第2章色度学原理与CIE标准色度学系统讲座
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CIE l964补充标准观察者光谱三刺激值，适 于大于4o视场的颜色测量。并且CIE规定必须在 明视觉条件下使用这两组标准观察者的数据。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7.1 1931 CIE-RGB 系统 (2o观察条件)
1931年CIE规定700 nm的红、546.1 nm的绿和435.8 nm的蓝为色光三原色，三 原色能相加匹配出等能白色(E光源)，然后 在2o观察条件下，采用目视配色仪上匹配 出等能光谱色的 R、G、B分量，称为1931 年CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺 激值，用
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
格拉斯曼定律
• （3）颜色外貌相同的个光，不管他们的光谱组成是 否一样，在颜色混合中具有相同的效果。
• 颜色的代替律: 感觉上相同的颜色在颜色混合中可以 互相代替
• ①如果
• A=B，C=D
Leabharlann Baidu•则
A+C=B+D
• ②如果
A=B
•则
nA=nB
• （4）亮度相加定律：混合色的亮度等于参与混合的
b = B / (R+G+B) 颜色C*的单位值：[C] = r [R] + g [G] + b [B] 则颜色C*的色量C： C = R + G + B。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
白色的单位向量 [W]
令 [W] = (1/3)[R] + (1/3)[G] + (1/3)[B] [W]色度坐标：r = 1/3、g = 1/3、b = 1/3
（2）光谱功率分布：一种光源所发射的光谱往往不是 单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。 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。
（3）绝对光谱功率分布曲线和相对光谱功率分布曲线：
前者指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲
线；后者指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相
（5）绝对黑体和全辐射体：指在任何波长下能 够全部吸收任何波长的辐射的物体。
（6）黑体轨迹：随着绝对黑体加热温度的升高， 按照普朗克计算出在各种温度时的相对应光谱 功率分布转换成CIE l931色度坐标，绝对黑体不 同温度的色光变化在CIE l931色度图上形成的弧 形轨迹，称为黑体轨迹。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
• 等能白：SE
Red nm 700
Green 546.1
Blue 435.8
Red
Green
cd/m2 1.0000 4.5907
Blue Mixture 0.0691 5.6508
1 Red unit = [R] = 1.0000 cd/m2 ; 1 Green unit = [G] = 4.5907 cd/m2 ; 1 Blue unit = [B] = 0.0691 cd/m2 .
即E光源的色度坐标为： xE = 0.3333，yE = 0.3333。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
1931CIE-XYZ 色度图
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
CIE l931-XYZ 标准色度观察者
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7.3 CIE 1964 补充色度学系统 (10o观察条件)
单纯原色的混合物，在整个视场低于10o时出 现不均匀现象，工业上配色总是在比2o视场更大 的 范 围 。 为 了 适 合 于 10o 大 视 场 的 色 度 测 量 ， 1964年CIE规定了一组CIE l964 补充标准观察者 光谱三刺激值和相应的色度图，这一系统称为
互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围
内变化的光谱功率分布曲线。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.8.1 光源
（4）连续光谱、线状光谱、混合光谱：由红到 蓝各种色光在内的连续彩色光带称连续光谱； 在整个光谱区域中某几个波长处发生狭窄的光 谱称为线状光谱；在连续光谱中附上一些突出 的线光谱称为混合光谱。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7 CIE 标准色度观察者
现代色度学采用国际照明委员会(简称CIE) 所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法， 称为CIE标准色度学系统。此系统是以两组现代 色度学的基本视觉实验数据为基础的。
CIE l931标准色度观察者光谱三刺激值，适 于1o～4o视场的颜色测量；
• （2）在有几个成分组成的混合色中，如果一 个成分连续变化，则混合色的成分也连续变化。 由此导出：
• 补色律：如果两个补色成分以适当混合产生灰 色或白色，以其它比例混合产生近似于比重较 大的颜色的非饱和色。
