CIE标准色度系统课件.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,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,*,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,*,第,5,章色度学技术基础,5.1,颜色匹配,5.2 CIE1931,标准色度系统,5.3 CIE1964,补充标准色度系统,5.4 CIE,色度计算方法,5.5,均匀颜色空间,5.6,特色异谱程度评价,5.7 CIE,光源显色指数计算方法,5.8,其它表色系统,第1页,5.1,颜色匹配,颜色混合可是颜色光混合,也可是染料混合,这两种混合方法所得结果不,前者称为,相加混合,后者为颜色,相减混合,。将几个颜色光同时或快速先后刺激人视觉器官,便产生,不一样于原来颜色新颜色感觉,-,颜色相加混合方法,颜色匹配恒常律,：,两个相互匹配颜色即使处于不一样条件下，颜色一直保持匹配，即不论颜色周围环境改变或者人眼已对其它色光适应后再来观察，视场中两种颜色一直保持匹配。,一、颜色匹配试验,-,颜色研究第一阶段,第2页,二、格拉斯曼定律,仅适合用于各种颜色光相加混合过程,1854年格拉斯曼(,H Grassmann),总结出颜色混合定性性质,格拉斯曼定律，为当代色度学建立奠定了基础。,(1)人视觉只能分辨颜色三种改变(如明度,/,色调,/,饱和度),(2)在由两个成份组成混合色中，假如一个成份连续地改变，混合色外貌也连续改变。,若两个成份互为补色，以适当百分比混合，便产生白色或灰色，若按其它百分比混合，便产生近似比重大颜色成份非饱和色；,若任何两个非补色相混合，便产生中间色，中间色色调及饱和度随这两种颜色色调及相对数量不一样而改变。,(3)颜色外貌相同光,不论它们光谱组成是否一样,在颜色混合中含有相同效果。即凡是在视觉上相同颜色都是等效。,(4)混合色总亮度等于组成混合色各种颜色光亮度总和,亮度相加定律,。,5.1,颜色匹配,第3页,颜色代替律,：,两个相同颜色各自与另外两个相同颜色相加混合后，颜色仍相同。用公式表示为,式中符号,“,”,代表颜色相互匹配,相减情况也成立。即,一个单位量颜色与另一个单位量颜色相同，则这两种颜色数量同时扩大或缩小相同倍数则两颜色仍为相同。即,依据代替律可知，只要在感觉上颜色是相同，便能够相互代替，所得视觉效果是相同，因而能够利用颜色混合方法来产生或代替所需要颜色。,第4页,颜色匹配可用格拉斯曼定律来阐述，还可用代数式和几何图形来表示。用代数式表示色匹配称为,颜色匹配方程,。,5.1,颜色匹配,三、颜色匹配方程,其中，(,C),代表被匹配颜色单位，(,R)，(G)，(B),代表产生混合色红、绿、蓝三原色单位。,R，G，B，C,分别代表红、绿、蓝和被匹配色数量。,第5页,单位长度,(R),、,(G),、,(B),选择是任意,一个惯用选择方式认为相等数量,R,、,G,、,B,混合后产生中性色,N,使代表中性,N,矢量与,R+G+B=1,单位平面相交于三角形重心处,则三角形与各坐标轴交点处为,R=1,G=1,B=1,。单位平面是个主要平面,每个颜色矢量与它只能有一交点，交点位置是固定,各交点与原点,O,连线长度为各种颜色矢量单位长度。,第6页,四、三刺激值和色品图,1三刺激值,在颜色匹配试验中，与待测色到达色匹配时所需要三原色数量，称为三刺激值（即颜色匹配方程式,R/G/B,值,),三原色选定应使任何一个原色不能由其余两种原色相加混合得到。最惯用是红、绿、蓝三原色。,三刺激值单位(,R)、(G)、(B)：,不是用物理量为单位，而是选取色度学单位，亦称三,T,单位。,三刺激值单位确定方法,：,选一特定白光(,W),作为标准,在颜色匹配试验装置上用选定,R/G/B,三原色光相加混合与此白光(,W),相匹配,到达匹配时,如测得所需要三原色光光通量值(,R),为,l,R,流明；(,G),为,l,G,流明；,B,为,l,B,流明。则将比值,l,R,l,G,l,B,定为三刺激值相对亮度单位，即色度学单位。