色度学概述
色度学的基本原理和应用
色度学的基本原理和应用1. 色度学的定义色度学是研究颜色的科学，包括颜色的感知、测量和应用。
色度学对于设计、艺术、心理学等领域具有重要意义，在工业生产、产品设计等方面也有广泛的应用。
2. 色度学的基本原理2.1 颜色感知人眼感知的颜色来自于光的频率和波长的变化。
不同频率和波长的光刺激了不同类型的感光细胞，进而产生不同的颜色感知。
2.2 颜色空间颜色空间是指将颜色以多维数据表示的数学模型。
常见的颜色空间有RGB色彩模式、CMYK色彩模式和HSV色彩模式等。
2.3 颜色测量颜色的测量是通过仪器来完成的，常见的颜色测量仪器包括光谱仪和色差计。
光谱仪可以将光分解成不同频率和波长的成分，从而获取颜色的光谱数据。
色差计用于比较样品与标准颜色之间的差异。
3. 色度学的应用3.1 设计与艺术色度学在设计与艺术领域中起到重要的作用。
设计师和艺术家可以通过研究颜色的组合和搭配，来创造出各种视觉效果和情绪表达。
色彩搭配的合理运用可以增强作品的吸引力和表现力。
3.2 印刷与出版在印刷与出版领域，色度学被广泛用于颜色的管理和控制。
通过色彩管理系统，可以确保在不同设备上印刷出一致的颜色效果。
色度学还可以帮助设计师选择合适的印刷材料和工艺，以获得符合要求的色彩效果。
3.3 产品设计色度学在产品设计方面起到了重要的指导作用。
通过研究用户的颜色喜好和心理反应，设计师可以选择适合的颜色方案，从而提升产品的吸引力和体验感。
3.4 心理学与行为学颜色对人的心理和行为产生影响，这是色度学与心理学和行为学相关的重要领域。
不同颜色可以引起不同的情绪和行为反应，例如红色可以引起兴奋和注意力，蓝色可以带来平静和放松。
3.5 照明工程色度学在照明工程中也有广泛应用。
通过合理设计照明系统的颜色温度和色彩分布，可以提高环境的舒适度和适应性。
色度学还可以帮助解决照明中的色彩溢出、光源选择等问题。
4. 总结色度学作为研究颜色的科学，对于设计、艺术和心理学等领域都具有重要意义。
0.3 色度学基础
颜色，一般需要三种颜色就可以达到匹配目的。 通常称在颜色匹配实验中选取的三种颜色为三原 色。 三原色可以任意选定； 但是三原色中任何一种原色不能由另外两种原
色相加混合得到； 最常用的是红（Red）、绿（Green）、蓝
（Blue）三原色。
4、色品坐标计算
反射物体色： () R()S()
为波长λ的光谱 三刺激值
4、色品坐标计算
计算出物体的颜色三刺激值后，由下式计算色品度 坐标，即归一化的颜色三刺激值。
x
X
X Y
Z
y
X
Y Y
Z
z
X
Z Y
Z
5、两种颜色合成
颜色相加计算 已知两种颜色各自的色品度坐标计算x1、y1、亮度
Y1， x2、y2、亮度Y2。 方法：混合色的三刺激值为各个混合色的三刺激值
1、归一化光谱功率分布函数S(λ)
光谱宽度：
光谱半波宽Δλ定义：相对光谱能量分布曲线上， 两个半极大值强度处对应的波长差。
LED的发光光谱的半宽度：一般为30－100nm。 物理意义：光谱宽度窄意味着单色性好，光谱
纯度高，发光颜色鲜明 。
峰值波长 λp：最大值处对应的波长。 注：光谱功率的图形有分立、不规则等图。
也就是光通量比例，但若是光功率的比例 则要用辐射度和光度学换算色视觉规律、颜色测量理 论与技术的学科。颜色感觉与听觉、嗅觉、味 觉等一样都是外界刺激使人的感觉器官产生的 感觉。
色度学是研究颜色度量和评价方法的学科，是 以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学 科为基础的综合性科学。
现代色度学，是一门实验性非常强的学科。
内容
10、三原色配白光比例计算
3.色度学
3. 色度学
光是一种一定频率的电磁波辐射。 可见光波长为0.38～0.78μm。
颜色 红 橙 黄 黄绿 绿 青 蓝 紫
波长范围 620~ nm 780
590~ 560~ 530~ 500~ 470~ 430~ 380~ 620 590 560 530 500 470 430
表面色：非自发光物体色（反射系数：白色—1，黑色—0） 光源色：自发光体色，由光源色温决定
20 15 10 5 0
420
460
500
540
580
620
660
3. 色度学
• 人眼对亮度的辨别 亮度辨别有600多级。
人眼可分辨颜色：130×10×600，约一百万种
实际可分辨颜色：一万多种
常用颜色：几千种
彩色视野： 垂直：135～140 水平：150～160，两眼重叠60 在同一亮度条件下，白色视野最大，依此按黄蓝、 红、绿减小
3. 色度学
• 色度学： 色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以 认为是客观的科学, 是与人类无关的。而色度学却是一 种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属 于人类工程学范畴。 例如：对光强的度量来说，物理光学以光的辐射能 量这个客观单位来度量，而色度学却以色光对人眼的 刺激强度来度量。 再如：辐射能量很大的波长很长的红光对人来说却 没有辐射能量很小的黄光亮，人们就认为黄光的强度 比红光大。
