色度学PPT文档.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,色度学,1,第一节 颜色视觉基础,2,第一节 颜色视觉基础,颜色的定义,颜色是除了空间的和时间的不均匀性以外的光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象。,美国光学学会（Optical Society of America）色度学委员会,颜色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。,在我国国家标准GB5698-85中,3,色彩感觉的形成过程,第一节 颜色视觉基础,光,彩色的物体,人眼,大脑识别，产生色感觉,4,光与色的关系,光的色散,单色光：,复色光：,第一节 颜色视觉基础,5,可见光,能够在人的视觉系统上引起明亮的颜色感觉的电磁辐射。,光谱色：组成光谱的各种颜色。,第一节 颜色视觉基础,X射线,紫外线,红外线,电磁波,射线,400nm 500nm 600nm 700nm,380,780,400,490,570,700,6,相对光谱能量分布,第一节 颜色视觉基础,分光辐射度计原理图,常见光源相对光谱能量分布曲线,7,第一节 颜色视觉基础,光源色温,色温定义：某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。,色表,相关色温,暖,中间,冷,5300K,8,常见光源色温,光源,色温（,K,）,晴天室外光,13000,全阴天室外光,6500,白天直射日光,5550,45,斜射日光,4800,昼光色、荧光灯,6500,氙灯,5600,炭精灯,5500,6500,9,光源显色性,光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。,第一节 颜色视觉基础,10,11,光源三刺激值,在定量研究中我们发现，某种光源所发出的光，可以通过红、绿、蓝三种单色光按不同比例混合匹配产生。这种用来匹配某一特定光源所需要的红、绿、蓝三原色的量叫做该光源三刺激值。光源的红、绿、蓝三刺激值分别用,X,0,、,Y,0,、,Z,0,来表示。,12,标准光源,标准光源,A,：,色温为,2856K,的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。,（,X0=109.87,，,Y0=100.00,，,Z0=35.59,）,标准光源,B,：,色温为,4874K,，由,A,光源加罩,B,型,D-G,液体滤光器组成。光色相当于中午日光（,X0=99.09,，,Y0=100.00,，,Z0=85.32,）。,标准光源,C,：,色温为,6774K,，由,A,光源加罩,C,型,D-G,液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光（,X0=98.07,，,Y0=100.00,，,Z0=118.18,）。,模拟,D65,人造光源,分别为：带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯,（,X0=95.05,，,Y0=100.00,，,Z0=108.91,）。,第一节 颜色视觉基础,13,色彩的物理理论,色光加色法,色光原色：红、绿、蓝色光波长分别为,700.2nm,546.1nm,435.8nm,。,色光加色：,红（,R,）,绿（,G,）,黄（,Y,）,红（,R,）,蓝（,B,）,品红（,M,）,蓝（,B,）,绿（,G,）,青（,C,）,红（,R,）,绿（,G,）,蓝（,B,）,白（,W,）,色光的相加（混合）所获得的新色光其亮度等于相加色光的亮度之和。,第一节 颜色视觉基础,14,网点并列,15,色料减色法,色料三原色：黄色（减蓝色）、品红色（减绿色）、青色（减红色）,Y,M,W,B,G,R,Y,C,W,B,R,G,C,M,W,R,G,B,Y,M,C,W,B,G,R,O,（,黑）,色料的相加（混合）所获得的颜色其明度降低，故称色料的混合为减色法,16,17,在CorelDRAW 9.0（或Photoshop）中，可以看出色彩的明度顺序是：白、黄、青、绿、品红、红、蓝、黑。