,5.1,颜色匹配,第7页,2光谱三刺激值,在颜色匹配试验中,待测色光也可是某一个波长单色光(亦称为光谱色)，对应一个单色光可得到一组三刺激值,R、G、B。,对不一样单色光做一系列类似匹配试验，可得到对应于各种单色光三刺激值。假如将各单色光辐射能量值都保持为相同(称为等能光谱)来做上述一系列试验，所得到三刺激值称为,光谱三刺激值,，即匹配等能光谱色三原色数量，用符号 表示。光谱三刺激值又称为颜色匹配函数，其数值只决定于人眼视觉特征。匹配方程表示为,任何颜色光都能够看成是不一样单色光混合而组成，所以光谱三刺激值能作为颜色色度计算基础。,四、三刺激值和色品图,第8页,3三刺激值计算公式（任意色三刺激值）,色度学中用三刺激值来表示颜色。依据格拉斯曼颜色混合代替律，混合色三刺激值为各组成色三刺激值之和。,任意色光都由单色光组成，假如各单色光光谱三刺激值预先测得，依据混色原理就能计算出该色光三刺激值来,。,计算方法是将待测光光谱分布函数，按波长加权光谱三刺激值，得出每一波长三刺激值，再进行积分，就得出该待测光三刺激值,积分波长范围为可见光波段，普通从380,nm,至7,60nm,四、三刺激值和色品图,第9页,4色品坐标和色品图,(,C,=1),一个单位颜色(,C),色品只决定于三原色刺激值各自在,R+G+B,总量中相对百分比,色品坐标,，用符号,r,g,b,表示。色品坐标与三刺激值之间关系以下,且,色品坐标只有两个自由度,四、三刺激值和色品图,色品图、色度图,标准白光,(,等能白点,),:,R=G=B=1,r=0.333,g=0.333,第10页,5.2 CIE 1931,标准色度系统,颜色定量计算问题：,颜色匹配方程和计算任一颜色三刺激值必须测得人眼光谱三刺激值，,将辐射光谱与人眼颜色特征相联,。,可能性：,试验证实不一样观察者视觉特征有差异，但对正常颜色视觉人差异不大，故可依据一些观察者颜色匹配试验，确定一组匹配等能光谱色三原色数据,“,标准色度观察三刺激值,。”,困难性：,因为选取三原色不一样及确定三刺激值单位方法不一致，因而数据无法统一。,CIE(,国际照明学会,),工作：,1931年在,CIE,第8次会议统一了试验结果,提出了,CIE,标准色度观察者和色品坐标系统,；并要求了三种,标准光源,(,A,B,C)；,对测量反射面,照明观察条件进行了标准化,。建立起,CIE 1931,标准色度系统，,奠定了当代色度学基础。,第11页,CIE 1931-RGB,系统建立在莱特,(W.D.Wright),和吉尔德,(J.Guild),颜色匹配试验基础上：,莱特在,2,圆形视场内,选择,650nm(R)/530nm(G)/460nm(B),三单色光作为三原色匹配等能光谱。三刺激值单位为：相等数量,G,和,B,原色匹配,494nm,蓝绿色,相等数量,R,和,G,原色匹配,582.5nm,黄色,得出相对亮度单位为,l,R,:,l,G,:,l,B,。由,10,名观察者在目视色度计试验,测得光谱三刺激值数据。,吉尔德在目视测色计上由,7,名观察者做了类似匹配试验。观察视场是,2,，选取三原色波长为,630nm,，,542nm,，,460nm,，三刺激值单位以三原色相加匹配,NPL(,英国国家物理试验室缩写,),白色光源，认为三原色刺激值相等定出相对亮度单位为,l,R,:,l,G,:,l,B,，测得光谱三刺激值数据。,一、,CIE 1931-RGB,系统,第12页,两试验平均值定出匹配等,能光谱色,RGB,三刺激值,用 表示，称为“,CIE 1931 RGB,系统标准色度观察一刺激值”，简称“,CIE 1931 RGB,系统标准色度观察者”，代表人眼,2,视场平均颜色视觉特征，称为,CIE 1931-RGB,色度系统。,CIE,将三原色转换成,700nm(R)/546.1nm(G)/435.8nm(B),以相等数量三原色刺激值匹配等能白光,(,又称为,E,光源,),确定三刺激值单位,发觉两个试验经坐标变换后在新色品图上结果基本一致。所以,1931,年,CIE,采取,CIE,所做修正,在色品图中偏马蹄形曲线是全部光谱色色品点连接起来轨迹称为光谱轨迹。