3. 色度学
• 颜色的三个基本特征： 黑白系列或无色系列：黑→灰→白
彩色系列或有色系列：色调、饱和度、明度
• 色调：物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定
不同波长产生不同颜色感觉
• 饱和度：颜色的鲜明程度，取决于波长范围的狭窄性 饱和度高，则物体呈现深色 中等明度下可获得最大饱和度 • 明度：刺激物强度作用于眼睛所发生的效应
色度学
0.00 400 500 600 700
0.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
波长 /nm
波长/nm
CIE标准照明和观测条件
0／45 45／0
CIE标准照明和观测条件
0／ d d／0
CIE均匀颜色空间
人眼对光谱颜色的差别感受性
围人 眼 对 颜 色 的 恰 可 分 辨 范
围椭麦 圆克 形亚 宽当 容的 量颜 范色
CIE l964 均匀颜色空间
国际照明委员会(CIE)
国际照明委员会(Commission Internationale ed I'Eclairage-CIE)
主要研究照明的专业术语、光度学和色度学的国际学术研究机构。设在巴 黎。 早在1924年前就已从事标准色度学系统的研究， 1931年根据莱特(W.D.Wright)在1928-1929年和吉尔德(J. Guild)在1931 年研究三原色的角度观察效果，加以平均，规定了CIE 1931标准色度观 察者光谱三刺激值，并据以绘制出偏马蹄形曲线的*色度图，称为“1931 CIE-RGB系统色度图”，后经修改被推荐为1931 CIE-XYZ系统，为国际 通用色度学系统，称为“CIE标准色度学系统”，所作的图则称“CIE 1931色度图”。 1964年又综合斯泰尔斯(W.S. Stiles)和伯奇(J.M.Bruch)以及斯伯林斯卡 婭(N.I.Speranskaya)1959年发表的研究结果，制定了CIE1964补充色度 学系统以及相应的色度图，为世界各国广泛采用，据以进行色度计算和色 差计算。 1964年又提出了“均匀颜色空间”的三维空间概念，1976年加以修订， 并正式被采用。CIE为此还提出了确定的参照光源，称“CIE标准光源”。
色度学基础(色温)
饱和度是指色彩的鲜艳程度，也称色彩的纯度。饱和度取决于该色中含色成分和消色成分 （灰色）的比例。含色成分越大，饱和度越大；消色成分越大，饱和度越小。
Brightness亮度
彩色三要素
Hue Lightness Saturation
混色规律及实现方法
相加混色——光的合成，各分色的光谱成分相加，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基
表色系统
显色系统(Color Appearance System) (按照所见颜色的心理感受对颜色进行分类、整理)
混色系统 (根据光的混色实验，按照必要的基准色光的混和 量 ，对某种颜色与基准颜色是否相等作出判断)
孟塞尔(Muncell) 表色系统 德国DIN表色系统 瑞典Nature Color system
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）。
冷暖色调
生理上的感觉如，红、橙、黄为暖色系；蓝、绿、黑为冷色系。
色温
早霞 黄昏 正午 其它白天时段 白天正午的阴影和月夜 白炽灯 聚光灯 烛光 新闻灯 三基色日光灯 商场日光灯 蜡烛及火光 朝阳及夕阳 家用钨丝灯 日出后一小时阳光
色度学概述
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Mar.28th 2014
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颜色相加原理
异常三色觉者（色弱 ）
二色觉者（局部色盲 ） 全色盲
色觉缺陷
颜色视觉理论一 杨-赫姆霍尔兹学说 1807年，根据红、绿、蓝三色混色 原理，提出视网膜三种不同视觉神 经纤维对红、绿、蓝色光的刺激产 生的兴奋程度不同的假设。不能很 好解释各种色盲现象。
颜色视觉理论二 赫林的对立颜色学说（四色学说）
颜色分类和特性——非彩色
颜色：非彩色和彩色。
非彩色：白色、黑色和各种灰，叫做黑白系列。 纯白：反射率为1的完全反射物体，自然界无纯白物体，氧化镁最接近。 黑色：反射率为0的完全不反射物体，自然界无纯黑物体，黑绒最接近。
明度：人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性和过去经验的影响。 一般亮度高，明度高。反例：黑暗中的纸比如亮环境中的墨明度高 。
CIE1931-RGB系统
1931 CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值 简称1931 CIE-RGB系统标准色度观察者
莱恩和吉尔德试验综合结果
