色度学基础

• 例如，某个混色后的色效果，可以表示成下式。 • F=3.6（R）+4.8（G）+0.8（B） • 这个表达式的意义是： • 红色分量是3.6个红单基色量 R=3.6 • 绿色分量是4.8个绿单基色量 G=4..8 • 蓝色分量是0.8个蓝单基色量 B=0.8 • 可见（2.3）式中的R、G、B在实际应用中是一些具体 的数字量。这三个值称为“三刺激值”。这三个值决 定了混色光的结果颜色性能，还决定了混色光的光通 量。
色度学
• 色度学是研究人的颜色视觉规律、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，是宜光学、
视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合
性科学。
基本物理量
1、色品坐标 色品坐标（x，y）和色品坐标（u，v）来自色度学，这个坐标 是人为构建的一个颜色坐标体系，最初来源于颜色匹配实验，构 建出 R G B 坐标系，后来发现这个坐标系不便于计算，又利用数 学方法转换成没有负值的xy坐标系，这个时候 里面对应的坐标值 就是你说的色品坐标（x，y），在这个坐标之后人们发现x,y坐标 和人眼对颜色的感知上来说并不是均匀的，为了改变色度坐标图 中颜色宽容量不等的缺陷，国际照明委员会于1960年，建立了U-V 色度坐标图，也称均匀色度坐标图。两者在数学的关系是：
基本物理量
基本物理量
8、色偏差 是指电脑计算的配方与目标标准的相差，以单一照明光源下计算，
数值愈小，准确度则愈高。但是要注意，它只代表某一光源下的
颜色比较，未能检测于不同光源下的偏差。
归一化光谱功率分布函数S(λ)
• 归一化光谱功率分布：辐射功率与波长的函数关系。
• 作图：横坐标波长，纵坐标归一化辐射功率。
3.0PB 3/11
•
• •
R13：白种人肤色
R14：树叶绿 R15：黄种人肤色
5.0YR 8/4
5.0GY 4/4
•
显色指数Ra，是前8种颜色显色指数的平均值。
基本物理量
两种显色指数： 忠实显色 能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数 (Ra)高的光源，其数值接近 100，显色性最好。 效果显色 要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色 效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照 射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。
“CIE 1931色度坐标图”
• 意义 • 这 是 1 9 3 1 年 国 际 照 明 委 员 会 CIE 确 认 的 色 度 坐 标 图 ， 故 简 称 “CIE1931色度坐标图。”实际上，CIE1962年做了某些修改，但 实质上没有重大的改变。所以我们还是以CIE 1931年确认的坐标 图为基础，做为解读的对象。 • 图中的颜色，包括了自然所能得到的颜色。 • 这是个二维平面空间图，由x-y直角标系统构成的平面。为了适应 人们习惯于在平面坐标系中讨论变量关系，而设计出来的。在设 计出该图的过程中，经过许多数学上的变换和演算，此过程从略。 • 此图的意义和作用，可以总结成两句话：（1）表示颜色视觉的基 本规律。（2）表示颜色混合与分解的一般规律。
时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红 辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量分布中，蓝
Hale Waihona Puke 辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：标准烛
光为1930K（开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K； 闪光灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为1200018000K。
时，会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色
性愈差。显色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。
基本物理量
• 显色指数里的R1到R15，分别表示日光下的颜色。
• • • • • 颜色名称 R1：淡灰红色 R2：暗灰黄色 R3：饱和黄绿色 R4：中等黄绿色 孟塞尔标号 7.5R 5.0Y 6/4 6/4
基本物理量
色容差的意义 • 在荧光灯中由于红、绿、蓝三种粉的密度不同，生产中很容易造成色温 差，一旦出现，需通过调节色容差来调整色温差以保证灯的光色。能够 显示色容差的仪器。 • 作为照明光源的白光LED应当参照色容差的标准来要求指导白光LED新 照明光源的发展和应用。
基本物理量
8、色纯度 为以主波长描述颜色时之辅助表示，以百分比计，定义为待测件色度坐 标与E光源之色度坐标直线距离与E光源至该待测件主波长之光谱轨迹 (SpectralLocus)色度坐标距离的百分比，纯度愈高，代表待测件的色度坐 标愈接近其该主波长的光谱色，是以纯度愈高的待测件，愈适合以主波 长描述其颜色特性。
坐标或是色温。
基本物理量
4、峰值波长 • 光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。它是一种纯粹的物理量， 一般应用于波形比较对称的单色光的检测。
•
峰值波长值应主要用在蓝光激发荧光粉形成白光的时候，以判断蓝光
芯片的λ p值与荧光粉的激发波长是否匹配。
基本物理量
5、半波宽 • 相对光谱能量分布曲线上，两个半极大强度处对应的波长差。
基本物理量
7、色容差
• 色容差实际指测量值偏离目标值的距离。 • 在荧光灯中由于红、绿、蓝三种粉的密度不同，生产中很容易造成色温 差，一旦出现，需通过调节色容差来调整色温差以保证灯的光色。标准 光源的光谱随色温改变，则不同色温时，其标准光谱不同（一般检测设 备会自动AUTO识别被测LED光源的色温范围，并确定对应的标准光源 色温取值），色容差不同。在相同色温时，参考标准光谱一致，色坐标 X,Y不同，则色容差不同。
“CIE 1931色度坐标图”
•
20个特定颜色区 在舌形曲线所包围的区域内，被分成20个颜色区域。在每个区域 内，被认为颜色基本相同，每个颜色区都是一个平均主波长，或 者补色主波长，而且还有相应的英文名称。它们的英文—中文名， 对照如下： 1. Red—红色 2. Pink—粉红色 3. Reddis Orange—橙红色 4. Yellishpink—粉黄色 5. Orange—橙色 6. Orange-Yellow—橙黄色 7. Yellow—黄色 8. reenish Yellow—黄绿色