,第13页,三原色选,700nm/546.1nm/435.8nm,单色光是因为,700nm,是可见光谱红色末端，,516.1nm,和,435.8nm,为显著汞谱线，三者都能比较准确地产生出来。经试验和计算确定，匹配等能白光,(R),，,(G),，,(B),三原色,CIE,所做修正,单位亮度比率为,1.0000,4.5907,0.0601,辐亮度比率为,72.0962,1.3791,1.0000,光谱三刺激值与光谱色色品坐标关系为,第14页,光谱三刺激值和光谱轨迹色品坐标有很大一部分出现负值。其物理意义可从匹配试验过程中来了解。当投射到半视场一些光谱色,用另二分之一视场三原色来匹配时,不论三原色怎样调整都不能使两视场颜色到达匹配,只有在光谱色半视场内加入适量原色之一才能到达匹配，加在光谱色半视场原色用负值表示，于是出现负色品坐标值。色品图三角形顶表示红,(R)、,绿,(G)、,蓝,(B),三原色；负值色品坐标落在原色三角形之外；在原色三角形以内各色品点坐标为正值,。,存在问题,第15页,二、,CIE 1931,标准色度系统,CIE 1931-RGB,系统是从试验得出,可用于色度学计算,但计算中会出现负值,用起来不方便,又不易了解,故1931年,CIE,推荐了一个新国际通用色度系统,CIE 1931XYZ,系统,。,在,CIE 1931RGB,系统基础上,CIE 1931,标准色度系统改用三个假想原色,X、Y、Z,建立了一个新色度系统。其匹配等能光谱三刺激值定名为“,CIE 1931,标准色度观察者光谱三刺激值,”，简称为“,CIE 1931,标准色度观察者,”。,第16页,二、,CIE 1931,标准色度系统,假想三原色确实定,要求,(X)、(Z),两原色只代表色度，没有亮度，光度量只与三刺激值,Y,成百分比。,XZ,线称为无亮度线,，它在,r-g,色品图上方程应满足零亮度线条件。,(R),(G),(B),三原色相对亮度比,假设在色品图上某一颜色色品坐标为,r,，,g,，,b,，,则它亮度方程可写成,假如颜色在无亮度,l,(,C,)=0,线上，则整理后得,XZ,线方程为,r,+,g,+,b,=1,第17页,B.,系统中光谱三刺激值全为正值。为此选择三原色时，必须使三原色所形成颜色三角形能包含整个光谱轨迹。即整个光谱轨迹完全落在,X，Y，Z,所形成虚线三角形内。,C.,光谱轨迹从540,nm,附近至700,nm，,在,RGB,色品图上基本是一段直线，用这段线上两个颜色可混合得到两色之间各种光谱色，新,XYZ,三角形,XY,边应与这段直线重合，这么能使计算简便，因为在这段线上光谱轨迹只包括,(X),原色和,(Y),原色改变，不包括,(Z),原色。,边方程为,二、,CIE 1931,标准色度系统,第18页,D.YZ,边取与光谱轨迹波长503,nm,点相切直线，其方程为,E.,假想三原色、在,RGB,系统中坐标,(,X)：,r,=1.2750，,g,=-0.2778，,b,=0.0028,(Y)：,r,=-17392，,g,=2.7671，,b,=-0.0279,(Z)：,r,=-0.7431，,g,=0.1409，,b,=1.6022,在,x-y,图中坐标是,(X)：x=1，y=0，z=0,(Y)：x=0，y=1，z=0,(Z)：x=0，y=0，z=1,二、,CIE 1931,标准色度系统,第19页,确定三个原色坐标之后，还必须选择一个标准白，以确定三刺激值单位。,XYZ,系统是用相等数量三原色刺激值匹配出等能白,E,来定各原色刺激值单位。,等能白点在,r,-,g,坐标系统内为,:,r,=0.3333，,g,=0.3333,在,x,-,y,坐标系统内为,:,x,=0.3333，,y,=0.3333,F.,采取坐标转换方法，可得,XYZ,系统和,RGB,系统三刺激值间及色品坐标关系,二、,CIE 1931,标准色度系统,第20页,CIE 1931,标准色度观察者,第21页,CIE 1931,标准色度系统特点,因为在,XYZ,选择原色时就考虑到只有,Y,值既代表色品又代表亮度,而,X,，,Z,只代表色品，所以 函数曲线与明视觉光谱光视效率 一致，即。