• 中间色律：如果两个非补色成分混合，便产生 中间色，其色调云饱和度随这两种颜色的相对 数量的不同而变化。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是： X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028 Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279 Z：r = - 0.7431，g = 0.1409，b = 1.6022 在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，
令
其中k为规化系数。于是得：
对于任一色光，只要测得它的光谱功率分布， 就能计算求得这一色光的色度坐标。
称为光谱三刺激值。 需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的 红、绿、蓝三原色有关。一般来说，光谱三刺 激值在某些波段会出现负值。 第2章色度学原理与CIE标准色度学
系统讲座
2.6 色度转换
2.6.1 色度坐标的转换
•匹配该颜色所需要三原色的数量——颜色的三刺激值 •这就是将颜色“量化”的思想
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
• 方法何在？ • 有以下问题需要解决： • 怎样选定三原色？ • 怎样确定三原色的单位量？ • 怎样确定任何一种颜色的三刺激值，是否比必
需做匹配实验？ • 怎样利用颜色的光谱构成确定颜色的三刺激值？
标准照明体：指一定的光谱功率分布，这种标 准的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接 提供，也不一定能用一个光源来实现。
•标准照明体A：相当于绝对黑体在加温到2856 K时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可 根据普朗克辐射定律计算：
标准照明体A色度点正好落在CIE l931色度
第2章色度学原理与CIE 标准色度学系统讲座
2020/11/25
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
色光匹配： Red
nm 700
Green 546.1
Blue 435.8
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
颜色转盘 第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
颜色匹配的方法：
C = L / L[C] = L / ( r L[R] + g L[G] + b L[B] )
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.3 色度相加原理
根据格拉斯曼配色混合的代替律， 如果色光A* =色光B*，色光C* = 色光D*， 则 A* + C* = B* + D*。 此式说明色光相加符合数学上的向量加法法则。
三原色
R*、G*、B* X*、Y*、Z*
单位向量： [R]、[G]、[B]
设颜色向量C*
单位向量：
[C]
{X}、{Y}、{Z} {C}
三刺激值 ： R、G、B
X、Y、Z
则颜色向量C*可表示为：
C* = (R + G + B) [C] = R [R] + G [G] + B [B]
= (X + Y + Z) {C} = X {X} + Y {Y} + Z {Z}
CIE l964与CIE l931三刺激值曲线比较
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
CIE1964 色度图与CIE l931 色度图比较
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.8 CIE 标准照明体和标准光源
2.8.1光源
（1）发光效率：一般指电光源所发出的光通量与该光 源所消耗的功率之比，即每消耗一瓦功率所能产生的 光通量。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.5 光谱三刺激值
如果已知色光E的光谱功率分布，怎样来确 定它的三刺激值及色度坐标呢？ 设：光谱功率分布为E()，
光谱色 的色度坐标r()、g()、b()。 首先找出单色光E()d的色量值dC()， 单色光E()d的亮度：kV()E()d， 其对应的C值dC()： dC()=kV()E()d/[r()L[R]+g()L[G]+b()L[B]]
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
1931 CIE-RGB 系统色度图
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7.2 1931CIE-XYZ 系统 XYZ假想三原色的由来：
亮度仅由Y表示， X、Y、Z所形成的 虚线三角形包含了 整个光谱轨迹，使 得光谱轨迹上和轨 迹之内的色度坐标 都成了正值。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.5 光谱三刺激值
再由式（2-10）得色光E的色度坐标为： rE = [ r()dC()]/[ dC()]， gE = [ g()dC()]/[ dC()]， bE = [ b()dC()]/[ dC()]
或写成：
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
（7）色温和相关色温：
光源的色温：某光源的色度与绝对黑体辐射在
某一温度下的色度一样，则这一温度称为某光
源的色温。
相同光源色温的相对光谱功率分布与某温度
下黑体辐射的光谱功率分布可能完全一致，也
可能不一致。
