第六章 颜色的度量体系要点

从XYZ空间转换到RGB空间时使用下式：
R 2.364700 - 0.896580 - 0.468083 X G - 0.515150 1.426409 - 0.088746 Y B - 0.005203 - 0.014407 1.009200 Z
根据三基色原理，任意一种颜色可以用下式匹配：
C rR gG bB
式中的系数r,g,b分别为红、绿和蓝三基色的比例 系数，也就是三种单位基色光的光通量的倍数。
6.5 CIE颜色系统
光通量的倍数的大小决定颜色光的光通量，三者之 间的比例决定它的颜色。因为三基色的总光通量必 须与被表示的颜色相等，因此之和必等于1,即:
x + y + z = 1
6.5 CIE颜色系统
由于z可以从x + y + z = 1导出，因此通常不 考虑z，而用两个系数x和y表示颜色。 在CIE xyY系统中，根据颜色坐标(x,y)可确定，但 不能仅从x和y导出三种基色刺激值X,Y和Z ，还需要 使用携带亮度信息的Y，其值与XYZ中的Y刺激值一致， 因此，
6.2 颜色的度量体系
颜色的度量方法
6.3 Munsell颜色系统
Munsell颜色系统是精确指定颜色和显示各种颜 色之间关系的一种方法。每种颜色都有色调(hue)、 明度值(value)和色度(chroma)这三种属性。后来修改 后的Munsell颜色系统使用色调、饱和度和和明度表 示颜色的三种属性。
6.4 Ostwald颜色系统
Ostwald制使用垂直轴表示亮度，从黑色、灰色 到白色。 这 些 参 数 的 数 值 通 过 一 个 盘 色 度 计 (disc colorimeter)来产生，如图所示。Ostwald颜色空间 中的点用C(full color)， W(white)和B(black)来分别 表示全色、白色和黑色，表示 它们在一个圆上所占的百分比。 如45, 30, 25
6.1 描述颜色的几个术语
3.光亮度 光亮度是人的视觉系统对亮度(luminance)的感知 响应值，并用L*表示。
L* 116 3 Y / Yn 16
(Y / Yn ) 0.008856 (Y / Yn ) 0.008856
L* 903.3 3 Y / Yn
其中，Y是CIE XYZ系统中定义的亮度，Yn是参考 白色光的亮度。 光亮度用作颜色空间的一个维，而明度 (brightness)则仅限用于发光体,该术语用来描述反 射表面或者透射表面。
(Chroma)被分成15等级。
Munsell制中的颜色用三个符号表 示，写成HVC(Hue，Value，Chroma)。 如5R 4/14。
6.4 Ostwald颜色系统
Ostwald 制是根据对颜色起决定作用的波长、纯度和 亮度来映射色调、饱和度和明度的值。 Ostwald 假设 色调有 8 种主色调组成，分别是黄色 (yellow) ，橙色 (orange)，红色(red)，紫色 (purple)，蓝色(blue)，青 绿色(turquoise)，海绿色 (seagreen)和叶绿色 (leafgreen)，每一种再细分 成3种，共24种，安排在如图 所示的色圆上。
x 1 x y X Y ,Y Y , Z Y y y
6.5 CIE颜色系统
2. CIE 1931色度图
(1)xyY色度图 CIE xyY色度图是从XYZ直接导 出的一个颜色空间，它使用亮 度Y参数和颜色坐标x,y来刻画 颜色。xyY中的Y值与XYZ中的 Y刺激值一致，表示颜色的亮 度或者光亮度，颜色坐标x,y用 来在二维图上指定颜色，这种 色度图叫做CIE 1931色度图。
6.2 颜色的度量体系
颜色度量体系(color system)，也叫做颜色制或 者叫做颜色体制或颜色系统 ， 实际上就是人们组 织和表示颜色的方法。 目前，组织和表示颜色的方法主要有两种： ①颜色模型(color model)：是用简单方法描述所有 颜色的一套规则和定义。如RGB, HSB, CMY, CIE XYZ, CIELAB，CMYK和颜色的光谱描述方法等。 ②编目系统(cataloging system)。给每一种颜色分 配一个唯一的名称或者一个号码。如Munsell颜色系 统，Pantone颜色系统等。
