色度原理

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3. RGB 色彩体系 (1/2)
在RGB单色中的色彩表示
下面的理论首先用于对定量颜色的表达的定义. 所有的颜色都可以从这三种独立的颜色来生成. 三种视觉细胞的反应决定了颜色. 三种视觉细胞分别对RGB三色做出反应,并且大脑同时带来所有的信息. 例如：单的的黄和单色的红和绿混合就像人的眼睛看出来的一样. 研究进一步表明RGB单色光可以合成波长在380nm到780nm的单色光
绿
: 546.1nm 单色光
蓝
: 435.8nm 单色光
0.2
通过合成以上的三种光,能表示所有的在380nm 到 三色光谱值
780nm可见光.
0.1
例如,600nm的单色光是与当红=0.3,绿=0.05和蓝=0.0
所合成的光具有相同的颜色.
0
右边的函数关系被称为RGB彩色适配函数，这个曲线
r (λ)
合并在3维空间中表示为统一色彩空间. CIE在1964年发布了CIE1964 U*V*W*色彩空间. 然而，他们发现这里面的一些问题,所以在1976年再次发布了2个色彩空间。 1)CIE1976 L*u*v* 色彩空间。 2)CIE1976 L*a*b* 色彩空间。
CIE L*u*v* 统一色彩空间
域的本身. 这些个椭圆放置在人眼不能够辨别的区域中，他们被
称为MacAdam椭圆.
理想中的是每一个椭圆是一个个有相同大小的园。 即使亮度变为双倍，人眼还是不能感受到双倍地光亮. 在从暗处有一线光和从明处有二光线给与不同感觉. 人眼感觉到了光. 但不能认为在近处的XYZ空间的色彩就是相似的,在
远处的色彩就是非常的不同.
据说恒星有和黑体相似的特性.所以可以说蓝星和比红星有更 高的温度.
星 心大星 太阳 角宿星
颜色 红色 黄色 蓝色
表面温度 3500K 6000K 17500K
闪电 自然光 普通的日光灯
例如日光灯和卤素灯等的光源颜色都能够用色温来表示. 然而,日光灯的色温5000K与实际颜色没有关系. 这是因为日光灯不是一个黑体. 在一定范围内黑体的颜色可能有小 小的不同,它被称为‘相对色温’.
树干: 非彩色的颜色 (白 <->黑) 枝杈的方向: 色调 (各种颜色) 枝杈的位置: 亮度(亮度) 枝杈的长度: 浓度(明亮)
值 5P
5B
第2章:色度学基础
5Y 5R
色彩浓度 5G 色调
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2. 感官色度 (3/4)
蒙赛尔色彩体系2
第2章:色度学基础
蒙赛尔在色相环上设置了5种颜色: R(红),Y(黄),G(绿),B(蓝）和P(紫). 另外,他添加YR(橙),YR(微黄色绿）,BG(蓝-绿),PB（篮紫)和PB(紫红色）分别作为各自颜色. 他把这十种颜色每种分成10种层次,所以总共定义了100个色调. 他定义了每种色调的的第五种颜色作为标种色调. 例如, R (红) 从1R到10R共 10 层次.中间的5R是标准红色.
4. XYZ 色彩体系 (4/4)
xy 色度图-2
第2章:色度学基础
马蹄形弯曲部分包括轮廓那部分是光谱中最亮的颜色. 底部的直线区域是光谱中不存在的颜色称之为紫色分界线. 当然,通过测量物体的颜色,这个物体在某一温度(热辐射/黑体辐射)照耀下,你能够在色度图表上绘出温
度和颜色. 这条曲线被称为黑体辐射彩色线.
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CIE L*a*b*
: 几乎完成了统一的色凋线和统一浓度线，能够在2个色彩中间
以
(ΔE)计算距离.
