色度学

Y k S ( ) ( ) y ( ) d

Z k S ( ) ( ) z ( ) d

S ( ) : 光源光譜功率分佈 ( ) : 物體反射率 k : 調整因數
物体色度坐标：
x
X X Y Z
,y
Y X Y Z
X= (1) ( ) x( )d =

即满足
Y= (1) Z= (1)

( ) y( )d = ( ) z( )d =
(2) ( ) x( )d
(2)
( ) y( )d
(2)
( ) z( )d
条件:
( ) = ( ) S( )
L* 116 (
适用于量测自发光物体
例如 : 含荧光物质
Y 13 Y ) 16 , 0.01 Y0 Y0
' ' u* 13L* (u ' u0 ) , v* 13L* (v ' v0 )
4X 9Y , v' X 15Y 3Z X 15Y 3Z 4X0 9Y0 ' ' u0 , v0 X 0 15Y0 3Z 0 X 0 15Y0 3Z 0 u'
吸收.反射.透射
1.3物体光的刺激后，视网膜的兴奋传到大脑中枢而
产生的感觉。因此颜色与人的生理状况和心理情绪有关。颜色
是主观量而非客观量。 • • • 光源的类型（日光，灯光）及性质。 被照明物体的性质（组成成分）及状态（表面光洁度）。 观察者所处的周围环境（明暗程度），照明条件，观察角度。
2.1如何看到颜色
至20世纪70年代后，三色 所证实。例如，有人用不超过 的细小单色光束，逐个检查并 的光谱吸收曲线，发现视网膜 收光谱，其峰值分别在564nm 处，相当于红、绿、蓝三色光 用微电极记录单个视锥细胞感 也观察到不同单色光引起的超 的幅度在不同的视锥细胞是不 情况也符合三色学说。
椎体细胞(cone)：三种，响应波长峰值分别为420nm、534nm和564nm附近，数目不等， 排列不规则。
Y
Z
X
=>
Y既代表色度也代表亮度。
RGB ->XYZ
转换方程式
X 0.49r 0.31g 0.201 b Y 0.1769 r 0.812g 0.01b Z 0.0r 0.01g 0.99b
2.1 CIE 1931 色坐标计算
加权坐标法：
物体三刺激值：
X k S ( ) ( ) x ( ) d
2.1光学三原色和色料三原色
2.1颜色识别障碍
About 8% men and 0.4% of women have deficient color vision, called color blindness. Some people have fewer than three types of cones; some people cones with altered spectral sensitivities.
,z
Z X Y Z
2.1色饱和度计算
样品的颜色接近主波长光谱色的程度 表明该样品颜色的纯度（饱和度）。 色域 color gamut：能呈 现颜色的丰富程度。
x x0 y y0 OM pe OL x x0 y y0
L(xλ,yλ)
M(x,y) O(x0,y0)
1.2人眼构造
锥体细胞 (Cones）： 明视觉,光亮条件下作用可分辨颜色与物体细节。 杆体细胞 (Rods） ： 暗视觉,黑暗中起作用无法分辨颜色与细节。
1.2 CIE视见函数
V(λ )：视见函数 由国际照明协会(CIE)通过大 量抽样试验得出的不同波长 光相对于人眼最敏感波段敏 感程度的曲线称作视见函数 曲线，也称作人眼相对亮度 敏感度曲线。
2.1色度学的定义
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，它是一门本世纪发展起来 的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学。 它是研究人眼对颜色感觉规律的一门科学。
1.1视觉原理
光源 （Light Source）
物体(Object)
接收器(Receiver)
颜色宽容量小 人眼辨别度较敏感 CIE 1960 UCS色度图 CIE 1931 的色品分辨力 (MacAdam椭圆图)
红蓝波段较短
人眼对颜色的恰可分辨范围
( CIE1931
UCS 莱特颜色线段 )
2.1 CIE 1960 UCS 均匀色度坐标
CIE 1931 → CIE 1960 UCS
优点： 改善CIE 1931色度图的不均匀性。 缺点： 未考虑明度坐标，使用上需单独 注明Y值，较不方便。
= 650nm, G = 530nm, B = 460nm
J. Guild (1931) : 7名观察者 (2° ) R=