➢ 选择三原色：700nm红；546.1nm绿 ；435.8nm蓝匹配等能光谱各颜色。
➢ 7名观察者，2°视场范围 ➢ 将三原色的单位调整到相等数量相加
α 为角度
兰道环
视觉功能曲线 视锐度（视力）和对比 辨认都是视觉功能的重 要指标。两者都受照明 条件的影响，并彼此相 互影响。
对比：对象与背景亮度差与背景 亮度比值。
颜色视觉
人眼可辨认的颜色
颜色随光强度而变化的现象叫做 贝楚德—朴尔克效应
只有572nm（黄）、503nm（Байду номын сангаас）、 478nm（蓝）三点近似为直线。
色度学基础知识
色度学基础知识---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 色度学基础知识一、概述色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的理论与技术的科学，是以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科领域为基础的综合性科学。
在现代工业和科学技术发展中，存在着大量有关色度学的问题，颜色与人民生活的衣食住行密切相关。
颜色的测量和控制在一些工农业生产中极为重要，在许多部门颜色是评定产品质量的重要指标，如染料、涂料、纺织印染、塑料建材、医学试剂、食品饮料、灯光信号、造纸印刷、电影电视、军事伪装等等，这一切都是由于颜色科学的建立，才使色度工作者能以统一的标准，对颜色作定量的描述和控制。
在纺织印染、染料和涂料等行业天天与颜色打交道，过去全凭目测评定，评定结果无法记述，储存。
并受观察者的身体状况、情绪、年龄等影响很大。
随着电子技术和计算机技术的迅速发展，测色仪器的测色准确性、重演性和自动化程度大大提高。
现在又有在线检测对提高产品质量，减少不合格品率更为有用。
为此测色技术在各行各业日益得到广泛应用。
色彩的感觉是一个错综复杂的过程，单从物理观点来考虑，色彩的产生有三个主要因素：光源，被照射的物体和观察者。
二.、光和颜色1、光源光由光源体发出，太阳光是我们最主要的光源。
光辐射是一种电磁辐射波，包括无线电波、紫外光、红外光、可见光、X 射线和γ射线等。
我们人类所能见到的光只是电磁波中极小的一部分，其波长范围是380--700nm （纳米）称为可见光谱。
在可见光谱范围内，不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉：700nm 为红色，580nm 为黄色， 510nm 为绿色， 470nm 为蓝色。
单一波长的光表现为一种颜色，称为单色光。
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。
色度学的基本知识
色度学的基本知识色度学是研究人的颜色视觉规律，颜色测量理论与技术的科学，是物理光学，视觉生理，视觉心理等科学为基础的综合性科学。
彩色电视技术中的色度学是研究自然界景物的颜色，如何在彩色电视系统中分解，传输，并在彩色电视机屏幕上正确的复显出来。
名词解释：同色异谱：也就是说一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一种颜色可以有不同的光谱分布合成。
彩色电视机的颜色复显技术正是利用同色异谱概念，在颜色复显过程中，不是重复原来景物的光谱分布，而是利用几种规格化的光源进行配制。
以求在色感上得到等效效果。
如在彩电的复显中用的是R，G，B三基色光谱（因为R，G，B三基色可以混合出自然界中绝大多数颜色）的合成来复显原来景物的颜色。
绝对黑体：是指在辐射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。
当绝对黑体被加热时，就会发射一定的光谱，这些光谱表现为特定的颜色。
色温：当绝对黑体发射出与某一光源相同特性的光时，绝对黑体所必须保持的温度，便叫某光源的“色温”。
1931CIE-XYZ计色系统现代色度学采用CIE（国际照明委员会）所规定的一套色测量原理，数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。
白色可分为好多种，有偏红的白色（暖白色），偏蓝的白色（冷白色）等。
在彩色电视系统中，为了分解，重现彩色图象，通常也要选择一种白色作为分解，重现颜色的基准白。
为了清楚的描述不同的白色，通常把1931CIE-XYZ图中把白色用色度坐标（x，y）来表示，也可以用相关色温和最小分辨的颜色差来表示。
图中斜竖线称为布朗克轨迹等色温线，与其垂直的斜线称为最小可分辨的颜色差（Minimum Perceptible Colour Difference，简称MPCD），MPCD为零的斜竖线称为黑体（Black body）轨迹，又称布朗克轨迹。
布朗克轨迹上各点呈现的白色代表了绝对黑体在不同绝对温度下呈现的白色（从6000—20000K），竖斜线与布朗克轨迹相交的各点，均称为相应竖斜线上的点所表征的白色的相关色温点，与布朗克轨迹相交的斜线称为等相关色温线。
色度学
Y G
G
R C
Y
C
B
M
B
R
M
相加混色