已经作用于当前的色彩管理。
理想的 MacAdam’s椭圆
CIE L*u*v* 统一色彩空间
理想的统一色凋和浓度线
CIE L*a*b* 统一色菜空间
平均日照
日光灯管
第2章:色度学基础
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1. 色温 (2/3)
色温（相对色温）
‘色温’是用于表示光源类型的一种专业术语. 色温的基础是一种理想的物体温度,这个物体被称为黑体,它能完全吸收各种波长的光. 单位是K (开氏温标: 0 K= -273.15 摄氏度). 如果黑体被加热颜色将变为红=>橙=>黄=>白=>蓝白
第2章:色度学基础
亮度 黑色 白色
颜色
饱和度 明亮 暗淡
色调 绿 蓝
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2. 感官色度 (2/4)
蒙赛尔色彩系统-1
蒙赛尔色彩系统是表达色彩3种属性色调,饱和度和亮度的典型实例. 这是美国艺术家蒙赛尔于1905年发明.
蒙赛尔第一次把颜色比喻成如下的一棵树. 因此,蒙赛尔色彩体系也被称为‘蒙赛尔树’.
CIE L*a*b* 统一色彩空间
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5. CIE L*u*v* 和 CIE L*a*b* (3/4)
统一色彩空间：在 Luv 和 Lab之间的区别.
第2章:色度学基础
CIE L*u*v*
: MacAdam椭圆了所有的圈成一样的大小. 已经有直接色彩混合添加并出现于如电视业这样的光处理业.
第2章:色度学基础
1. 色温 2. 感官色度 3. RGB 色彩体系 4. XYZ 色彩体系 5. CIE L*u*v* 和 CIE L*a*b* 6. 补充
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1. 色温 (1/3)
照明效果
照明和色彩密切相关. 除了光源的色彩以外若没有照明的话色彩是看不见的。 色彩是如何改变取决于光源的改变. 例如,物体的色彩在太阳光下和在日光灯下反映的颜色是不同的. 这是因为光谱的分布(每种单色数量)在这些光源中是不同的. 这下面的图片用于平常日照和日光灯管的比较. 你可以看到,日光灯有较多的蓝色成分和少量的红色成分. 在这种情况下, 在日光灯下看到的物体比阳光下看到的更显得白.
单色光
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4. XYZ 色彩系统 (2/4)
XYZ 色彩系统
然后,CIE重新制定了三原色：X Y Z.
X = 2.7690R + 1.7517G + 1.1301B Y = 1.0000R + 4.5907G + 0.0601B Z = 0.0000R + 0.0565G + 5.5928B
当颜色定位于像这样的一对一,一个不规则的形状产
生了 :
- 在亮度较高的水平下黄色会有较高的浓度.
5Y
- 在亮度较低的水平下蓝色会有较高的浓度.
蒙赛尔色彩系统仅给每个颜色分配一个号码,但表达
一定量的色彩时并不合适.
(当比较时,蒙赛尔色彩体系是一个与A4和Letter纸一
5PB
样的标准而已.
(但是颜色能够用mm,cm等来表示么？)
5R
5RP
5YR
5P
5Y
5PB
5GY
5B
5G
5BG
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2. 感官色度 (4/4)
蒙赛尔彩色体系-3
蒙赛尔做了混合颜色的实验. 在颜色混合时,他在蒙赛尔罗盘上进行颜色混合的旋转.
第2章:色度学基础
1. 磁盘上涂有2种颜色(各一半) 2. 旋转盘片. 3. 如果是处在色相环位置上相对的2种颜色并且有相同的浓度水平,那么将会合成非彩 色的颜色.
普通的灯泡
第2章:色度学基础
晴天 多云的天 正午的阳光 太阳升起后2个小 时 太阳升起一小时后
蜡烛光
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色温 (3/3)
标准光源
标准光源是由CIE所定义 (国际照明委员会).
标准光源 A D65
色温 2856K 6504K
电灯泡 (钨丝充气灯l) 合成日光 (含有紫外线的日光)
第2章:色度学基础
每一种RGB单色再生合成目标 色
曝光一个380到780nm的对象.
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3. RGB 色彩体系(2/2)
RGB 色彩体系
RGB色彩体系用这种方法已经日臻完善.