相同的色调和饱和度 明度最小
6.1 描述颜色的几个术语
2.亮度 由于明度很难度量，因此国际照明委员会定义 了一个比较容易度量的物理量，称为亮度 (luminance)。 亮度是用反映视觉特性的光谱敏感函数加权之 后得到的辐射功率(radiant power)。 亮度的值是可度量的，它用单位面积上反射或 者发射的光的强度表示。 明度和亮度的关系不是线性关系。
6.5 CIE颜色系统
如同RGB模型，在XYZ中任何一种颜色都可用三种基 色单位表示，其配色方程就变成：
C XX YY ZZ
X , Y 和 Z 为三个基色单位；X,Y和Z 式中，C 表示颜色， 均为正的基色系数；合成的颜色光的色度由, X, Y 和Z的比值确定。当X=Y=Z时，合成白光 E ，总的辐 射能量＝X+Y+Z。
第六章 颜色的度量体系
6.1 描述颜色的几个术语 6.2 颜色的度量体系 6.3 Munsell颜色系统
6.4 Ostwald颜色系统
6.5 CIE颜色系统
6.1 描述颜色的几个术语
一、什么是颜色 人的视觉系统感知到的颜色由光波的频 率决定。眼睛感知到的颜色和波长之间的对 应关系如下图所示。纯颜色通常使用光的波 长来定义，用波长定义的颜色叫做光谱色 (spectral colors)。
6.1 描述颜色的几个术语
五、颜色空间
颜色空间是表示颜色的一种数学方法，人们用 它来指定和产生颜色，使颜色形象化。对于人来说， 可以通过色调、饱和度和明度来定义颜色；对于显 示设备来说，人们使用红、绿和蓝磷光体的发光量 来描述颜色；对于打印或者印刷设备来说，人们使 用青色、品红色、黄色和黑色的反射和吸收来产生 指定的颜色。
6.3 Munsell颜色系统
在Munsell颜色系统中色调被分成红(R)、黄(Y)、绿 (G)、蓝(B)、紫(P)，这五种色叫做主色调 (principal hues)，在主色调之间插入红－黄、黄 －绿、绿－蓝、蓝－紫，紫－红5种色调。度量颜色 明暗的明度值(value)从白到黑被分成11个等级，度 量颜色的饱和度或者叫纯度的色度Hale Waihona Puke Baidu
6.5 CIE颜色系统
6.5 CIE颜色系统
所有的坐标轴都不在这个实心锥体内。 相应于没有光照的黑色位于坐标的原点。 曲线的边界代表纯光谱色的三基色刺激值，这个 边界叫做光谱轨迹(spectral locus)。 光谱轨迹上的波长是单一的，因此其数值表示可 能达到的最大饱和度。 所有的可见光都在锥体上。
6.5 CIE颜色系统
(2)色度图上看色调 利用CIE xyY色度图可直观地表示出彩色的色调和饱 和度。
6.5 CIE颜色系统
(3) 色度图上看色域 在色度图中，闭合曲 线所包围的区域叫做 色域(gamut)。色域应 该是指由三维的颜色 空间所包围的一个区 域，但在CIE 1931色度 图上用两维空间表示。 大致可分成23个区域。
6.1 描述颜色的几个术语
6.1 描述颜色的几个术语
而国际照明委员会(CIE) 则使用用颜色的三个 特性来区分颜色。这些特性是色调，饱和度和明度， 它们是颜色所固有的并且是截然不同的特性。
6.1 描述颜色的几个术语
二、色调
色调(hue)又称为色相，指颜色的外观，用于区 别颜色的名称或颜色的种类。色调取决于可见光谱 中的光波的频率，它是最容易把颜色区分开的一种 属性。 色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫等术 语来刻画。 用于描述感知色调的一个术语是色彩(colorfulness)。
6.1 描述颜色的几个术语
色调-饱和度-明度 颜色空间
6.1 描述颜色的几个术语
颜色空间有设备相关和设备无关之分。 设备相关的颜色空间是指颜色空间指定生成的 颜色与生成颜色的设备有关。如RGB颜色空间。
设备无关的颜色空间是指颜色空间指定生成的 颜色与生成颜色的设备无关，例如CIE L*a*b*颜色空 间。