,RGB模式为加色法模式，色光混合亮度增加，RGB的值相加数值越大色彩越明亮。,CMY模式为减色法模式，色料混合光能量减小，CMY的值相加数值越大色彩越深暗。,18,彩色物体,彩色物体选择吸收,(,或透过,),部分波长的色光，反射,(,透射,),其余波长的色光而呈现了颜色。,物体色,：,该物体本身不发光，而是从被照射的光里选择性吸收了一部分光谱波长的色光，而反射（或透过）剩余的色光，我们所看到的色彩是剩余的色光，这就是物体的颜色，简称物体色。,固有色,：,物体在标准日光下的颜色,。,影响物体颜色的因素,：,光源（光谱、亮度、距离）、传播介质、环境色等,19,环境色对物体颜色的影响,20,为何感觉不真实？,21,22,23,参考：,人眼的视觉特性,五、人眼,24,视网膜内的光感受器,视杆细胞,（rods）负责低分辨率的、单色的、夜间的视觉。【暗视觉】,视锥细胞,（cones）负责高分辨率的、彩色的、白天的视觉。【明视觉】,25,六、大脑,颜色视觉理论,颜色视觉理论共有三类：,杨赫姆霍尔兹的三色学说，,赫林的对立颜色学说，,阶段学说。,R,G,B,Y-B,L,R-G,颜色视觉机制示意图,26,杨一赫姆霍尔兹学说,假设在视网膜上有,三种视神经纤维,（感红纤维、感绿纤维和感蓝纤维），除了有各自的主感色光外，也能对其它不同波长的色光有一定的感受兴奋水平。,27,每种神经纤维的兴奋都引起一种原色的感觉,。光作用于视网膜上虽然能同时引起三种纤维的兴奋，但是，由于光的波长特征，其中一种纤维的兴奋特别强烈，产生一种颜色感觉。,在产生某一种颜色感觉时，虽然是一种纤维兴奋最强烈,但是，另外两种纤雏也兴奋很弱即同时有三种纤维活动所以每种颜色都有白光成分；即有亮度感觉。,在颜色混合中，混合色是三种纤维按特定比例同时兴奋的结果。,28,赫林的对立颜色学说,假定视网膜中有,三对视素：黑一白视素，红,绿视素，黄一蓝视素,。,29,这三对视素的代谢作用包括建设（同化）和破坏（异化）两种对立的过程,。白光刺激破坏黑一白视素，引起神经冲动产生白色感觉，无光刺激时，黑一白视素便重新“建设”起来，所引起的神经冲动产生黑色感觉；对红绿视素，红光起破坏作用，绿光起建设作用；对黄一蓝视素，黄光起破坏作用，蓝光起建设作用。,各种颜色都有一定的亮度，即含有白色成分，所以每一种颜色不仅影响其本身视素的活动，而且也影响黑一白视素的活动。三对视素的对立过程的组合，产生各种颜色感觉和颜色混合现象。,30,3、阶段学说,第一阶段：视网膜上三种锥体细胞感受光的刺激产生兴奋。,第二阶段：经过编码的视觉信息向大脑皮层传导时，变成了四色机制。第一种颜色编码信号是红-绿信号，,它接受来自红、绿两种锥体的输入，然后依据它们相对的强弱发生信号。,第二种颜色信号是黄-蓝信号，,在这里黄色信息是由来自红和绿两种锥体的输入加以混合而得到的。,第三种颜色编号信号是光的亮度（白-黑）信号。,第三阶段：大脑皮层的视觉中枢接受这些输送来的信息，通过整理加工，产生各种色彩感觉。,R,G,B,Y-B,L,R-G,颜色视觉机制示意图,31,第二节 颜色表示方法,32,第二节 颜色的分类和特性,颜色的分类,颜色分为非彩色和彩色两大类。,非彩色就是黑、白以及从黑暗到最亮的各种灰色。白色、黑色和灰色物体对光谱各波长的反射没有选择性，称为中性色.,当物体表面对可见光谱所有波长的辐射的反射率都在8090以上时，视觉上的感觉便是白色。若反射率均在4以下则是黑色。白色、黑色和灰色物体对光谱各波长的反射没有选择性，称它们为中性特色,。,33,彩色,：黑白系列以外的各种颜色称为彩色。任何一种彩色均由三个量表示：色相、亮度和饱和度。,色相,：,R Y G C B M,34,0 +100,亮度：,在光度学上把颜色的亮度描述成光的数值（即光的能量）。可以用光度计测量。一般认为，彩色物体表面的反射率高，它们亮度就大。,35,饱和度,(Saturation),100,0,饱和度,36,颜色立体,:,用三维空间的立体表示色相、亮度和饱和度。,色相,明度,饱和度,37,孟塞尔颜色系统表示法,孟塞尔所创建的颜色系统是用颜色立体模型表示颜色的方法。,它是一个三维类似球体的空间模型，把物体各种表面色的三种基本属性色相、明度、饱和度全部表示出来,。