0.4
第2章:色度学基础
红
: 700.0nm 单色光
0.3
第2章:色度学基础
0.4 r (λ)
0.3
g (λ)
b (λ) 0.2
0.1
0
-0.1
-0.2 300 400 500 600 700 800 波长 (nm)
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4. XYZ 色彩系统 (3/4)
xy 色度图-1
如果把XYZ放入图表,XYZ的三种参数成为一个3维的空间. 因为一个三维的空间在图表中的表达是不方便的.CIE决定减少参数的数量. 接着，CIE建立了新的参数x,y和z. x = X / (X+Y+Z), y = Y / (X+Y+Z), z = Z / (X+Y+Z) x,y,z与每一个XYZ三色值保持一定的比例关系.
绿 黄 橙
蓝白
红
青紫
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5. CIE L*u*v* 和 CIE L*a*b* (1/4)
XYZ 色彩系统的问题
这个XYZ色彩系统，在这种方法下建立依然有一些问 题.
-色差 -色彩度 有一些特征在色度图上正好是相似的，人眼在绿色区
域感觉更多地不同，超过了绿色区
这些公式能够建立xy的2维空间. 然而,这个图表与下面的表示相同. 1) X, Y, Z = (1, 2, 3) 2) X, Y, Z = (10, 20, 30) 相同比例的颜色是一样的. 这幅图仅表示了色彩的色凋和浓度,除了亮度.这被称为xy 色度图.
第2章:色度学基础
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亮度的计算是困难的因为：
亮度的公式是=R+4.5907G+0.0601B(R/G/B:三色值)
很难通过RGB的值来直观的判断颜色相似与不同.
第2章:色度学基础
0.4
0.3 0.2
0.1
0
-0.1
-0.2 300
这里
r (λ) g (λ) b (λ)
400 500 600 700 800 波长 (nm)
RGB 色彩系统的问题
RGB色彩系统最终已经完善，但是仍然存在一些问题
-有一些负光谱三色值.
-亮度的计算并不简单. 非常明亮青色和绿色处在负三色光谱值区域。
色度值
红色的数值被降低亮度达不到。
然后,红色被加到目标光线用于降低亮度,便于匹配.
红色加到目标中属于RGB系统中负的区域.
实际上含有负值的是不能够被合成的。
色度值
右边的图是画在横轴的上方的色彩匹配函数曲线. 所有的负值都被去掉.仅仅保留正向的部分. 这个函数曲线反映像眼中看出来的一定波长的单色光的虚 拟光XYZ的合成. 被称为’XYZ’色彩匹配函数曲线.
Y的成分通过RGB色彩系统的亮度相同的公式来计算.所以 从Y的组成你能知道当前的亮度.
在相同的能量的环境中,对人来说最亮的颜色是550nm. .
含义
第2章:色度学基础
相对能量 300 250 200 150 100 50
0
300 nm
A D 65 C
400 nm 500 nm 波长
600 nm 700 nm
辅助标准光源
光源 D50 D55 D75 C
色温 5003K 5503K 7504K 6774K
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2. 感官色度 (1/4)
颜色的三种属性
除了白色黑色和灰色，所有的颜色都有下面三种属性.
- 色调 - 饱和度或色彩浓度 - 亮度值
这些颜色有三种属性.
色调: 区分颜色的基础之一.像红色和蓝色.
饱和度 (色彩浓度): 颜色的明亮度. 高饱和度的红显得很红而低饱和度的红则显得发灰.
亮度值 (亮度): 亮度. 高亮度的色彩是发白的低亮度的色彩则比较暗.
反映了RGB的单色光的合成,和眼睛里一定波长
-0.1
的单色光看起来一样.当然,RGB指数在那个时候
g (λ)
的值称为三色光谱值.
b (λ) -0.2
300 400 500 600 700 800
波长 (nm)
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4. XYZ色彩体系(1/4)
第2章:色度学基础
色彩度感觉 亮度
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5. CIE L*u*v* 和 CIE L*a*b* (2/4)
统一的色彩空间
第2章:色度学基础
匹配人类颜色敏感度色品图被称为统一色度图.而相应的函数曲线也反映了亮度的敏感度被称为亮 度函数曲线。