同色同谱颜色：光谱功率分布完全一致的两色
同色异谱颜色：色度和色温一样的两个光源的
光谱功率分布不一定完全一致。
相应 [R]、[G]、[B] 的相对光亮度值： L[R]= 1.0000 、L[G] = 4.5907 、L[B] = 0.0691 ， 从而颜色C*的单位光亮度为
L[C] = r L[R] + g L[G] + b L[B] 若已知颜色C*的光亮度为L，并且测量得颜 色C*的r、g、b值，则颜色C*的色量为
个颜色的亮度的总和。（颜色的加法混合，不适用 于染料的混合）
• 格拉斯曼定律是颜色混合现象的总结与描述。 第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.2.2 颜色方程
•颜色匹配方程 •如果 （C）为待匹配的目标色 • （R）（G）（B）为三原色 •C R G B目标色及三原色的量， •当用三原色混合实现与颜色（C）的匹配时有 •（C）=R（R）+G（G）+B（B） •此式即为颜色匹配方程。 •根据颜色方程任何一种颜色可以用匹配该颜色的三原 色的量来表示，
• 光谱匹配：不同光谱成分的混合（调节光源的 发射光谱、物质的吸收与反射光谱。
• 时序混合：用色转盘，调节转盘上颜色块的面 积。
• 空间混合：调节不同色颗粒的比例。 • 其基础是光谱的混合，后两种混合方法是利用
了人眼的视觉特性。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
格拉斯曼定律
• （1)人眼只能分辨出颜色的三种变化：明度、 色度、饱和度
相关色温：光源的光色在色度图上不一定准确
地落在绝对黑体轨迹上，所以只能用光源与黑
体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温，称为
相关色温。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.8.2 CIE 标准照明体A、B、C、D
CIE推荐了四种标准照明体A、B、C、D和三种 标准光源A、B、C。
1、CIE标准照明体
CIE l964补充标准色度学系统。 在CIE l964补充色度学系统色度图中，等能
白光的色度坐标：
x10E = 0.3333，y10E = 0.3333，z10E = 0.3333。 研究表明，观察视场增加到10o辨色精度能提
高，但视场进一步增大就不再提高了。 第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.2.2 颜色方程
在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、 G、B来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B总 量的相对比值表示颜色。 色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比 值。 对颜色C*而言，其色度坐标为：
r = R / (R+G+B)
g = G / (R+G+B)
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7.1 1931 CIE-RGB 系统 (2o观察条件)
1931年CIE规定700 nm的红、546.1 nm的绿和435.8 nm的蓝为色光三原色，三 原色能相加匹配出等能白色(E光源)，然后 在2o观察条件下，采用目视配色仪上匹配 出等能光谱色的 R、G、B分量，称为1931 年CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺 激值，用
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
格拉斯曼定律
• （3）颜色外貌相同的个光，不管他们的光谱组成是 否一样，在颜色混合中具有相同的效果。
• 颜色的代替律: 感觉上相同的颜色在颜色混合中可以 互相代替
• ①如果
• A=B，C=D
Leabharlann Baidu•则
A+C=B+D
• ②如果
A=B
•则
nA=nB
• （4）亮度相加定律：混合色的亮度等于参与混合的
b = B / (R+G+B) 颜色C*的单位值：[C] = r [R] + g [G] + b [B] 则颜色C*的色量C： C = R + G + B。
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白色的单位向量 [W]
令 [W] = (1/3)[R] + (1/3)[G] + (1/3)[B] [W]色度坐标：r = 1/3、g = 1/3、b = 1/3
（2）光谱功率分布：一种光源所发射的光谱往往不是 单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。 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。
（3）绝对光谱功率分布曲线和相对光谱功率分布曲线：
前者指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲
线；后者指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相
（5）绝对黑体和全辐射体：指在任何波长下能 够全部吸收任何波长的辐射的物体。
（6）黑体轨迹：随着绝对黑体加热温度的升高， 按照普朗克计算出在各种温度时的相对应光谱 功率分布转换成CIE l931色度坐标，绝对黑体不 同温度的色光变化在CIE l931色度图上形成的弧 形轨迹，称为黑体轨迹。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