以颜色的视觉特性来制定颜色分类和标定系统，,以按目视色彩感觉等间隔的方式,，把各种表面色的特征表示出来。目前国际上已广泛采用孟塞尔颜色系统作为分类和标定表面色的方法。,38,中央轴代表无彩色黑白系列中性色的明度等级，黑色在底部，白色在顶部，称为孟塞尔明度值。它将理想白色定为10，将理想黑色定为0。孟塞尔明度值由0-10，共分为11个在视觉上等距离的等级。,孟塞尔颜色立体:,39,孟塞尔颜色立体,水平剖面上表示10种基本色：,5种原色：,红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）,5种间色：,黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。,在上述10种主要色的基础上再,细分为40种颜色,，全图册包括40种色相样品。,孟塞尔颜色立体水平剖面,40,孟塞尔颜色标定方法,任何颜色都可以用颜色立体上的色相、明度值和彩度这三项坐标来标定，并给一标号：,HV/C=色相/明度值/彩度,例如标号为10Y8/12的颜色：它的色相是黄（Y）与绿黄（GY）的中间色，明度值是8，彩度是12。这个标号还说明，该颜色比较明亮，具有较高的彩度。3YR6/5标号表示：色相在红（R）与黄红（YR）之间，偏黄红，明度是6，彩度是5。,对于,非彩色的黑白系列,（中性色）用,N,表示，在,N,后标明度值,V,，斜线后面不写彩度。,NV/=,中性色明度值,/,例如标号,N5/,的意义：明度值是,5,的灰色。,另外,对于彩度低于,0.3,的中性色,，如果需要做精确标定时，可采用下式：,NV/(H,，,C)=,中性色明度值,/(,色相，彩度,),例如标号为,N8/,（,Y,，,0.2,）的颜色，该色是略带黄色明度为,8,的浅灰色。,41,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,5Y9/14,5PB3/12,孟塞尔颜色立体的Y-PB垂直剖面,42,孟塞尔颜色图册是以颜色立体的垂直剖面为一页依次列入。整个立体划分成40个垂直剖面，图册共40页，在一页里面包括同一色相的不同明度值、不同彩度的样品。,43,CIE,标准色度学系统,CIE1931RGB,真实三原色表色系统,颜色匹配实验,C=R,（,R,）,+G,（,G,）,+B,（,B,）,图5-24 颜色匹配实验,44,三原色的单位量,国际照明委员会（,CIE,）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为,700nm,、,546.1nm,、,435.8nm,，在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为,1.0000,：,4.5907,：,0.0601,时就能匹配出等能白光，所以,CIE,选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（,R,）：（,G,）：（,B,）,=1,：,1,：,1,。尽管这时三原色的亮度值并不等，但,CIE,却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光，即（,R,）,+,（,G,）,+,（,B,）,=,（,W,）。,45,CIE-RGB,光谱三刺激值,CIE-RGB,光谱三刺激值是,317,位正常视觉者，用,CIE,规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从,380nm,到,780nm,所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。,46,实验时，匹配光谱每一波长为入的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值，记为：,它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为l的等能光谱色C（入）的颜色方程为：,式中（R）、（G）、（B）为三原色的单位量，分别为1.0000、4.5907、0.0601；C（入）在数值上表示等能光谱色的相对亮度，其中最大值为C（555）。