基本色度学讲义及相关
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第1.3讲 色度学知识
彩色电视机原理与维修
第一章 广播电视基本原理
2、视力范围与电视机屏幕
水平方向的夹角20° 人眼视觉最 清楚的范围 垂直方向的夹角15°
屏幕宽高比为4:3或5:4 （高清大屏幕一般用16:9）
3、清晰度与图像的扫描行数 电视图像的清晰度与电视系统传送图像细节的能力有关，
该能力称为电视系统的分解力。通常用扫描行数来表征电视系 统的分解力 。 （1）水平分解力：沿垂直方向的像素点数。 （2）垂直分解力：沿水平方向的像素点数。
彩色电视机原理与维修 4、亮度特性
第一章 广播电视基本原理
对同一波长的光，当光的辐射功率不同时，则给人的亮 度感觉也不同；辐射功率相同而波长不同，则给人的亮度感 觉也是不同的。
100
20 （%） 0 400
相 对 视 敏 度
80 60 40
500
600
700
555nm 视觉灵敏度：同等能量的光源 ,人眼对 λ=555nm的黄绿色光的亮度感觉最强。
彩色电视机原理与维修 本课小结： 1、可见及其特性 2、彩色三要素 3、人眼的视觉特性 4、三基色原理与混色 5、亮度方式
第一章 广播电视基本原理
作 业： 1、彩色三要素包括哪些？分别由什么决定？ 2、什么是三基色？三基色原理包括哪些内容？ 3、写出下列光线的混合色： 黄+青+紫= 青 + 紫 =
红 780 630
橙
黄 600 580
绿 510
青
蓝
紫 380 nm
450 430
彩色电视机原理与维修
第一章 广播电视基本原理
（2）波长在380nm~780nm之间。 （3）波长由长到短分别引起人眼红、橙、黄、绿、青、蓝 、紫七种色感。即可见光包括七种颜色的光。 （4） 白色光（如：太阳光）是一种复合光，可以分解为 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光。 3、物体的颜色 （1）发光物体的颜色：其颜色由该发光体所产生的光谱分 布来决定。 由照射光源决定； （2）非发光物体的颜色： 由物体的性质决定；
色度学PPT精选文档
33
2. 彩色：黑白系列以外的各种颜色称为彩色。任 何一种彩色均由三个量表示：色相、亮度和饱 和度。
① 色相：
R
Y
G
C
B
M
34
② 亮度：在光度学上把颜色的亮度描述成光的数值（即
光的能量）。可以用光度计测量。一般认为，彩色物体 表面的反射率高，它们亮度就大。
35
0
+100
③ 饱和度 S C
C W
视锥细胞（cones）负 责高分辨率的、彩色的、 白天的视觉。【明视觉】
25
六、大脑
颜色视觉理论
BGR
颜色视觉理论共有三类：
杨—赫姆霍尔兹的三色学说， 赫林的对立颜色学说， 阶段学说。
Y-B L R-G 颜色视觉机制示意图
26
1. 杨一赫姆霍尔兹学说
① 假设在视网膜上有三种视神经纤维（感红纤维、 感绿纤维和感蓝纤维），除了有各自的主感色 光外，也能对其它不同波长的色光有一定的感 受兴奋水平。
X ץ
射 线
射 线
紫 外 线
红 外
电磁波
线
380
780
400nm 500nm
600nm 700nm
400
490
570
700
② 光谱色：组成光谱的各种颜色。
6
第一节 颜色视觉基础 3. 相对光谱能量分布
分光辐射度计原理图
常见光源相对光谱能量分布曲线
7
第一节 颜色视觉基础
4.光源色温 5. 色温定义：某一种光源的色度与某一温度下的 绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。
38
中央轴代表无彩色黑白系列中性色的明度等级，黑色在 底部，白色在顶部，称为孟塞尔明度值。它将理想白色定为 10，将理想黑色定为0。孟塞尔明度值由0-10，共分为11个 在视觉上等距离的等级。
2. 彩色：黑白系列以外的各种颜色称为彩色。任 何一种彩色均由三个量表示：色相、亮度和饱 和度。
① 色相：
R
Y
G
C
B
M
34
② 亮度：在光度学上把颜色的亮度描述成光的数值（即
光的能量）。可以用光度计测量。一般认为，彩色物体 表面的反射率高，它们亮度就大。
35
0
+100
③ 饱和度 S C
C W
视锥细胞（cones）负 责高分辨率的、彩色的、 白天的视觉。【明视觉】
25
六、大脑
颜色视觉理论
BGR
颜色视觉理论共有三类：
杨—赫姆霍尔兹的三色学说， 赫林的对立颜色学说， 阶段学说。
Y-B L R-G 颜色视觉机制示意图
26
1. 杨一赫姆霍尔兹学说
① 假设在视网膜上有三种视神经纤维（感红纤维、 感绿纤维和感蓝纤维），除了有各自的主感色 光外，也能对其它不同波长的色光有一定的感 受兴奋水平。
X ץ
射 线
射 线
紫 外 线
红 外
电磁波
线
380
780
400nm 500nm
600nm 700nm
400
490
570
700
② 光谱色：组成光谱的各种颜色。
6
第一节 颜色视觉基础 3. 相对光谱能量分布
分光辐射度计原理图
常见光源相对光谱能量分布曲线
7
第一节 颜色视觉基础
4.光源色温 5. 色温定义：某一种光源的色度与某一温度下的 绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。
38
中央轴代表无彩色黑白系列中性色的明度等级，黑色在 底部，白色在顶部，称为孟塞尔明度值。它将理想白色定为 10，将理想黑色定为0。孟塞尔明度值由0-10，共分为11个 在视觉上等距离的等级。
