值，此点在色三角 形之外，且从理论上说明了
三刺激值会出现负值。
1.5 光谱三刺激值
• 这部分是单波长向连续波长的一个延伸。 • 光谱功率分布
在色度坐标转换中，对X*Y*Z*体系可能按照不同的规化条件（例 如采用不同的白色），采用与R*G*B*体系不同的色度单位量值。
依相同的原理，可得XYZ系统中光谱三刺激值x ̅(λ)、y ̄(λ) 、z̅(λ) 与 RGB系统中的光谱三刺激值r̅(λ)、 g̅(λ) 、b̅(λ)的转换关系。
• 得出结论：[R G B]=[X Y Z]([A].[k])。 • 如何确定[k]呢？当[R G B]为白色[rw gw bw]时,[X Y Z]=[1/3
颜色C*的色度坐标： r=R/R+G+B，g=G/R+G+B，b=B/R+G+B
定义 C*的单位值[C]=r[R]+g[G]+b[B] ，则其色量C=R+G+B
rgb的数值与R*G*B*所采 用的单位光亮度有关
• 规化[R][G][B]的单位值使白色位于色三角形的中心。 令白色单位向量为[W]，且色度坐标为r=g=b=1/3，即： [W]=1/3[R]+1/3[G] +1/3[B]
• 颜色C*的单位光亮度：L[C]=rL[R]+gL[G]+bL[B] 其中L[R]、L[G]、L[B] 为[R][G][B]的光亮度值，它们不相等， 为相应的定值。
• 颜色C*的色量C为：C=L/L[C]
1.4 色度相加原理与色谱图
• 色光C1[C1]：三刺激值R1G1B1，色度坐标r1g1b1 • 色光C2[C2]：三刺激值R2G2B2，色度坐标r2g2b2 • 混合后得到：C12[C12]，其颜色在色方三程角如形下坐：标中两色混合的色度，
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*。
相当于C1*、C2*两色依其色量C1、 C2而形成的重心点。
光谱色
从380-780nm可见光波长范围内的单 色光所对应的颜色。
根据色度相加原理，任何现实颜色的色度坐标必然都在光谱
光谱色是最纯的，在色调上是最浓
的，轨在迹色与三长角短形波中两是端不存点在连的线，所但构成的范围之内，由此构成的图
是在其中混入部分白光，可谱使称混为合色谱图。
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。
• [P]、[Q]、[R]作为相应颜色的单位量值，它们是任意 取的。以之为基数，则可用p[P]、q[Q]、r[R]表示颜色 的照度，其中p、q、r代表颜色的强度。
• 调节[P]、[Q]、[R]的亮度 ，使它们光亮度相等，即：
[P]/Lp=[Q]/Lq=[R]/Lr。 Lp、P份Lq光、亮Lr为各单位颜色的光
• 以颜色C*为例，采用色向量来推导：
• 三原色：R*G*B*，单位向量：[R][G][B][C]，三刺激值：RGB； • 三原色：X*Y*Z*，单位向量：{X}{Y}{Z}{[CX}]，与三{X刺}如激值：XYZ；
何关联呢？ • [X][Y][Z]的色度坐标分别为：(rx,gx,bx)、(ry,gy,by)、(rz,gz,bz)。从而有：