R G B
• 其中，700.0nm是可见光的红端，546.1nm和435.8nm都 是汞的亮线。等能白光是由三原色的光通量按下列比 例混合而成。

FR : FG : FB 1: 4.5907 : 0.0601
如果令 （R）=1 Lm （G）=4.5907 Lm （B）=0.0601 Lm （2.2）
5.0GY 6/8 2.5G 6/6
•
• •
R5：淡蓝绿色
R6：淡蓝色 R7：淡紫蓝色
10.0BG 6/4
5.0PB 6/8 2.5P 6/8
基本物理量
颜色名称 • • • • • R8：淡红紫色 R9：饱和红色 R10：饱和黄色 R11：饱和绿色 R12：饱和蓝色 孟塞尔标号 10.0P 6/8 4.5R 5.0Y 4.5G 4/13 8/10 5/8
X E 0.3333
yE 0.3333
ZC 0.3333
• 规定3基色量后，定量表示混色之间的数学关系就有了单位了。 • 混色试验的数学表达式可以写成：
•
F=R（R）+G（G）+B（B）
(2.3)
• F：表示混合后的色效果 • R（R）：表示红色所包函的红单基色的数量 • G（G）：表示绿色所包函的绿单基色的数量 • B（B）：表示蓝色所包函的蓝单基色的数量
• 三者相加混色，可得到白光E=5.608 Lm。 • 在以后的混色表示系统中，通常把（2.2）式中 的（R）、（G）、（B）所代表的光通量值， 选作三个原色的单位量，简称基色量。 E 点所 代表的白光，因为在（x , y）色度坐标中的位 置都相等，所以有时候也称“等能白光点”。
•
E点的色度坐标值：
U 4x (2 x 12 y 3)
V
6y (2 x 12 y 3)
基本物理量
2、色温 色温（colo(u)r temperature）是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔 文）,是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Tc表示。色温是按绝对
黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此
4、主波长
• 任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定比例与一个参照光源（如CIE标准光源A、B、 C等，等能光源E，标准照明体D65等）相混合而匹配出来的颜色，这个光谱色就是颜色的主波 长。颜色的主波长相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量）。 • 在波长分布曲线上，一条横坐标与曲线之间的垂直线，将曲线下的面积分成左右两边相等， 这条垂线对应的波长值就是λ d。 • 在CIE1931马蹄形坐标中，从E点（0.33，0.33）向被测物体所在的点做延长线与马蹄形曲线 有交点对应的波长。 • • • 一般对于色光来说我们是要看λ d值，因为 λ d值能够更准确的反应它的颜色； 非单色光（复色光），一般是白光，λ d值也只是可以参考，要判断它的颜色还是要看它的色
“CIE 1931色度坐标图”
“CIE 1931色度坐标图”
• 三条特殊线 • （1） 黑体色温轨迹线：在舌形曲线的中部，跨过白色区，有一 条向下弯的曲线，这就是黑体色温轨迹线。这条曲线表示黑体在 不同温度下发光颜色的变化轨迹。色温的变化范围从1000K到无 穷大。但实际上常用的是1000K-1400K范围。 • （2） 单色光轨迹线：即色度坐标图中的舌形曲线，可见光的波 长所对应颜色的轨迹线。曲线上的任意一点，表示一种光的波长， 及其表现的颜色。 • （3） 紫红线：连接舌形曲线两端的直线。表示红色和紫色混 合后颜色的轨迹。称为紫红线
• 经过一系列的实验统计结果，于1931年经CIE开会认可 达成共识，规定三种基本颜色的中心波长。 nm 700.0nm • 红光（R）， R 700.0 • 三基色 蓝光（B）， B 435.8 （2 . 1） nm 546.1nm • 绿光（G）， G 546.1 nm 435.8nm
基本物理量
3、相关色温 除热辐射光源以外的其它光源具有线状光谱，其辐射特性与黑体辐射特 性差别较大，所以这些光源的光色在色度图上不一定准确地落在黑体轨
迹上，对这样一类光源，通常用相关色温来描述光源的颜色特性。相关
色温是指与具有相同亮度刺激的颜色最相似的黑体辐射体的温度，用K氏 温度表示。
基本物理量
• 横坐标单位nm，纵坐标归一化没有单位，单对应着W，
因此称为光谱功率分布函数。
归一化光谱功率分布函数S(λ)
色度学的定量表示方法
• 研究任何学科，都是在寻找一些用定量的关系，来描述它们之间 的规律性，然后再加以利用，或者推导演绎，达到有所发现，有 所发明。
• *什么叫三基色
• 人的眼睛是用视网膜上的锥状细胞来感受颜色的，而 且只有当颜色的亮度大于 1尼特（nt），才能感受到颜 色的存在，分辨出的颜色不同。锥状细胞有三种不同 的类型。 • 分别对三种不同波长的光作出敏感反应，这就是导出 三基色的物理原因。下面要导出的三基色的概念，并 不是凭空设想出来的，也不是哪个人主观做出的决定。
• 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。
基本物理量
6、显色指数(Ra)
• 光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯 或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样 光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦 大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能 提供较佳的显色品质。 当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波
基本物理量
显色指数与显色性的关系： • 当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色 产生明显的color shift.色差程度越大，光源对该色的显色性越差。颜 色指数系数（Kau fman）仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。 • 白炽灯的显色指数定义为100，视为理想的基准光源。此系统以8种彩度 中等的标准色样来检验，比较在测试光源下与在同色温的基准下此8色的 偏离（Deviation）程度，以测量该光源的显色指数，取平均偏差值 Ra20-100，以100为最高，平均色差越大，Ra值越低。低于20的光源通常 不适于一般用途。