基本色度学及相关
类型
照明体
标准 F1 F2 F3 F4 F5 F6
宽带 F7 F8 F9
三窄带 F10 F11 F12
F照明体
色度坐标
x
y
0.3131
0.3371
0.3721
0.3751
0.4091
0.3941
0.4402
0.4031
0.3138
0.3452
0.3779
0.3882
0.3129
0.3292
0.3458
（一）RGB与XYZ的计算方法
某一光源的光谱功率分布函数 S
光谱三刺激值与波长的关系函数 r g b
在某一波长λ的三刺激值为 r g b
dr KS r d
有：
dg KS gd
db KS b d
在可见光谱范围内进行积分，即得到该光 源的三刺激值 ：
0.3586
0.3741
பைடு நூலகம்
0.3727
0.3458
0.3588
0.3805
0.3769
0.4370
0.4042
相关色温 K
6430 4230 3450 2940 6350 4150 6500 5000 4150 5000 4000 3000
二、 标准色度观察者
红
绿 蓝
黑色隔板
2º
白背景
观测角 限制屏
如图， M和O
分别为样品颜 色（M）和 CIE光源C的
色度点，连接
两色度点，其
直线的延长线
与光谱轨迹相 交与519.4nm 处，519.4nm 就是样品M的 主波长。
不是所有的颜色样品都有主波长。
在色度图上光谱两端与光源色度 点形成的三角形区域（紫色区） 内的颜色，如图中的N点，就没 有主波长。
光度学,色度学基础知识
光度学基本知识
即得
I cosα I ' cosα ' + 2 R R '2 4 I = 60cd , cosα = ; I ' = 48cd 6 12 cosα ' = 122 + 62 − 42 E=
(
R = 6, R' = 122 + 62 − 42
(
)
)
最后得
60 × 4 48 × 12 E= + = 1.385lx 3 3 6 164
其中 :[C]——某一特定颜色 , 即被匹配的颜色 ; [R]、[G] 、[B]——红、绿、蓝三原色 ; r 、 g 、 b ——红、绿、蓝二原色的比例系数 , 以表示相对刺激量 ; ≡——表示匹配关系 , 即在视觉上颜色相同 , 而不是指能量或光谱成分相同
三原色系数相加等于 1, 即 r+g+b=1
饱和度= 单色光流明数/（单色光流明数+白光流明数）
明度 用它来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 色调和饱和度合称色品，是颜色的色度学特征；亮度是颜色的光度学 特征。色调、饱和度和明度这三个感觉量一起决定了颜色的特征。
色度学基本知识
四、表色系统
表色系统可分为两大类。一类是以彩色的三个特性为依据 , 即按色 调、明度和饱和度来分类 ; 另一类是以三原色说为依据 , 即任一给定 的颜色可以用三种原色按一定比例混合而成。在此 , 简单介绍一下后 一类表色系统——三色分类系统。该系统是以进行光的等色实验结果 为依据、由三刺激表示的体系。用的最广泛的是 CIE 表色系统。 视觉器官对剌激具有特殊的综合能力 , 即无论受单一波长的单色光刺 激还是受一束包含各种波长的复合光剌激 , 眼睛都只产生一种颜色感 受。研究证明 , 光谱的全部颜色可用红、绿、蓝三种光谱波长的光按 不同比例混合而成。用不同比例的上述三种原色相加混合成一种颜 色 , 用颜色方程可表达为 [C]≡r[R]+g[G]+b[B]
第二节 色度学的基本知识
四、显像三基色与亮度方程
1．显像三基色 显像三基色：彩色显像管荧光屏上的三种荧光粉在电子束轰击下分别 发出红、绿、蓝三种基色光。 不同荧光物质所呈现的亮度和色度各不相同，我们可以通过配色实验 得出任一彩色光所需的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色的量值， 从定性的角度得到各种颜色的混色规律，得到亮度方程。 2．亮度方程 我们可以通过配色实验得到白光，并可确定红、绿、蓝三种基色光的 混合比例。白光的强度不同就会产生不同的亮度感觉，如果用Y表示 亮度信号，则Y也可用配色方程写出： Y = R [R] + G [G] + B [B] 不同的彩色电视制式(具体含义后面讨论)的显像三基色是有差异的， 所用的标准光也不一样。现以NTSC制为例确定显像三基色配出白光 的数量关系式： Y = 0.299 [Re] + 0.59 [Ge] + 0.114 [Be]
式中的[Re]、[Ge]、[Be]分别为显像三基色单位、为方便起见可 直接写作R、G、B。故上式可近似地写作 Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B 这是彩色电视技术中一个非常重要的公式。 我国采用的是PAL制、它的显像三基色和标准白光与前者略有不同、 因而亮度方程也有差异，如下式所示 Y = 0.222 R十0.707 G十0.071 B 由于PAL是在NTSC制的基础上改进而来，而且实践证明沿用NTSC 制的亮度方程进行设计，重现图像的亮度误差并不大，基本上可以满 足人眼视觉对亮度的要求。 小结：在本次课中对可见光的光谱、彩色三要素和亮度方程等光学知 识进行了初步学习，并运用这些知识解答了相关的问题。
第二节 色度学的基本知识
一、彩色三要素