,且有 C（555）=1，即,47,CIE-RGB光谱三刺激值,48,49,50,1931CIE-XYZ,标准色度系统,CIE-RGB,系统与,CIE-XYZ,系统的转换,选择三个理想的原色（三刺激值）,X,、,Y,、,Z,，,X,代表红原色,Y,代表绿原色,Z,代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。,r,g,b,X,1.275,-0.278,0.003,Y,-1.739,2.767,-0.028,Z,-0.743,0.141,1.602,51,经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：,X,=0.490R+0.310G+0.200B,Y,=0.177R+0.812G+0.011B,Z,=0.010G+0.990B,两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：,x,=,（,0.490r+0.310g+0.200b,）,/,（,0.667r+1.132g+1.200b,）,y,=,（,0.117r+0.812g+0.010b,）,/,（,0.667r+1.132g+1.200b,）,z,=,（,0.000r+0.010g+0.990b,）,/,（,0.667r+1.132g+1.200b,）,52,CIE-XYZ光谱三刺激值,53,54,55,三刺激值计算的公式为：,颜色标示为：,Y=Yx=X/（X+Y+Z）y=Y/（X+Y+Z）,亮度因数 Y=100,=物体表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0,56,等能光谱色的相对亮度线,57,58,物体色三刺激值,匹配物体反射色光所需要红、绿、蓝三原色的数量为物体色三刺激值，即,X,、,Y,、,Z,，也是物体色的色度值。物体色彩感觉形成了四大要素是光源、颜色物体、眼睛和大脑，,物体色三刺激值的计算涉及到光源能量分布、物体表面反射性能 和人眼的颜色视觉三方面的特征参数,，即,式中K为调整因数，Y刺激值既表示绿原色的相对数量，又代表物体色的亮度因数。上式表明当光源,或者物体,发生变化时，物体的颜色X、Y、Z随即也发生变化，因此上式是一种最基本、最精确的颜色测量及描述方法，是现代设计软件进行色彩描述的基础。,59,对于照明光源而言，光源三刺激值（X0、Y0、Z0）的计算仅涉及到光源的相对光谱能量分布和人眼的颜色视觉特征参数，因此光源的三刺激值可以表示为：,式中Y,0,表示光源的绿原色对人眼的刺激值量，同时又表示光源的亮度，为了便于比较不同光源的色度，将Y,0,调整到100，即Y,0,=100。从而调整因数：将上式代入（5-12）即可得到物体色的色度值。所以知道了照射光源（通常使用标准光源）的相对光谱能量分布,及物体的光谱反射率,，物体的颜色就可以用色度值X、Y、Z来精确地定量描述了。,60,3.HIS颜色模型,现在使用的彩色模型有多种，这主要是由于彩色科学是个包括许多应用场合的很宽的领域。,面向硬件的模型RGB,(红、绿、蓝)模型。该模型用于彩色监视器、数码相机和一大类彩色视频摄像机。,针对色料呈色的模型CMY,(青、深红、黄)、CMYK(青、深红、黄、黑)模型是针对彩色打印机、印刷。,HSI(色调、饱和度、亮度),模型符合人描述和解释颜色的方式，更符合视觉习惯。HSI模型还有一个优点，就是把图像分成彩色和灰度信息，使其更适合科学研究中的许多灰度处理技术。,61,RGB彩色模型,在RGB模型中，每种颜色出现在红、绿、蓝的原色光谱分量中，这个模型基于笛卡儿坐标系统，所考虑的彩色子空间是如图所示的立方体。,24比特彩色立方体,62,CMY,和,CMYK,模型青、深红和黄色是光的二次色，是颜料的原色。大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机和复印机，要求输入,CMY,数据或在内部做,RGB,到,CMY,的转换。,63,HSI模型,当人观察一个彩色物体时，习惯用色调、色饱和度和亮度进行描述。