• 等能白：SE
Red nm 700
Green 546.1
Blue 435.8
Red
Green
cd/m2 1.0000 4.5907
Blue Mixture 0.0691 5.6508
1 Red unit = [R] = 1.0000 cd/m2 ; 1 Green unit = [G] = 4.5907 cd/m2 ; 1 Blue unit = [B] = 0.0691 cd/m2 .
即E光源的色度坐标为： xE = 0.3333，yE = 0.3333。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
1931CIE-XYZ 色度图
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
CIE l931-XYZ 标准色度观察者
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7.3 CIE 1964 补充色度学系统 (10o观察条件)
单纯原色的混合物，在整个视场低于10o时出 现不均匀现象，工业上配色总是在比2o视场更大 的 范 围 。 为 了 适 合 于 10o 大 视 场 的 色 度 测 量 ， 1964年CIE规定了一组CIE l964 补充标准观察者 光谱三刺激值和相应的色度图，这一系统称为
互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围
内变化的光谱功率分布曲线。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.8.1 光源
（4）连续光谱、线状光谱、混合光谱：由红到 蓝各种色光在内的连续彩色光带称连续光谱； 在整个光谱区域中某几个波长处发生狭窄的光 谱称为线状光谱；在连续光谱中附上一些突出 的线光谱称为混合光谱。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7 CIE 标准色度观察者
现代色度学采用国际照明委员会(简称CIE) 所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法， 称为CIE标准色度学系统。此系统是以两组现代 色度学的基本视觉实验数据为基础的。
CIE l931标准色度观察者光谱三刺激值，适 于1o～4o视场的颜色测量；
• （2）在有几个成分组成的混合色中，如果一 个成分连续变化，则混合色的成分也连续变化。 由此导出：
• 补色律：如果两个补色成分以适当混合产生灰 色或白色，以其它比例混合产生近似于比重较 大的颜色的非饱和色。
• 中间色律：如果两个非补色成分混合，便产生 中间色，其色调云饱和度随这两种颜色的相对 数量的不同而变化。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是： X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028 Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279 Z：r = - 0.7431，g = 0.1409，b = 1.6022 在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，
令
其中k为规化系数。于是得：
对于任一色光，只要测得它的光谱功率分布， 就能计算求得这一色光的色度坐标。
称为光谱三刺激值。 需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的 红、绿、蓝三原色有关。一般来说，光谱三刺 激值在某些波段会出现负值。 第2章色度学原理与CIE标准色度学
系统讲座
2.6 色度转换
2.6.1 色度坐标的转换
•匹配该颜色所需要三原色的数量——颜色的三刺激值 •这就是将颜色“量化”的思想
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
• 方法何在？ • 有以下问题需要解决： • 怎样选定三原色？ • 怎样确定三原色的单位量？ • 怎样确定任何一种颜色的三刺激值，是否比必
需做匹配实验？ • 怎样利用颜色的光谱构成确定颜色的三刺激值？
标准照明体：指一定的光谱功率分布，这种标 准的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接 提供，也不一定能用一个光源来实现。
•标准照明体A：相当于绝对黑体在加温到2856 K时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可 根据普朗克辐射定律计算：
标准照明体A色度点正好落在CIE l931色度
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第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
色光匹配： Red
nm 700
Green 546.1
Blue 435.8
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
颜色转盘 第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
颜色匹配的方法：
C = L / L[C] = L / ( r L[R] + g L[G] + b L[B] )
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.3 色度相加原理
根据格拉斯曼配色混合的代替律， 如果色光A* =色光B*，色光C* = 色光D*， 则 A* + C* = B* + D*。 此式说明色光相加符合数学上的向量加法法则。
三原色