相减混色
两种原色混合＝次色
图像色度学原理
• 色度学：定量测量颜色的科学，颜色的量 度是心理物理学的范畴 • 颜色信息在图像信息中占重要位置，直接 影响图像信号的组成
• 我们从颜色的表示出发，介绍图像工程中 广泛采用的几种三基色颜色系统
1.颜色的表示和颜色混合
• 表色：定量地表示颜色，所表示的数值称 为表色值 • 表色系：为了表示颜色而采用的一系列规 定和定义就叫表色系 显色系 表色系 彩色信息
白
• 三刺激值R、G、B的比例关系决定了所配色光的色度， 数值决定所配色光的光通量
若取1［R］的光通量为1流明，则所配色光的 光通量(亮度)方程： │F│＝(R＋4.5907G＋0.0601B) lm F：代表具有亮度和色度的彩色光 │F│：代表彩色F的亮度 • 分布色系数：CIE规定匹配等能单色辐射所需要的三 刺激值。分别用 r ( )，g ( ), b ( ) 表示。 配出单位辐射功率、波长为λ的单色光的配色方程:
麦克斯韦三角形平面
• 由三基色相加混合配出的各 种彩色都在彩色三角形内 • 等边三角形顶点到对边垂线 的长度为1 • 三个顶点分别代表[R]、[G]、 [B]
青 r F g 品 [R] [G]
• 三角形内任意点都代表自然 界中一种颜色，如F对应的 彩色色度坐标r、g、b为到 [R]、[G]、[B]对边的距离 r+g+b=1 [B]
色度学基本概念
色度學基本概念5-1色覺的三種屬性(attribute)光波進入人眼睛到達視網膜上時，引起的色覺具有三種屬性，即「色彩」、「飽和度」及「亮度」。
色彩(hue)引起視覺的色光，可能是由數種波長的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近缸、橙、黃、綠、藍、紫等純光譜色中的那一種，這種屬性稱為「色彩」；而最接近的光譜色，一般也稱之為色光的「色彩」。
太陽光譜中各色光的色彩，可以用其波長表示。
因此單一波長的光，就稱為「單色光」。
黑色與白色都沒有色彩，介於黑與白中間的灰色，也不具有色彩，或者說它們的色彩未定。
飽和度(saturation)色彩與飽和度合稱為「色品」。
「飽和度」指的是顏色偏離灰色、接近純光譜色的程度。
黑、白、灰色的飽和度最低(0%)，而純光譜色的飽和度最高(100%)。
純光譜色與白光混合，可以產生各種混合色光，其中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。
亮度(brightness)「亮度」指的是光所產生的亮暗感覺。
就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色則最不亮，灰色則居中。
如果由明而暗，製作一系列代表不同等級亮度(稱為灰階)的灰色方塊(如下圖)，則一有色方塊(下圖第二列為黃色)的亮度，可以在同一白光照射下，忽略其色彩與飽和度屬性，藉由視覺比較，找出亮暗感覺相近的灰色方塊，而以該灰色方塊的亮度為其亮度。
5-2色度學(colorimetry)(1)Luminous flux 光通量(與亮度對應)(2)Dominant wave length 主波長(與色彩對應)(3)Purity 純度(與飽和度對應)(2)+(3)=chromaticity (色度)一瓦特的任何色光，均可由任意選定的三種不同色彩(如紅、綠〃藍)的色光，以一定比例的光通量(R、G、B)混合，而引發相同的色覺:(R,G,B)3C V(λ)[lm/W/]=R+G+BR,G,B可能為負(負值表示是與待測定的色光混合)。
以下為各單色光的R、G、B 值。
色度学介绍
6
明度：彩色光的亮度愈高，人眼就愈感 觉明亮，即有较高的明度
彩色的三种特性
色调：光源的色调决定于辐射的光谱组 成对人眼所产生的感觉，物体的色调决定于 辐射的光谱组成和物体表面所反射（透射） 的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。
饱和度：表示彩色的纯洁性，可见光谱 的各种单色光是最饱和的彩色。
7
孟塞尔标号： H V/C=色调 明度值/彩度
黑体不同温度的色度轨迹
29
相关色温：光源色度 坐标并未恰好落于黑 体轨迹上时，仅能采 用与黑体轨迹最接近 的颜色 等温线垂直于黑体轨 迹,黑体轨迹上的各 麦勒德点是等距的, 代表相等的颜色差别
CIE 1960UCS图上按10麦勒德间隔 分布的等相关色温线
30
等温线以不同的角度 与黑体的轨迹交叉, 黑体轨迹上的各麦勒 德点则是不等距的,1 个麦勒德点在不同色 温时代表不同的色温 度数。
1931 CIE-RGB系统标准光谱三刺激值曲线
13
光谱三刺激值与光谱色色 度坐标的关系为
r r= r + g +b g g= r + g +b b b= r + g +b
14
