6第6章颜色的度量体系

饱和度在颜色圆上用半径表示
沿径向方向上的不同颜色具 有相同的色调和明度，但它们的饱 和度不同 ，如下图所示。
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饱和 度小
饱和 度大
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6.2.4 亮度
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➢用“明度”表示brightness，用“亮度”表示 luminance，用“光亮度”表示lightness
1. 明度
编目系统(cataloging system)：
➢ 是给每一种颜色分配一个唯一的名称或者一个号码。如， Munsell颜色系统(Munsell color system)，Pantone颜色匹配 系统(Pantone Matching System ，PMS)等
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图6-07 颜色的度量方法
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(b) 盘色度计
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r , g
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6.6 CIE颜色系统
6.6.1 颜色科学史上的两次重要会议
6.6.2 CIE 1931 RGB
• RGB颜色匹配函数(color matching functions)
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横坐标表示光谱波长，
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图6-02 光谱色
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6.2.2 色调
色调(hue)
➢又称为色相，指颜色的外观，用于区别颜色的名称 或颜色的种类。
➢视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉。 ➢取决于可见光谱中的光波的频率。
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6.5 Ostwald颜色系统
Ostwald制
是根据对颜色起决定作用的波长、纯度和亮度 来映射色调、饱和度和明度的值。
stwald假设色调有8种主色调组成， 分别是黄色(yellow)，橙色 (orange)，红色(red)，紫色 (purple)，蓝色(blue)，青绿色 (turquoise)，海绿色(seagreen) 和叶绿色(leafgreen)，每一种再 细分成3种，共24种，安排在如 图6-09所示的色圆上。
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6.2 描述颜色的几个术语
6.2.1 什么是颜色
颜色
➢ 是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色由光波的 频率决定。
光波
➢ 是一种具有一定频率范围的电磁辐射，其波长覆盖的范围很广。
光谱色(spectral colors)：
➢ 用波长定义的纯颜色 ➢ 眼睛感知到的颜色和波长之间的对应关系如图6－02所示。
纵坐标表示用以匹配光谱各色所
需要的 r , g 激值。
和 b 三基色刺
红、绿和蓝三种单色光 的波长分别定义为700 nm(R)、 546.1 nm(G)和435.8 nm(B)
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➢ 用红、绿和蓝三基色光匹配成白光时，所需要的红、绿和蓝 基色光的光通量之比为1∶4.5907∶0.0601。为便于计算，根 据这个比例规定了三基色光的单位,分别用,和表示：
在主色调之间插入红－黄、 黄－绿、绿－蓝、蓝－紫，紫－红 5种色调，连同5个主色调共10个色 调，分别用R(Red)，YR(YellowRed)，Y(Yellow)，GY(GreenYellow)，G(Green)，BG(BlueGreen)，B(Blue)，PB(PurpleBlue)，P(Purple)和RP(RedPurple)表示，并且把它们放在等间 隔的扇区上。
牛顿色圆
为揭示红
(red, R)、
绿(green,
G)和蓝
(blue, B)
相加混色
奠定了基
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Young-Helmholtz理论
认为人的眼睛有三种不同类型的颜色感知接收 器，大体上相当于红、绿和蓝三种基色的接收 器 ，使用三种基色相加可产生范围很宽的颜色。
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6.6.3 CIE 1931 XYZ
CIE XYZ系统
➢是国际照明委员会定义的一种颜色空间。 ➢它的坐标有时也叫做CIE刺激值(tristimulus
values)，表示三种基色的量(用百分比表示)，它们 是想象的相加基色X，Y和Z。 ➢而是设备无关的颜色系统，是根据视觉特性和使用 颜色匹配实验结果定义的颜色系统。 ➢该颜色系统规定，X，Y和Z基色都是用正数去匹配 所有的颜色，并且用Y值表示人眼对亮度 (luminance)的响应。
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第6章 颜色的度量体系
第6章 颜色的度量体系
6.1 颜色科学简史
牛顿色圆(Newton color circle)
➢每一种颜色和它相邻颜色之间的关系，把红色和紫 色首尾相接就形成了一个圆，这个圆称为色圆 (color circle)或者称为色轮(color wheel)，如图601所示 :
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(a) 色调
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Ostwald颜色空间中 的点用C(full color)， W(white)和B(black) 来分别表示全色、白 色和黑色，表示它们 在一个圆上所占的百 分比。例如，某一点 的数值是30, 25, 45， 它所表示的含义是全 色占30%、白色占 25%和黑色占45%。
心锥体内。 ➢ 相应于没有光照的黑色位于
坐标的原点。 ➢ 曲线的边界代表纯光谱色的
三基色刺激值，这个边界叫 做光谱轨迹(spectral locus)。 ➢ 光谱轨迹上的波长是单一的， 因此其数值表示可能达到的 最大饱和度。 ➢ 所有的可见光都在锥体上。
图6-12 CIE 1931 XYZ颜色空间
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➢ 明度和亮度的关系不是线性关系。
3. 光亮度
➢ 光亮度是人的视觉系统对亮度(luminance)的感知响应值，并用 L*表示。
➢ 光亮度用作颜色空间的一个维，而明度(brightness)则仅限用于 发光体,该术语用来描述反射表面或者透射表面。
➢ 对计算机显示器显示的颜色，除使用明度(brightness)之外，也 可使用光亮度(lightness)这个术语来描述，因为虽然监视器是 发射光的物体，但显示的颜色是相对于监视器的白光而言的。