6.1 描述颜色的几个术语
色调有一个自然次序：红、橙、黄、绿、青、 蓝、靛、紫(red，orange, yellow，green，cyan， blue，indigo，violet，ROYGBIV)。在这个次序中， 当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之 间连续变化的色调。色调在颜色圆上用圆周表示， 圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的 色调不同。
w
6.5 CIE颜色系统
三、CIE 1931 xyY
1.从XYZ到xyY CIE XYZ的三基色刺激值X，Y和Z对定义颜色很 有用，其缺点是使用比较复杂，而且不直观。因此， 又定义了一个叫做CIE xyY的颜色空间。 对于一种给定的颜色，如果增加它的明度，每 一种基色的光通量也要按比例增加，这样才能匹配 这种颜色。
6.5 CIE颜色系统
3. 彩色电视的色度范围 彩色显像管利用混色法重现颜色。它用红、绿、 蓝三种荧光粉所发出的非谱色光作为显像三基色光， 目前的技术还不能直接采用CIE规定的标准光谱三基 色：700 nm(R)、546.1 nm(G)和435.8 nm(B)。采用不 同彩色电视制式的国家，所选用的显像三基色荧光 粉、标准白光以及它们在色度图上的坐标并不相同。
r g b 1
6.5 CIE颜色系统
二、CIE 1931 XYZ
使用红、绿和蓝三基色系统匹配某些可见光谱 颜色时，需要使用基色的负值，而且使用也不方便。 而CIE XYZ系统采用想象的X，Y和Z三种基色， 它们与可见颜色不相应。CIE选择的X，Y和Z基色具 有如下性质： 所有的X，Y和Z值都是正的，匹配光谱颜色时不需 要一种负值的基色。 用Y值表示人眼对亮度(luminance)的响应。 如同RGB模型，X，Y和Z是相加基色。因此，每一 种颜色都可以表示成X，Y和Z的混合。
6.5 CIE颜色系统
由于色度值仅与波长(色调)和纯度有关，而与总的 辐射能量无关，因此在计算颜色的色度时，把X,Y和 Z值相对于总的辐射能量＝ X+Y+Z 进行规格化
X x X Y Z
Y y X Y Z
z Z X Y Z
x,y,z 称为三基色相对系数，于是配色方程可规格
化为 :
6.5 CIE颜色系统
一、CIE 1931 RGB
红、绿和蓝单光谱 基色匹配所有可见 颜色 红、绿和蓝三种单色 光的波长分别定义为 700 nm(R)、546.1 nm(G)和435.8 nm(B)
6.5 CIE颜色系统
标准白光Ew可以用每个基色单位为1的物理三基色 配出：
CEw 1 R 1 G 1 B
饱和度最小
饱和度最大
6.1 描述颜色的几个术语
四、亮度
1.明度(brightness) 明度是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知 属性。有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率。 明度常用垂直轴表示 , 明度的一个极端是黑色 ( 没有 光 ) ，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色。
明度最大
6.1 描述颜色的几个术语
三、饱和度
饱和度(saturation)是相对于明度的一个区域的色 彩，是指颜色的纯洁性，它可用来区别颜色明暗的 程度。当一种颜色渗入其他光成分愈多时，就说颜 色愈不饱和。完全饱和的颜色是指没有渗入白光所 呈现的颜。饱和度在颜色圆上用半径表示，如图所 示。沿径向方向上的不同颜色具有相同的色调和明 度，但它们的饱和度不同 。
6.5 CIE颜色系统
6.5 CIE颜色系统
从RGB空间转换到XYZ空间时使用下式：
X 0.489989 0.310008 0.20 R Y 0.176962 0.812400 0.01 G Z 0.000000 0.010000 0.99 B