建立1931CIE-XYZ系统是基于以下 三点考虑: 一、避免RGB系统中光谱三 刺激值和色度坐标出现负值.则需 另外选择三个原色,这三个原色所 形成的三角形色度图能包括整个光 谱轨迹. 二、光谱轨迹540-700nm在RGB色度 图上基本上是一段直线,新的XYZ三 角形的XY边应与这段直线重合,YZ 边应尽量与光谱轨迹短波部分的一 点(503nm)靠近.这是使光谱轨迹内 的真实颜色尽量落在XYZ三角形的 较大部分空间。 三、规定(X)和(Z)的亮度为零,XZ 线称为无亮度线(alychne),无亮度 线各点只代表色度,没有亮度.但Y 既代表色度也代表亮度。
3.色度学
3. 色度学
• 颜色的三个基本特征： 黑白系列或无色系列：黑→灰→白
彩色系列或有色系列：色调、饱和度、明度
• 色调：物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定
不同波长产生不同颜色感觉
• 饱和度：颜色的鲜明程度，取决于波长范围的狭窄性 饱和度高，则物体呈现深色 中等明度下可获得最大饱和度 • 明度：刺激物强度作用于眼睛所发生的效应
3. 色度学
不同的颜色在视觉上也有不同的饱和度：红色的饱 和度最高，绿色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适 中。 照片中，高饱和度的色彩能使人产生艳丽亲切的感 觉；低饱和度的色彩易使人感到淡雅中包含着丰富。
3. 色度学
• 亮度： 亮度或明度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的 感觉，是指色彩明暗深浅的程度，也可称为色阶。 亮度有两种特性：同一物体因受光不同会产生明度 上的变化；强度相同的不同色光，亮度感不同。 光的物理性质由它的波长和能量来决定。波长决定 了光的颜色，能量决定了光的强度。光映射到我们的 眼睛时，波长不同决定了光的色相不同。波长相同能 量不同，则决定了色彩明暗的不同。
3. 色度学
• 正常锥体细胞光敏色素的吸收光谱
3. 色度学
• 四色说 视网膜内存在三对视色素：
白-黑视素、黄-蓝视素、红-绿视素
每对视素的代谢作用包括分解和合成两种对立过程。 这三对视素：在分解时产生白、黄、红的感觉； 在合成时产生黑、蓝、绿的感觉。
有光刺激，使白-黑视素分解——产生白的感觉 无光刺激，使白-黑视素合成——产生黑的感觉 三对视素的代谢作用表现出：四种颜色感觉和黑白感觉。
3. 色度学
• 色度学： 色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以 认为是客观的科学, 是与人类无关的。而色度学却是一 种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属 于人类工程学范畴。 例如：对光强的度量来说，物理光学以光的辐射能 量这个客观单位来度量，而色度学却以色光对人眼的 刺激强度来度量。 再如：辐射能量很大的波长很长的红光对人来说却 没有辐射能量很小的黄光亮，人们就认为黄光的强度 比红光大。
色度学基础知识
色度学基础知识什么是色度学？色度学是研究色彩的科学，也被称为颜色学。
它涉及颜色的感知、产生、测量和应用等各个方面。
色度学不仅仅关注颜色的外观，还研究颜色的物理和化学特性以及其在人类生活和工业中的应用。
主观与客观颜色在色度学中，我们经常讨论主观和客观颜色。
主观颜色是指人们通过视觉系统感知到的颜色，它受到个体的视觉特性和观察条件的影响。
相比之下，客观颜色是测量和描述颜色特性的科学方法。
在主观颜色的研究中，我们了解了人类视觉系统的工作原理。
视觉系统通过不同类型的感光细胞和神经传递来识别和解释外部光线的不同波长。
这些信息被传递到大脑中的视觉皮层，并被解释为不同的颜色。
客观颜色的研究则使用了各种仪器和方法来测量和描述颜色。
光谱仪是一种常用的工具，可以将光线分解为其组成的不同波长。
通过测量各个波长的强度，可以确定光线的颜色。
色彩空间色彩空间是用来描述颜色的一种系统。
它由不同的坐标轴组成，每个坐标轴表示颜色的一个特定属性。
常见的色彩空间有RGB、CMYK和HSB等。
•RGB色彩空间是由红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）三个原色组成的。
这种色彩空间常用于电子设备和计算机上的颜色显示。
•CMYK色彩空间是由青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Black）四个颜色组成的。
它常用于印刷行业，用于混合油墨来产生不同的颜色。
•HSB色彩空间代表色相（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）。
色相表示颜色的种类，饱和度表示颜色的纯度，亮度表示颜色的明暗程度。
不同的色彩空间可以用来描述不同的颜色特性，选择适合的色彩空间可以更准确地表示和处理颜色。
颜色的应用在生活和工业中，颜色有许多应用。
颜色可以通过情绪而产生不同的影响，对于个人和品牌来说具有重要的影响力。
在设计领域，颜色可以用来传达特定的情感和理念。
例如，在广告中使用红色可以引起人们的注意力和兴奋感，而使用蓝色则可以传达平静和安全的感觉。
色度学
11.顔色相加
颜色相加原理不仅使用于两个颜色的相加，而且可以扩展到 很多颜色的相加.