,CIE 1931,标准色度观察者数据适合用于,2,视场中中央电视台觉观察条件,(,视场在,1,4,范围内,),主要是中央窝锥体细胞起作用,对极小面积颜色观察不再有效,;,对于大于,4,视场观察面积,另有,10,视场“,CIE 1964,补充标准色度观察者数据”,CIE1931,标准色度观察者色品图是马蹄形，假想三原色,(X),为红原色，,(Y),为绿原色，,(Z),为蓝原色。它们都落在光谱轨迹外面，在光谱外面全部颜色都是物理上不能实现。,光谱轨迹曲线以及连接光谱两端点直线所组成马蹄形内包含了一切物理上能实现颜色,。,第22页,靠近波长末端,700-770nm,光谱波段含有一个恒定色品值，,即在色品图上只由一个点来代表。,光谱轨迹,540700nm,这一段是一条与,XY,边基本重合直线。在这段光谱范围内任何光谱色都可经过,540nm,和,700nm,二种波长光以一定百分比相加混合产生。,光谱轨迹,380,540nm,一段是曲线，其间一对光谱色混合不能产生二者之间位于光谱轨迹上颜色，而只能产生光谱轨迹所包围面积内混合色。光谱轨迹上颜色饱和度最高。图上,C,和,E,代表是,CIE,标准光源,C,和等能白光,E,，等能白光,E,点位于,XYZ,颜色三角形中心处。图上越靠近,C,或,E,点颜色饱和度越低。,CIE 1931,标准色度系统特点,第23页,连接色度点,400nm,和,700nm,直线称为紫红轨迹，亦称紫线。因为将,400nm,蓝色刺激与,700nm,红色刺激混合后会产生紫色。,y=0,直线,(XZ),与亮度没相关系，即无亮度线。光谱轨迹短波段紧靠这条线，意味着即使短波端光能够引发标准观察者反应，但,380400nm,波长辐通量在视觉上引发亮度感觉很低。,CIE 1931,标准色度系统特点,第24页,因为三原色选择不一样，以及要求三原色刺激值单位方法不一样会出现许多不一样色度系统，任何两个色度系统都能够相互转换，转换方法实质上是一个坐标转换问题。,令,(X),、,(Y),、,(Z),代表新系统三原色，,(R),、,(G),、,(B),代表旧系统三原色。据格拉斯曼定律可知，每单位新原色能够由旧三原色相加混合得到，可用以下方程组表示,三、色度系统转换,式中，,R,i,，,G,i,，,B,i,(,i,=,x,y,z,),为匹配单位,(I),原色所需要旧三原色三刺激值。,第25页,某一颜色,C,在旧系统和新系统中颜色方程分别为,得到旧系统与新系统三刺激值之间矩阵形式关系,只要求得,R,x,，,G,x,，,B,x,，,B,z,九个系数，则两系统三刺激值转换关系就可确定。,三、色度系统转换,第26页,通常,往往知道新系统三原色在旧坐标系统中色品坐标：,r,x,，,g,x,，,b,x,，,r,y,，,g,y,，,b,y,，,r,z,，,g,z,，,b,z,，则,式中，,假如知道一个颜色,(,比如参考白,),在新旧坐标系统中三刺激值,R,0,，,G,0,，,B,0,和,X,0,，,Y,0,，,Z,0,，代入上式就可求得,C,x,，,C,y,，,C,z,。,三、色度系统转换,第27页,通常,往往知道新系统三原色在旧坐标系统中色品坐标：,r,x,，,g,x,，,b,x,，,r,y,，,g,y,，,b,y,，,r,z,，,g,z,，,b,z,，则,式中，,假如知道一个颜色,(,比如参考白,),在新旧坐标系统中三刺激值,R,0,，,G,0,，,B,0,和,X,0,，,Y,0,，,Z,0,，代入上式就可求得,C,x,，,C,y,，,C,z,。,三、色度系统转换,新旧三刺激值之间转换式是线性齐次变换,第28页,色品坐标转换,三、色度系统转换,r,+,g,+,b,=1,，,x,+,y,+,z,=1,色品坐标转换是平面影射变换,第29页,确定变换关系式必须确定,9,个系数，,9,个系数中,8,个是独立，计算时可指定任,1,个系数为某一常量，其余,8,个系数随此常量大小同时扩大或缩小，不影响颜色色品。,两个方程有,8,个未知量，故必须找到,4,个已知点在新旧坐标系统中对应坐标值，联立求解,8,个方程。普通地，,4,个已知点选择,3,个原色点及参考白点。