R*、G*、B* X*、Y*、Z*
单位向量： [R]、[G]、[B]
设颜色向量C*
单位向量：
[C]
{X}、{Y}、{Z} {C}
三刺激值 ： R、G、B
X、Y、Z
则颜色向量C*可表示为：
C* = (R + G + B) [C] = R [R] + G [G] + B [B]
= (X + Y + Z) {C} = X {X} + Y {Y} + Z {Z}
CIE l964与CIE l931三刺激值曲线比较
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
CIE1964 色度图与CIE l931 色度图比较
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.8 CIE 标准照明体和标准光源
2.8.1光源
（1）发光效率：一般指电光源所发出的光通量与该光 源所消耗的功率之比，即每消耗一瓦功率所能产生的 光通量。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.5 光谱三刺激值
如果已知色光E的光谱功率分布，怎样来确 定它的三刺激值及色度坐标呢？ 设：光谱功率分布为E()，
光谱色 的色度坐标r()、g()、b()。 首先找出单色光E()d的色量值dC()， 单色光E()d的亮度：kV()E()d， 其对应的C值dC()： dC()=kV()E()d/[r()L[R]+g()L[G]+b()L[B]]
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
1931 CIE-RGB 系统色度图
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.7.2 1931CIE-XYZ 系统 XYZ假想三原色的由来：
亮度仅由Y表示， X、Y、Z所形成的 虚线三角形包含了 整个光谱轨迹，使 得光谱轨迹上和轨 迹之内的色度坐标 都成了正值。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.5 光谱三刺激值
再由式（2-10）得色光E的色度坐标为： rE = [ r()dC()]/[ dC()]， gE = [ g()dC()]/[ dC()]， bE = [ b()dC()]/[ dC()]
或写成：
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（7）色温和相关色温：
光源的色温：某光源的色度与绝对黑体辐射在
某一温度下的色度一样，则这一温度称为某光
源的色温。
相同光源色温的相对光谱功率分布与某温度
下黑体辐射的光谱功率分布可能完全一致，也
可能不一致。
同色同谱颜色：光谱功率分布完全一致的两色
同色异谱颜色：色度和色温一样的两个光源的
光谱功率分布不一定完全一致。
相应 [R]、[G]、[B] 的相对光亮度值： L[R]= 1.0000 、L[G] = 4.5907 、L[B] = 0.0691 ， 从而颜色C*的单位光亮度为
L[C] = r L[R] + g L[G] + b L[B] 若已知颜色C*的光亮度为L，并且测量得颜 色C*的r、g、b值，则颜色C*的色量为
个颜色的亮度的总和。（颜色的加法混合，不适用 于染料的混合）
• 格拉斯曼定律是颜色混合现象的总结与描述。 第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.2.2 颜色方程
•颜色匹配方程 •如果 （C）为待匹配的目标色 • （R）（G）（B）为三原色 •C R G B目标色及三原色的量， •当用三原色混合实现与颜色（C）的匹配时有 •（C）=R（R）+G（G）+B（B） •此式即为颜色匹配方程。 •根据颜色方程任何一种颜色可以用匹配该颜色的三原 色的量来表示，
• 光谱匹配：不同光谱成分的混合（调节光源的 发射光谱、物质的吸收与反射光谱。
• 时序混合：用色转盘，调节转盘上颜色块的面 积。
• 空间混合：调节不同色颗粒的比例。 • 其基础是光谱的混合，后两种混合方法是利用
了人眼的视觉特性。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
格拉斯曼定律
• （1)人眼只能分辨出颜色的三种变化：明度、 色度、饱和度
相关色温：光源的光色在色度图上不一定准确
地落在绝对黑体轨迹上，所以只能用光源与黑
体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温，称为
相关色温。
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.8.2 CIE 标准照明体A、B、C、D
CIE推荐了四种标准照明体A、B、C、D和三种 标准光源A、B、C。
1、CIE标准照明体
CIE l964补充标准色度学系统。 在CIE l964补充色度学系统色度图中，等能
白光的色度坐标：
x10E = 0.3333，y10E = 0.3333，z10E = 0.3333。 研究表明，观察视场增加到10o辨色精度能提
高，但视场进一步增大就不再提高了。 第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
第2章色度学原理与CIE标准色度学 系统讲座
2.2.2 颜色方程
在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、 G、B来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B总 量的相对比值表示颜色。 色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比 值。 对颜色C*而言，其色度坐标为：
r = R / (R+G+B)
g = G / (R+G+B)