一个光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成的,我们可以 看成是很多颜色的相加,一个任意光源的三刺激值应等于匹配该光 源各波长光谱色的三刺激值之和。
若
C*1=R1+G1+B1
C*2=R2+G2+B2
C*3=C*1+C*2=R3+G3+B3
目录
➢ 前言 ➢ 光、视觉与颜色 ➢ CIE标准色度学系统 ➢ 同色异谱 ➢ 光源的色度学
前言
色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测 量的理论和技术的科学。这是一门上世纪发展 起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、 心理物理学等学科领域为基础的综合性科学。 色度学的建立，对颜色能够做定量的描述和控 制，为颜色工作者统一了标准。
三原色：用来产生混合色的红、绿、蓝。 三刺激值：为了匹配某一特定颜色 所需的三原色数量。 三原色 一定要用红、绿、蓝三种颜色吗？
最优三原色：三个原色不必定是红、 绿、蓝三色，也可以是其它三种颜色， 条件是三个原色中的任何一个不能由 其余两个相加混合出来。实验证明， 用红、绿、蓝三原色产生其他颜色最 方便，所有这三种颜色是最优三原色。
1.人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、色调、饱和度。
2.在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的 外貌也连续地变化。
补色律：如果某一颜色与其补色以适当比例混合，便产生 白色或灰色,即：A+A补=白色或灰色
中间色律：任何两个非补色混合，便产生中间色，其色调 决定于两颜色的相对数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上 的远近。
中央轴为孟塞尔明度值，代表无彩色白黑系列中性色 的明度等级。
色度学基础(色温)
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
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色度学
色度学基本知识姜恒BACK （辽宁石油化工大学石油化工学院，绿色化学与催化研究室）颜色测量理论与技术是色度学的组成部分．它是本世纪发展起来的一门以物理光学、视觉生理、视觉心理、光电子学、电子计算技术为基础的综合性科学技术。
彩色电视、彩色摄影、彩色录像、彩色图像电话、彩色视觉机器人、彩色印刷以及染料、涂料、纺织、造纸、交通信号、照明技术、美化环境、工农业生产、科学技术和文化事业等各种产品、各个部门，都要涉及到颜色学和颜色测量。
颜色测量成为评价人们生活的氛围．评定产品质量的重要依据和手段。
这就要求颜色测量能在人眼视察能力的基础上、满足工业中精确测量和控制颜色的需要，实现获得巨大经济效益和社会效益的目的。
颜色可分为彩色和非彩色两类。
非彩色指白色、黑色及它们之间过渡的灰色系列，称为白黑系列。
纯白色反射比为100%，纯黑色为0。
非彩色只有明度的差异。
彩色是指白黑系列以外的各种颜色。
彩色除了有明度差异，还有色调和饱和度的差异。
明度是人眼对物体表面的明暗感觉，光反射比越高，明度越高。
色调是彩色彼此相互区分的特性，即：红、黄、绿、蓝、紫等。
饱和度是指彩色的纯洁性，彩色合灰的成份越多，则饱和度越低。
实验证明，每一种颜色都能用三个选定的原色按适当比例混合而成，称颜色匹配。
三原色可以任意选定。
与待测色达到颜色匹配时所需要的三原色的数量，称三刺激值。
颜色是眼睛和神经系统对光源的感觉，它是光源在眼睛的视网膜上形成的讯号刺激大脑皮层产生的反应，这种生理的反应就是颜色的感觉。
颜色的三要素是：光源、观察物体和观察者(器)。
可见光是一种电磁波,不同类型的电磁波是按照其波长的不同来区分其光谱的类型的。
可见光只占自然界中光谱的一小部分，由于波长在380-760nm之间的光,可以被人的肉眼看见，物理学上把之称为可见光，在可见光谱中,蓝光的波长在400-480nm之间,红光的波长在630-760nm。
当物体受到光源的照射时，会产生三种情况:穿透、吸收和反射。
色度学中文版
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极坐标CIE L*、C*、h
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色彩品质管理
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产品的颜 色通常决
定客户的
购买力
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保持产品的 颜色一致是 产品高品质 的体现, 是赢 得客户的重 要保证
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•合理管理 自己的产 品, 分析 产品, 方 便优化工 艺, 装运 包装自己 的产品
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•提供客户要求的国际标准颜色数据 •提供ISO质量论证所需要的标准文档
•评价客观, 减少目测造成的错判, 漏判, 提高产 品质量
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人眼
杆体细胞 Cornea 感绿锥体细胞 Macula
感红锥体细胞 Lens 感蓝锥体细胞
Fovea
Optic Nerve
Retina
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观察者
• 通过做实验来对人眼对颜色的感觉进行量化。一名观察 者通过一有2度观察域的孔看一白色屏幕，屏幕的一半 被测试光照明，另一半用三原色光混合一起照明，观察 者调节三原色光的能量直到与测试光的颜色匹配，在整 个可见光谱范围内重复此过程。
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视觉观察的情形
光源
物体
观察者
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光
源
• 光源通常发出白光. • 当一束白光通过棱镜后，人们便可看到它是由所 有的可见光波长组成的.