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6.4 Munsell颜色系统
Munsell颜色系统
➢是精确指定颜色和显示各种颜色之间关系的一种方 法。
➢每种颜色都有色调(hue)、明度值(value)和色度 (chroma)这三种属性。Munsell对这三种属性建立 了一个与视觉感知特性相一致的数值范围。
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(b) 颜色属性
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使用色调、饱和度和 和明度表示颜色的三种属 性,如图6-08(b)所示。
度量颜色明暗的明 度值(value)从白到黑被分成 11个等级，
度量颜色的饱和度 或者叫纯度的色度(Chroma) 被分成15等级。
Munsell制中的颜色 用三个符号表示，写成 HVC(Hue，Value， Chroma)。
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图中的横坐 标表示可见光谱的波 长，纵坐标表示和基 色的相对值。
图中的 x , y 和 z 是 颜色匹配系数，三条 曲线表示和三基色刺 激值如何组合以产生 可见光谱中的所有颜 色。
图6-11 CIE 1931标准颜色匹配函数
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从图6-12中可看到： ➢ 所有的坐标轴都不在这个实
➢Munsell颜色簿(Munsell Book of Color)
• 显示了在这些数值范围内的一套色块，每个色块用数值表 示。在合适的照明和观看条件下，任何表面的颜色都可以 同这套色块进行比较，从而确定它是属于什么颜色。
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(a) 色调
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色调被分成红(R)、黄(Y)、 绿(G)、蓝(B)、紫(P)，这五种色叫 做主色调(principal hues)，如图 6-08(a)所示。
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2. 亮度(luminance)
➢ 概念：
• 根据国际照明委员会的定义,亮度是用反映视觉特性的光谱敏感函 数加权之后得到的辐射功率(radiant power)，并在555 nm处达到 了峰值，它的幅度与物理功率成正比。
➢ 亮度的值是可度量的，它用单位面积上反射或者发射的光的强 度表示。在CIE XYZ系统中，亮度用Y表示。
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CIE选择的X，Y和Z基色具有如下性质：
➢所有的X，Y和Z值都是正的，匹配光谱颜色时不需 要一种负值的基色。
➢用Y值表示人眼对亮度(luminance)的响应。 ➢如同RGB模型，X，Y和Z是相加基色。因此，每一
种颜色都可以表示成X，Y和Z的混合。
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➢明度(brightness)
• 是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性； • 明度常用垂直轴表示，如图6-05(a)所示
图6-05(b)所示 的七种颜色,它 们具有相同的 色调和饱和度， 但它们的明度 不同，底部的 明度最小，顶 部的明度最大。
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(a) 垂直轴表示法
(b) 示例
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6.2.5 颜色空间
是表示颜色的一种数学方法，人们用它来指定 和产生颜色，使颜色形象化。
➢对于人来说，可以通过色调、饱和度和明度来定义 颜色；
➢对于显示设备来说，人们使用红、绿和蓝磷光体的 发光量来描述颜色；
➢对于打印或者印刷设备来说，人们使用青色、品红 色、黄色和黑色的反射和吸收来产生指定的颜色 。
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图6-06 色调-饱和度-明度颜色空间
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HSB(hue, saturation and brightness)颜色空 间：色调用角度来 标定，通常红色标 为0°,青色标为 180°；在径向方 向上饱和度的深浅 用离开中心线的距 离表示；明度用垂 直轴表示。
• 1个红基色光单位=1光瓦。 • 1个绿基色光单位=4.5907光瓦。 • 1个蓝基色光单位=0.0601光瓦。
其中，1光瓦=680流明(lm)。
➢ 标准白光Ew可以用每个基色单位为1的物理三基色配出：
CEw 1 R 1 G 1 B
• 式中 CE，w 表示白光的颜色， “＝”表示“匹配”的意思，即 与看到的颜色相同，“＋”表示混合的意思。
➢色调的自然次序：红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、 紫(red，orange, yellow，green，cyan，blue， indigo，violet，ROYGBIV)。如图6-03所示。
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6.2.3 饱和度
饱和度(saturation)
➢是相对于明度的一个区域的色彩，是指颜色的纯洁 性，它可用来区别颜色明暗的程度。完全饱和的颜 色是指没有渗入白光所呈现的颜色。
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设备相关和设备无关
➢设备相关的颜色空间是指颜色空间指定生成的颜色 与生成颜色的设备有关。例如，RGB颜色空间。
➢设备无关的颜色空间是指颜色空间指定生成的颜色 与生成颜色的设备无关。例如，CIE L*a*b*颜色空 间。
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➢ 根据三基色原理，任意一种颜色可以用下式匹配：
C rR gG bB
• 式中的系数分别为红、绿和蓝三基色的比例系数，也就是三种 单位基色光的光通量的倍数。
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➢ 因为三基色的总光通量必须与被表示的颜色相等，因此 之和必等于1,即
r g b 1
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➢如同RGB模型，在XYZ中任何一种颜色都可用三种 基色单位表示，其配色方程就变成：
C XX YY ZZ
式中，C表示颜色，X,Y和Z为三个基色单位；X,Y 和Z均为正的基色系数；合成的颜色光的色度由X,Y 和Z的比值确定。当X=Y=Z时，合成白光Ew，总的 辐射能量＝X+Y+Z。
6.3 颜色的度量体系
颜色度量体系(color system)：
也叫做颜色制或者叫做颜色体制， 实际上就是人们组织 和表示颜色的方法。
两种主要组织和表示颜色的方法：
颜色模型(color model)：
➢ 是用简单方法描述所有颜色的一套规则和定义。 如：RGB, HSB, CMY, CIE XYZ, CIELAB，CMYK和颜色的光谱描述方法 等。