1．亮度 是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。对于发光物体来说， 它所含的能量大则显得亮，反之则暗。 2．色调 是指光的颜色。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色分别 表示不同的色调，是彩色的重要属性。 3．色饱和度 色饱和度又称色浓度，是指彩色所呈现的深浅程度。色饱和度 越高，颜色越深，反之则越浅。 色调和色饱和度又合称为色度。它既反应了颜色的类别，又反 应了颜色的深浅程度。
色度学基础(色温)
该三个假想色在CIE-RGB系统中的色度坐标分别为:
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
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）。
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第一色度学基础优秀课件
第 10 页
第一章 色度学基础
1-1 彩色光三要素（HSB彩色模式）
明度在三要素中具较强的独立性，它可以不带任何 色相的特征而通过黑白灰的关系单独呈现出来。色 相与纯度则必须依赖一定的明暗才能显现，色彩一 旦发生，明暗关系就会同时出现，在我们进行一幅 素描的过程中，需要把对象的有彩色关系抽象为明 暗色调，这就需要有对明暗的敏锐判断力。我们可 以把这种抽象出来的明度关系看做色彩的骨骼，它 是色彩结构的关键。
第 16 页
第一章 色度学基础
1-3 相加混色（RGB彩色模式）
彩色电视技术中采用的是将红、绿、蓝三种基
色光按不同比例相加，从而获得不同的彩色光的方
法，称为相加混色法，又称RGB彩色模式，在这种
第一章 色度学基础
1-2 三基色原理
1. 自然界中任何一种颜色都可分解为 三种基色来反映。
2. 用三种基色可以合成自然界中绝大多数颜色， 合成颜色的亮度由三个基色的亮度之和决定； 合成颜色的色度由三个基色分量的比例决定。
3. 三种基色应该是相互独立的。也就是说，三基 色的任何一种都不能由另外两种基色合成产生。
第9页
第一章 色度学基础
1-1 彩色光三要素（HSB彩色模式）
4. 三要素相互关系 在无彩色中，明度最高的色为白色，明度最低的色
为黑色，中间存在一个从亮到暗的灰色系列。在有 彩色中，任何一种纯度色都有着自己的明度特征。 例如，黄色为明度最高的色，处于光谱的中心位置， 紫色是明度最低的色，处于光谱的边缘，一个彩色 物体表面的光反射率越大，对视觉刺激的程度越大， 看上去就越亮，这一颜色的明度就越高。
高饱和度的彩色光可以因掺入白光而被冲淡，变 成低饱和度的彩色光。例如，投射到白纸上一束高饱 和度的红光，则人们看到白纸呈现为深红色。如再将 一束白光同时投射到该纸上则人眼虽然仍感觉到红色 色调，但已变成了淡红色，即饱和度降低了。投射的
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45°/垂直（45/0）
▪ 样品被一束或多束光 照明，照明光束的轴 线与样品表面的法线 成45±5°，观察方 向与样品的法线之间 的角度不超过10°， 照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹 角不超过8°，观察 光束在观察中也应该 遵守同样的限制 。
垂直/45°（0/45）
光谱反射率因数（spectral reflectance factor）的定 义： 在给定的立体角、限定的方向上，待测物体反射的 辐通量与在相同照明、相同方向上完全反射漫射体 反射的辐通量之比。
二、光谱光度仪的结构特点
光电二极管
（12） 电子
计算机
(1)—样品测量孔 (2)—漫反射积分球 (3)—脉冲氙灯 (4)—D65滤光片 (5)—UV滤光装置 (6)—样品测量光束 (7)—样品测量接收器 (8)—参比测量光束 (9)—参比光束接收器
相关色温 K
6430 4230 3450 2940 6350 4150 6500 5000 4150 5000 4000 3000
二、 标准色度观察者
红 绿 蓝
黑色隔板
2º
白背景
观测角 限制屏
EYE 测试滤色片 试验光
三、 物体的光学性质
（一）吸收
物体受到光的照射后，能够吸收全部或部 分波长范围光的能量，并将吸收的光能转 化为热能，其余波长的光被反射或透射出 去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们 所表现的颜色，就是被吸收光的补色。
蓝色和红色染料染样品的反射率曲线
100
反射率 (%)
80
A
60 B
40
C
20
D
0
400 460
520
580
640 700
波 长 (nm)
A—艳蓝色染料1%（owf） B—艳蓝染料2%（owf）
C— 深蓝色染料
D—红色染料
第二节 颜色的测量和计算
用物体的光谱反射率因数（spectral reflectance factor）来表示它对光源的吸收和反射特性 。
(10)—镜面反射阱 (11)—透射样品放置槽 (12)—电子计算机
（强度脉冲氙灯，而且 通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布 。
（二）照明和测量条件
1971年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件， 统一了颜色测量和评价方式、减少照明和观察条件对 光谱反射函数实测结果的精确度的影响、提高测量精 度。
▪ 相对光谱功率分布 曲线
标准照明体B