光度学和色度学简介
一、辐射通量 设光源表面 S(图 3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。此 光源表面一个面积元 dS 的辐射情况，可以用单位 时间内该面积元 dS 辐射出来的所有波长的光能量 (也就是通过该面积的辐射功率)来表示， 这就是面 积元 dS 的辐射通量。可用ε来表示，单位为瓦特。 于光源上任一面积元的辐射通量， 不同波长的 光在其中所占的相对数值是不同的。 为了表示光源 面积元所辐射的不同波长的光的相对辐射通量， 我 们引入分布函数 e(λ)的概念。 它就是在单位 时间内通过光源面λ积的某一波长附近的单 e(λ ) 位波长间隔内的光能量。是波长`λ的函数，它又称谱辐射通量 密度。 从光源面积元 dS 辐射出来的波长在λ到λ+d 间的光辐射通 量为
从光源面积元ds辐射出来的波长在到d间的光辐射通量为于是从面积元ds发出的各种波长的光的总辐射通量为deddde0二视见函数辐射通量代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分相等的辐射通量由于波长不同人眼的感觉也不相同
光度学和色度学简介
§1 光度学基本概念
φ = ∫ dϕ ∫ Iθ ,ϕ sin θ ⋅ dθ
0 0
2π
π
如果 I 不随θ和φ而变化(均匀发光体)，则得总光通量 Φ=4πI 。 总光通量表征光源的 特性。对于指定的发光体， 光具组不能增加总光通量， 光具组的作用只是把光通 量重新分配。 例如， 使它比 较集中在某些选定的方向 上， 而相应地减小其它某些 方向的发光强度。 在国际单位制中， 发光 强度的单位为坎德拉 (Candela)，单位代号：坎 (cd)。 1979 年第 16 届国际 计量大会(决议 3)规定坎 德拉的定义为： “坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该 光源发出频率为 540×1014Hz 的单色辐射，而且在此方向上的辐 射强度为(1／683)W／sr。 ” 此处 sr 为球面度。 空气中波长为 5550A 明视觉的视见函数为 1)的辐射对应的频率为 5400086×1014Hz。 略去尾数，则坎德拉新定义中的频率实际上就是明视觉最灵敏谱 线的频率。 值得指出的是，在国际单位制中，发光强度的单位是国际 单位制中七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。
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色度学
主要研究正常色觉的人的颜色视觉规律、 颜色测量的理论与技术的科学。是一门本世纪 发展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心 理、心理物理等学科领域为基础的综合性学科。 由于色度学的建立，颜色工作者就能以统一的 标准，对颜色做定量的描述和控制。
颜色分类和特性——彩色
彩色：黑白系列以外的所有颜色。 彩色的三种特性：明度、色调和饱和度。
色调：彩色彼此区分的特性。 光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。 物体的色调决定于光源的光谱组成和物体表面所反射 （透射）的各波长辐射的比例对人眼的感觉。
饱和度：彩色的纯洁性。可见光谱的各单色光是最饱和 的彩色。光谱色掺入白光成分愈多，愈不饱和。饱和度 决定于物体表面反射光谱辐射的选择性程度。
α 为角度
兰道环
视觉功能曲线 视锐度（视力）和对比 辨认都是视觉功能的重 要指标。两者都受照明 条件的影响，并彼此相 互影响。
对比：对象与背景亮度差与背景 亮度比值。
颜色视觉
人眼可辨认的颜色
颜色随光强度而变化的现象叫做 贝楚德—朴尔克效应
只有572nm（黄）、503nm（绿）、 478nm（蓝）三点近似为直线。
方式二：颜色混合在外界发 生，然后作用到视觉器官
颜色方程
网络资料：国际照明委员会 （CIE）进行颜色匹配试验表明： 当红、绿、蓝三原色的亮度比例 为1.0000：4.5907：0.0601时， 就能匹配出中性色的等能白光， 尽管这时三原色的亮度值并不相 等，但CIE却把每一原色的亮度 值作为一个单位看待，所以色光 加色法中红、绿、蓝三原色光等 比例混合得到白光。
