色度学

2 RGB计色系统
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其中，m称为色模，代表彩色光所含三基色单位的总 量，也是三色系数的总和；r、g、b称为相对色系数，也称 色坐标，分别表示当三基色单位总量为1时，混配某一色光 所需的[ R ]、[ G ]、[ B ]的系数。显然，r+g+b=1。
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由于相对色系数的总和为1，所以r、g、b三个值中只有 任两个值是独立的，也就是说，用其中的两个量就可以明确 表示色度。这样一来，各种彩色的色度就可以用二维的色度 图来表示。一般采用r、g两个参量，并以r-g平面直角坐标标 记色度。即以r、g两值为坐标值，每种颜色的色度可在r-g直 角坐标系中一一表示出来。这样得到的平面几何图形称为 RGB色度图或r-g色度图，如 下页图示RGB色度图 。
3.混色方法
3.2 1853年格拉斯曼（H.Grasman）教授总
结也下列相加混色定律：
1.补色律：自然界任一颜色都有其补色，它与它的 补色按一定比例混合，可以得到白色或 灰色。 • 2.中间律：两个非补色相混合，便产生中间色。 • 其色调决定于两个颜色的相对数量， • 其饱和度决定于二者在颜色顺序上的 • 远近。 • 3.代替律：相似色混合仍相似，不管它们的光谱成分是否 • 相同。 • 4.亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之 • 和。
4、麦克斯韦计色三角形
麦克斯韦（J.C.Maxwall）首先用等边三角形简单而 直观地表示颜色的色度，这个三角形称为Maxwell颜色 三角形，
它的三个顶点分别表示 [R]、[G]、[B]，三角形 内任一点都代表自然界 的一种颜色， (G＋B)+G =2G+B
G＋B
G
如果设每个顶点到对 边的距离为1，则三 角形内任一点P到三 边距离之和等于1 （这由几何知识不难 证明）。 R＋B R＋(G+R) =2R+B
3、1 混色规律 不同颜色混合在一起，能产生新的颜色，这种方法称为 混色法。 混色分为相加混色和相减混色。 相加混色是各分色的光谱成分相加，彩色电视就是利用 红、绿、蓝三基色相加产生各种不同的彩色。 相减混色中存在光谱成分的相减，在彩色印刷、绘画和 电影中就是利用相减混色。它们采用了颜色料，白光照射在 颜色料上后，光谱的某些部分使被吸收，而其他部分被反向 或透射，从而表现出某种颜色。混合颜料时，每增加一种颜 料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合过 程称为相减混色。
配色实验图
调节三基色光的强度， 直至两块白板上 彩色光引起的视觉效果完全相同。 记下三基 色调节器上#43; B)(、 B)(B)为三基色 （1-3） •式中， F为任意一个彩色光， (R 、 (G
单位量， R、 G、 B为三色分布系数。 要配出彩色量F， 必须将R单位的红基色、 G单位的绿基色和B单位的蓝 基色加以混合。 R、 G、 B的比例关系确定了所配彩色 光的色度(含色调和饱和度)， R、 G、 B数值确定了所 配彩色光的光通量（亮度）。 R(R)、 G(G)、 B(B)分别 代表彩色量F中所含三基色的光通量成分， 又称为彩色 分量。 •配成标准白光E白所需红、 绿、 蓝三基色的光通量比 为1∶4.5907∶0.0601, 为了简化计算， 规定红基色光 单位量的光通量为1 lm， 绿基色光和蓝基色光单位量的 光通量分别为4.5907 lm和0.0601 lm。
RGB色度图
由图可见，红基色单位[ R ]的色度坐标为r＝1，g＝b＝0；绿基 色单位[ G ]的色度坐标为g＝1，r＝b＝0；蓝基色单位[ B ]的色 度坐标为b＝1，r＝g＝0。而r＝g＝b＝1/3表示前述的等能白 光 。通常将图6-10中的[ R ]、[ G ]、[ B ]三点连成的三角形称 为彩色三角形，其重心位置即为等能白光的位置。在彩色三角 形内部，r与g的和均小于或等于1，且r、g、b都为正值，说明 三基色相加混配出的各种彩色光均在三角形内。
根据人眼的视觉特性，人眼的彩色分辨率低， 在电视机 中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成 分， 而应获得与原景物相同的彩色感觉。 因此仿效人眼三种 锥状细胞， 可以任选三种基色， 将它们按不同比例进行组合， 可得到自然界中绝大多数的彩色。
自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一
时间混色法：将三种不同的基色以足够快的速度轮流投
射到某一平面，因为人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色， 而只能看 到它们的混合色。时间混色法是顺序制 彩色电视的基础。
生理混色法：当两只眼睛同时分别观看不同的颜色，也
会产生混色效应。例如，两只眼睛分别戴上红、绿滤波眼 镜，当两眼 分别单独观看时，只能看到红光或绿光； 当两眼同时观看 时，正好是黄色，这就是生理混 色法。
物理三基色混色曲线
、
为了便于计算己知辐射功率谱的光源在r-g色度图中的坐标位置， 需要首先求出辐射功率为1W的各谱色光的三色系数R1W、G1W、 B1W，并专门称之为分布色系数，用 、 、 表 示。 、 、 的变化曲线称为物理三基色混色曲线，也 称三基色光谱响应曲线或谱色三刺激值曲线，如 图示物理三 基色混色曲线 。