630nm, G = 542nm, B = 460nm
缺点：有负值，不易理解
2.1 1931 CIE-XYZ System
1. 避免出现负值 => 虚拟三原色:红(X)，绿(Y)，蓝(Z) 使光谱轨迹内色度坐标都为正值。 2. 540nm～700nm为直线，新三角形XY边应与之 重合(使计算方便)；YZ边与503nm之点尽量靠 近(减少XYZ三角形面积)。 3. 规定XZ线为无亮度线，
2.1明度
明度（用于非发光体）或亮度（用于发光体）：表示色 彩的明暗程度-反射率，光源亮度
2.1色调
2.1饱和度
•彩度（饱和度）：色彩的纯洁程度 •单色光的饱和度最高（100%） •白光的饱和度最低（0%） •自左至右彩度依次降低 •彩度主要决定于物体反射光谱选择性
2.1NTSC RATIO
B
C
A+B=C，X+Y=B => A+(X+Y) = C
4. 颜色光组成的混合色，亮度为各颜色光亮度的总和: LA + LC = LB
2.1 1931 CIE-RGB System (≦ 4° 视场范围适用)
2°视场范围内,用选定的三原色匹配等 能光谱的各种颜色 W. D. Wright(1928) : 10名观察者(2° ) R
1 ( ) 和 2 ( ) 在可见光谱上至少有三处交叉
谢 谢！
(10° 视场下作色匹配实验)
边缘部分的色匹配函數是不同的
2.1 CIE 1960 UCS 均匀色度坐标
缘由: 在CIE 1931色度图上，当颜色的坐标位 置变化很小时，人眼会无法察觉其变化， 此为颜色的宽容量。 绿光波段较长
颜色宽容量大
人眼辨别度较不敏感
缺点: 在色度图的不同位置上，颜色的宽容量不 一样，故CIE 1931色度图并不是一个 理想的色度图，其色度空间在视觉上不均 匀，两色距离无法反映颜色真实差异。
4x 4X u 2 x 12 y 3 X 15Y 3Z 6y 6Y v 2 x 12 y 3 X 15Y 3Z
2.1CIE 1976 L*u*v* 均匀颜色空间
1. 加入完全反射漫射白色物体的亮 度因子(Yo =100 ) 2. 使用米制单位 3. ν′= 1. 5 ν
色度学
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林 凡 2015/05/05
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2.1色彩三要素
明度 (Brightness) : 人眼对物体的明亮感受。彩色光的亮度越高、 人眼感觉越明亮，亦即有较高的明亮度
色调 (Hue) : 彩色彼此互相区分的特性。
饱和度 (Saturation) : 彩色的纯洁性，可见光谱中的各种单色光是最 饱和的色彩，当光谱掺入白光成分越多就越不饱 和。
2.1对立学说
2.1Grassmann 颜色混合定律
1. 人的视觉只能分辨颜色的3种变化：明度+色调+饱和度
2. 在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续的变化，混合色
的外貌也会连续的变化：
补色律： A+A’ => White ~ Black 中间色律： A+C => B
A
3. 视觉上相同的颜色都是等效的: 代替律: A=B，C=D => A+ C = B+D
2.1 CIE 1964 补充色度学系统
Why CIE 1964 X10Y10Z10 System ? (≧ 4° 视场范围适用)
CIE 1964 X10Y10Z10 System
CIE 1931 XYZ 色度系统为2° 视场色彩匹 配 实验产生 视网膜的中央窝部分被称为黄斑色素的黄色 素覆盖，因此当大于4° 视场时中心部分
XYZ : 颜色样品三刺激值 u`,v` : 颜色样品色度坐标 X0Y0Z0 : 标准照明体经完全反射漫射体 反射到眼中的白物体色三刺激值(Y0=100)
色差:
ECIE L * u * v * L * u * v *
2 2

2

1
2
2.1 色温
色温线：按视觉恰可分辨的最小颜色差别，把黑体轨迹划分为许多视觉分 辨的单位，叫做mired，也可以写作μrd 。
CIE 1960 UCS (u,v) 均匀色度图 等相关色温线呈等距分布
CIE 1931 (x,y) 色度图 等相关色温线呈非等距分布
2.1CIE 标准色度学系统演化脉络
2.1同色异谱
2.1同色异谱
在特定的照明和观测条件下，两个物体所反射的辐通量光谱成分不同， 但是颜色却可以互相匹配，并且拥有相同的三个刺激值。