中间色率：任何两个非补色混合，便产生中间色，其色调决定于两颜色的相对 数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。
代替率：相似色混合后仍相似。如果颜色A=颜色B，颜色C=颜色D，那么颜色 A+颜色C=颜色B+颜色D。代替率是非常重要的定律，现代色度学就是建立在这 一定律基础上。
亮度相加率：由几个颜色光组成的混合色的亮度是各颜色光亮度的总和。
色度学概述
华杰研发部 李家兴 2016.11
荆其诚，(1926.3.3～2008 .9.28) 是国 际著名的心理学家，是20世纪80年代 以来推动中国心理学改革开放、走向世 界的杰出代表人物。1947年毕业于台 湾天主教辅仁大学心理学。1950年获 该校人类学研究院硕士学位。 代表作品： 《现代心理学发展趋势》
颜色对比和颜色适应
颜色对比：在视场中，相邻区域的 不同颜色的相互影响叫做颜色对比。 紧盯红色背景中的白纸数分钟，出 现绿色。 互补色：红-绿；黄-蓝
颜色适应：人眼在颜色刺激的 作用下所造成的颜色视觉变化。 例：适应红光，看黄光显绿色； 适应绿光，看黄光显红色。
负后象：颜色适应的后效。例： 白背景上一小块颜色，适应后 移除出现补色。
格拉斯曼颜色混合定律是色度学的一般定律，适用于各种颜色光的相加混合。 但这些定律不适用于染料或涂料混合。染料和涂料混合是颜色光的减光过程。
颜色匹配
由三原色混合的白光与连续光谱的白光在视觉上一样，但光谱组成不 一样，称这一颜色匹配为“同色异谱”的颜色匹配。
方式一：颜色混合是在视觉 器官内部产生，如电视机
颜色方程
等能白光
网络资料：国际照明委员会（CIE）进行颜色匹配试验表明：当红、绿、蓝三原色的 亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时，就能匹配出中性色的等能白光，尽管这时三 原色的亮度值并不相等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加 色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合得到白光。
色觉缺陷的材料对色度学有重要参考价值， 特别当探讨颜色视觉的理论时，更不能不考虑 色觉缺陷的种种事实。
光与视觉
光：380nm-780nm波长人眼可见的电磁辐射。
光的颜色决定于 进入人眼的可见 光谱不同波长辐 射的相对功率分 布，简称相对光 谱功率分布。
两种细胞 D、E、F、G锥细胞，650万个， 集中在黄斑和中央凹3°视角范 围内，明视觉器官，能够分辨 颜色和物体细节。 A、B、C、D杆细胞，1亿个，从 中央凹逐渐增多，中央凹20 ° 处最多，暗视觉器官，适于微 光视觉，不能分辨颜色与视觉。
颜色相加原理
异常三色觉者（色弱） 二色觉者（局部色盲） 全色盲
色觉缺陷
颜色视觉理论一 杨-赫姆霍尔兹学说 1807年，根据红、绿、蓝三色混色 原理，提出视网膜三种不同视觉神 经纤维对红、绿、蓝色光的刺激产 生的兴奋程度不同的假设。不能很 好解释各种色盲现象。
颜色视觉理论二 赫林的对立颜色学说（四色学说）
三对视素的破坏—建设平衡， 可很好解释色盲问题，对三原色产 生光谱一切颜色未说明。
根据颜色环 黄和蓝可混合成白 红和绿可混合成黄
互补色：相混合产生白色或灰色的两种颜色。 颜色环圆心对边的任意两种颜色都是互补色。 颜色环上任何两个非补色相混合可以得出两色中间的混合 色。它的位置在连接两色的直线上。按重力中心定律偏向 于比重大的一方。
格拉斯曼颜色混合定律
补色率：每一种颜色都有一个相应的补色。
视觉成像：倒像。
视锐度：人通过视觉器官辨认 外界物体的敏锐程度，表示视 觉辨认物体细节的能力。在临 床医学上也叫做“视力”。
当人的视觉能够分辨视标中1 分视角的细节单位时，他的视 力为1.0
LED显示屏最佳观看距离：4.9μ大约是一个椎体 细胞的直径。就是说，在理论上，当视标的两个 细节单位相距1分视角时，便落到视网膜的两个 独立的感光细胞上，所以能够将两者区分开来。
颜色分类和特性——非彩色
颜色：非彩色和彩色。
非彩色：白色、黑色和各种灰，叫做黑白系列。 纯白：反射率为1的完全反射物体，自然界无纯白物体，氧化镁最接近。 黑色：反射率为0的完全不反射物体，自然界无纯黑物体，黑绒最接近。
明度：人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性和过去经验的影响。 一般亮度高，明度高。反例：黑暗中的纸比如亮环境中的墨明度高。