,三、色度系统转换,第30页,5.3 CIE 1964,补充标准色度系统,CIE 1931,标准色度系统建立后,经过多年实践证实,CIE 1931,标准色度观察者数据代表了人眼,2,视场色觉平均特征。不过，当观察视场增大到,4,以上时，一些研究者从试验中发觉在波长,380nm,至,460nm,区间内数值偏低。这是因为大面积视场观察条件下，杆体细胞参加以及中央窝黄色素影响，颜色视觉会发生一定改变。日常观察物体时视野经常超出,4,范围，所以，为了适应大视场颜色测量需要，,CIE,在,1964,年要求了一组“,CIE 1964,补充标准色度观察者光谱三刺激值,”简称为“,CIE 1964,补充标准色度系统,”，也叫做,10,视场,X,10,Y,10,Z,10,色度系统,。,第31页,1.,数据起源,建立在斯泰尔斯,(W.S.Stiles),与伯奇,(J.M.Burch),以及斯伯林斯卡娅,(N.I.Speranskaya),两项颜色匹配试验基础上。,斯泰尔斯和伯奇用,49,名观察者在,10,视场目视色度计上进行匹配试验。三原色分别为,645.2nm(R),526.3nm(G),444.4nm(B),单色光。为了防止杆状细胞参加，使用高亮度颜色刺激。测出补充标准色度观察者大视场匹配等能光谱三刺激值。,斯伯林斯卡娅用,18,名观察者,(,后增加到,27,名,),，,10,视场角，为消除麦克斯韦圆斑影响，将视场中心部分,(2,范围,),遮住。试验亮度较低,约为前者亮度,1/301/40,没有排除杆状细胞作用。三原色分别是,(R)640 nm,，,(G)545nm,，,(B)465nm,单色光。测出大视场光谱三刺激值，并将试验数据转换成三原色波长为,645.2nm(R),526.3nm(G),444.4nm(B),数据。,贾德,(Judd),将两项试验进行加权处理,按观察者数给予斯泰尔斯和伯奇结果以较大加权量,(3,1),对斯伯林斯卡娅结果作了杆体细胞修正。确定了,1964,年,CIE,R10G10B10,系统补充标准色度观察者光谱三刺激值。,第32页,第33页,.CIE 1964,补充标准色度系统,将 三刺激值转换成,CIE,标准色度系统标准色度观察者光谱三刺激值 。转换关系以下,CIE 1964,补充标准色度观察者,当观察或匹配颜色样品视场角度在,4,10,时,采取“,CIE 1964,补充标准色度观察者,”,；当观察或匹配颜色样品视场角度在,2,4,时采取“,CIE 1931,标准色度观察者”数据。,第34页,1931,与,1964,色品图差异,光谱轨迹在形状上很相同,但相同波长光谱色在各自光谱轨迹上位置有相当大差异。比如，在,490nm500nm,一带，两张图上坐标值在波长上相差达,50nm,以上，其它相同波长坐标值也都有差异，仅只在,600nm,处光谱色坐标值大致相近。两张色品图上唯一重合色品点就是等能白点。,第35页,曲线在,400500nm,区域高于,2,视场 ，表明视网膜上中央窝以外区域对短波光谱有更高感受性。,人眼在小视场观察颜色时，区分颜色差异能力较低。当观察视场从,2,增大至,10,时，颜色匹配精度随之提升。但视场再深入增大，颜色匹配精度就难以再提升。,第36页,黑体轨迹,黑体轨迹上各点代表不一样温度黑体光色，温度由靠近,1000K,开始升高时，颜色由红向蓝改变。所以人们就用黑体对应温度表示它颜色。,第37页,5.4 CIE,色度计算方法一、色品坐标计算,1.,三刺激,计算,计算颜色色品坐标必须先求得颜色三刺激值。,CIE,色度系统三刺激值计算公式为,可见光波段,380nm760nm,=10nm,=5nm,第38页,(,),称为颜色刺激函数，即进入人眼产生颜色感觉光辐射能量。被测物体是自发光体时，,(,),为发光物体辐射相对光谱功率分布。被测物体是非自发光物体时，透明体或不透明体颜色刺激函数,(,),分别为,式中，,(,),为物体光谱透射比；,(,),为物体光谱辐亮度因数；,(,),为物体光谱反射比；,S,(,),照明光源相对光谱功率分布，普通采取,CIE,要求标准照明体，比如物体在日光下观察时可用,D65,或,B,、,C,照明体，而在灯光下观察时可用,A,照明体。