对于开发基于彩色描述的图像处理方法是一个理想的工具，这种彩色描述对人来说是自然的、直观的。,以色調（,hue），,飽和度（,saturation）,和亮度（,intensity）,來創造各種顏色。,色調,：指物體傳導或反射的波長。更常見的是以顏色如紅色，橘色或綠色來辨識。,飽和度,：又稱色度，是指顏色的強度或純度。飽和度代表灰色與色調的比例，並以0%（灰色）到100%（完全飽和）來衡量。,亮度,：是指顏色的相對明暗度，通常以0%（黑色）到100%（白色）的百分比來衡量。,64,65,66,RGB与HIS模型之间的转换,RGB 颜色模型的颜色值,要将其转换为基于H IS 的颜色值。对任何3 个在 0,1 范围内的,R,、,G,、,B,三基色,其对应的H IS 模型中的,H,、,S,、,I,分量可由以下公式计算获得,67,CIE1976 L*a*b*,色度空间,CIE1976L*a*b*,系统，现在已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。它适用于一切光源色或物体色的表示与计算。,68,转换方法,其中X、Y、Z是物体的三刺激值；X,0,、Y,0,、Z,0,为CIE标准照明体的三刺激值；L*表示心理明度；a*、b*为心理色度。,69,由X、Y、Z变换为*、a*、b*时包含有立方根的函数变换，经过这种非线形变换后，原来的马蹄形光谱轨迹不复保持。转换后的空间用笛卡儿直角坐标体系来表示，形成了对立色坐标表述的心理颜色空间。在这一坐标系统中，+a*表示红色，-a*表示绿色，+b*表示黄色，-b*表示蓝色，颜色的明度由L*的百分数来表示。,70,色差,色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。若两个色样样品都按L*、a*、b*标定颜色，则两者之间的总色差E*ab以及各项单项色差可用下列公式计算：明度差：L=L*1-L*2色度差：a=a*1-a*2,b=b*1-b*2总色差：,71,计算举例：,在2标准观察者和C光源的照明条件下，测得用黄色油墨印制的三个样品的色度坐标为：No1：Y=71.79，x=0.4210，y=0.4788No2：Y=70.67，x=0.4321，y=0.4889No3：Y=67.95，x=0.4441，y=0.4947C光源：Y,0,=100，x,0,=0.3101，y,0,=0.3162,首先下式，求各样品色的三刺激值,由此得到：No1:Y1=71.79,X1=63.13,Z1=15.02No2:Y2=70.60,X2=62.46,Z2=11.43No3:Y3=67.95,X3=61.00,Z3=8.40C光源：Y,0,=100,X,0,=98.07,Z,0,=118.22,72,把这些数值代入，求得：,No.1,No.,No.,73,假定以样品色No.1为标准，则可计算出它们的色差值为：,L*,a*,b*,E*,ab,No.2-No.1,-0.6638,1.3287,7.6053,7.7490,No.3-No.1,-1.9727,3.5920,14.3055,14.8809,74,彩色包装装潢印刷复制技术是多工序的系统工程，装潢印刷品最终质量的色彩误差，多按正态分布规律N（u，,2,），采用“三倍标准差法”，取3作为上、下控制公差。根据国内、外的经验表明：对无特殊要求的一般产品，取6E*ab色差单位作为装潢印刷品颜色公差的控制范围是较为合理的。在色彩复制质量要求上，由国家标准局颁布的装潢印刷品GB7705-87（平印）、GB7706-87（凸印）、GB7707-87（凹印）的,国家标准中，对彩色装潢印刷品的同批同色色差为,：一般产品E*ab5.006.00，精细产品E*ab4.005.00，同时还将这一质量标准作为国家企业晋升的一项条件。,75,NBS单位与颜色差别感觉程度,NBS,单位色差值,感 觉 色 差 程 度,0,0,0.50,（微小色差）感觉极微（,trave,）,0.5,1.51,（小色差）感觉轻微（,slight,）,1.5,3,（较小色差）感觉明显（,noticeable,）,3,6,（较大色差）感觉很明显（,appreciable,）,6,以上,（大色差）感觉强烈（,much,）,76,