▪ 标准照明体B代表相关
色温约为4874K的直射 阳光，它的色度坐标紧 靠普朗克轨迹。 ▪ 相对光谱功率分布曲线
标准照明体C
▪ 标准照明体C代表相
关色温大约为6774K的 平均日光，其光色近似 阴天天空的日光，色度 坐标位于普朗克轨迹的 下方。 ▪ 相对光谱功率分布曲线
（三）透射
透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。
（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体； （2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体； （3）全部被反（散）射，没有吸收透过，白色不透明体； （4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体； （5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体； （6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体； （7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。
精品
基本色度学及相关
第一节 CIE标准色度学系统
▪ 色刺激（Colour stimulus） 引起颜色知觉的光 。
▪ 表色系（Colour specification system） 由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系 。
▪ 混色系基于心理物理色而建立起来的表色 系，如1931CIE—XYZ系统。
▪ 显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空 间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔 颜色系统 。
▪ “照明体”：指特定的光谱能量分布，这
一光谱能量分布不一定由一个光源直接提供， 也不一定能用特定光源来实现。
▪ “光源”：指真实存在的物理辐射体。
▪ CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体 A、B、C和D 。
标准照明体A
▪ 标准照明体A是相
当于黑体加温到 2855.6K时所辐射出 的光，它的色度坐 标落在了CIE 1931 色度图的普朗克轨 迹上。
▪ 在 D5不0(相能关应色用温D6550时00，K尽)、量D采55用(相标关准色照温明5体500K) 和D75 (相关色温: 7500K)
▪ D50、D55和D75的相对光谱功率分布曲线
类型
照明体
标准 F1 F2 F3 F4 F5 F6
宽带 F7 F8 F9
三窄带 F10 F11 F12
F照明体
混色系与显色系之间的关系
混色系
显色系
颜色的辨别
心理物理色
知觉色
辨别的基准
心理物理学概念 心理概念
辨别的依据 表色原理 表色对象 表色方法
以色感觉建立的 以知感觉建立的
表色系
表色系
光的混合
标准物体色（如 色卡）
色光（包括物体 物体表面色 反射光）
CIE光谱三刺激值 色调、明度、饱和度
一、光源
标准照明体
色度坐标
x
y
0.3131
0.3371
0.3721
0.3751
0.4091
0.3941
0.4402
0.4031
0.3138
0.3452
0.3779
0.3882
0.3129
0.3292
0.3458
0.3586
0.3741
0.3727
0.3458
0.3588
0.3805
0.3769
0.4370
0.4042
（二）反射
镜面反射 发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在 这种平面上，则以相同角度 (与样品表面法线的 夹角) 反射出一部分光，而且与入射光的波长无 关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。
漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很
多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表 面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体 的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散 射引起的漫反射。
标准照明体D
▪ 标准照明体D代表了各种时相日光的相对光
谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。 它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型 日光色度轨迹。
▪ 标准照明体D与实际日光具有比较相近的相
对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更 符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推 荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为 6504K的日光 ) 。