• 3. XYZ制色度图
RGB计色系统采用物理三基色，因而物理意义清楚，但 使用起来却很不方便。为此，CIE规定了另一种计色系统， 即XYZ计色系统，又称标准计色系统。 在XYZ计色系统中，基色XYZ并不是实际存在的颜色， 它们只是假想的三基色，但是借助它们来计算各种实际颜色 却十分方便。选择XYZ计色系统的目的就是为了克服RGB计 色系统的缺点，因此，在确定基色量 [X] 、 [Y] 、 [Z] 时有一些 特定的要求： 用配色方程F＝X[X]＋Y[Y]＋Z[Z]配色时，三个色系数均 应为正值； 为便于计算，合成彩色光F的亮度应仅由Y[Y]项的系数Y 决定，与X、Z值无关，且要求1[Y]的亮度即为1lw。不过， 合成光F的色度仍由X、Y、Z的比例关系决定。 X＝Y＝Z时，仍代表等能白光，且其光通量为1lw。 根据这三点要求，可在RGB色度图上确定[X]、[Y]、[Z]的位置， 如下页图示 [X]、[Y]、[Z]三基色在RGB色度图上的位置 所 示。
附录：相减混色规律
黄＝白－蓝 黄＋品红 ＝白－蓝－绿 ＝红 青＝白－红 黄＋青 ＝白－蓝－红 ＝绿 品红＝白－绿 品红＋青 ＝白－绿－红 ＝蓝 黄＋青＋品红 ＝白－蓝－红－绿 ＝黑色
相减混色图
3、3 相加混色的实现方法
空间混色法：将三种基色分别投射到同一表面上相邻的
三 点， 只要这些点足够的近，由于人眼分辨力的有限性， 不能分辨出这三种基色，而只能感觉到它们的混合色。空 间事法是同时 制彩色电视的基础。
三、 色 度 学
1. 彩色三要素
定义：亮度、 色调和饱和度被称为彩色三要素。描 述一种色彩需要用亮度、色调和饱和度描述。 亮度反映光的明亮程度。 彩色光辐射的功率越大， 亮度越高， 反之亮 度越低。 不发光物体的亮度取决于它反射光功率的 大小。 若照射物体的光强度不变， 物体的反射性能 越好， 物体越明亮， 反之越暗。 对于一定的物体， 照射光越强， 物体越明亮， 反之越暗.
•
RGB计色系统是利用物理三基色和规定的基色量[ R ]、 [ G ]、[ B ]建立的一套计色系统，因此也称为物理计色系统， 用它可以对一切彩色进行计量和表示。 在只考虑彩色光 的色度而不考虑其光通量（即亮度）时，起作用的是三色 系数R、G、B的比例关系，而不是其数值大小。所以，可 以将三色系数R、G、B分别对三色系数总和（R+G+B）进 行归一化，得到r、g、b三个数，即
相加混色规律
绿
黄 白 红 品红
青
蓝
红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 蓝色+红色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色 适当改变三束光的强度， 可以 得到自然界中常见的彩色光。 红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色=白色
相加混色圆图
当两种颜色混合得到白色时， 这两种颜色称为互补色。 红与青互为补色， 绿与紫互为补色， 蓝与黄互为补色。 三个顶点代表三基色。
定比例混合， 可得到自然界中绝大多数彩色。 混合色的色调 和饱和度由三基色的混合比例决定， 混合色的亮度等于三种
基色亮度之和。 在彩色电视中， 选用了红、 绿、 蓝作为三基色， 分别用 R、 G、 B来表示。 国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长 为700 nm， 绿基色的波长为546.1 nm， 蓝基色的波长为435.8 nm。
可见，整个舌形图全部包含在由X、Y、Z连成的三角形内。
图 [X]、[Y]、[Z]三基色在RGB色度图上的位置
另外，还可找出XYZ计色系统与RGB计色系统之间的关系，即 XYZ计色系统中的三基色单位量[X]、[Y]、[Z]与RGB计色系统 中的三基色单位量[R]、[G]、[B]的关系为
三基色原理：
三基色必须是相互独立的产生。即其中任一 种基色都不能由另外两种基色混合而得到。 自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按 一定比例混合得到；或者说中的大多数颜色都可 以分解为三基色。 三个基色的混合比例，决定了混合色的色调 和饱和度。 混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮 度之和。 混 合色的亮度等于构成该混合色的各个基色 的亮度之和。
色调
反映彩色的类别， 例如：红、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫 等不同颜色。 发光物体的色调由光的波长决定， 不同波长的光呈现不同的色调， 不发光物体的 色调由照明光源和该物体的吸收、 反射或透射 特性共同决定。
色饱和度
反映彩色光的深浅程度。 同一色调的彩色光， 会给人以深浅不同的 感觉， 深红、 粉红是两种不同饱和度的红色， 深红色饱和度高， 粉红色饱和度低。 饱和度与 彩色光中的白光比例有关， 白光比例越大， 饱 和度越低。 高饱和度的彩色光可加白光来冲淡 成低饱和度的彩色光。 饱和度最高称为纯色或 饱和色。 谱色光就是纯色光 ， 其饱和度为 100%。 饱和度低于100%的彩色称为非饱和色， 日常生活中所见到的大多数彩色是非饱和色。 白光的饱和度为0。 色饱和度和色调合称为色度， 它表示彩色 的种类和彩色的深浅程度。