,CIE,要求标准色度观察者光谱三刺激值。计算时采取 完全由被测物体要求人眼观察视角所决定,当要求人眼观察视角为,1,4,时采取 ；当要求人眼观察视角在,4,10,之间则采取 。,第39页,2.,色品坐标计算,实际工作中，首先必须用光谱辐射计测得光源相对光谱功率分布,(,对自发光体,),或用分光光度计算测得物体光谱反射比或光谱透射比,(,对非自发光物体,),，再依据,CIE,推荐标准照明体数据和标准色度观察者光谱三刺激值数据，编写计算程序，可十分方便地得到样品色品坐标值,。,第40页,二、颜色相加计算,当两种已知色品坐标和亮度值颜色相加混合后，混合色色品坐标可用计算法和作图法求得。,1,计算法,提醒,：,混合色色品坐标与已知色色品坐标之间没有线性叠加关系。而混合色三刺激值与已知色之间存在着线性叠加关系,。,三刺激值,色品坐标,先分别求出单个样品三刺激值,样品三刺激值相加，求出混合色三刺激值，即,当已知颜色色品坐标,x,y,及亮度,Y,时,则颜色三刺激值,第41页,2.,作图法,在,CIE x-y,色品图上，两种颜色相加产生第三种颜色总是位于连接此两种颜色直线上。新颜色在直线上位置决定于这两种颜色三刺激值总和百分比。,图中,P,为颜色,1,，,Q,为颜色,2,，,M,为,P,Q,混合色。,C,1,和,C,2,分别为颜色,1,和,2,三刺激值之和,C,1,X,1,Y,1,Z,1,C,2,X,2,Y,2,Z,2,依据重力中心定律,表示,QM,距离与,C2,成反比，即在混合色中,C2,所占百分比越大，,QM,距离越短。,第42页,三、,主波长和色纯度,CIE,推荐色品表示法,(1),主波长,颜色,S,1,主波长是指波长,d,光谱色按一定百分比与一个确定参考光源相加混合，能匹配出颜色,S,1,。,并不是全部颜色都有主波长，色品图中连接白点和光谱轨迹两端点所形成三角形区域内各色品点都没有主波长。为此,引入,补色波长,概念,即一个颜色,S,2,补色波长是指,c,波长光谱色与适当百分比颜色,S,2,相加混合，能匹配出某一个确定参考白光。,第43页,三、,主波长和色纯度,CIE,推荐色品表示法,假如已知样品色品坐标,x-y,和特定白光色品坐标为,x,w,y,w,则可用两种方法决定样品主波长和补色波长。,A.,作图法,在色品图上标出样品点,S,1,和白点,(,O,点,),由,O,点向,S,1,引一直线,延长直线与光谱轨迹相交于,L,点，,L,点光谱色波长就是样品主波长,d,(,S,1,d,=583nm),。,在色品图上标出样品,S,2,位置，由,S,2,点向,O,点引一直线，延长与光谱轨迹相交，交点处光谱色波长就是样品补色波长,c,(,S,2,c,=530nm),。,第44页,三、,主波长和色纯度,CIE,推荐色品表示法,B.,计算与查表法,连接白点,(,x,w,y,w,),与样品点,(,x,y,),直线斜率可表示为,斜率,=,或者 斜率,=,在这两个斜率中选较小绝对值，查附表,2-11,求得样品主波长或补色波长。,颜色主波长大致相当于颜色知觉中颜色色调,第45页,三、,主波长和色纯度,CIE,推荐色品表示法,(2),兴奋纯度与色度纯度,色纯度指样品颜色同主波长光谱色靠近程度。色纯度有兴奋地纯度和色度纯度两种表示法。,A.,兴奋纯度,兴奋纯度用,CIE,x,y,色品图上两个线段长度比表示。第一线段是白点到样品点距离,OS,1,(,见图,5-14),，第二线段是白点到主波长点距离,OL,，以符号,P,e,=,OS,1,/,OL,；对补色波长点,P,e,=OS,2,/,OP,。颜色兴奋纯度表示主波长光谱色被白光冲淡程度，实质上也是表示主波长光谱色三刺激值在样品三刺激值中所占比重。可表示为,第46页,三、,主波长和色纯度,CIE,推荐色品表示法,P,e,也可用色品坐标来计算,式中，,x,y,代表光谱轨迹,(,主波长时,),或连接光谱两端直线紫红轨迹上,(,补色波长时,),色品坐标。,计算自发光体主波长和兴奋纯度时通常选取等能白,(E,点,),作为白点，对于非发光体物体色则用,CIE,标准照明体作为参考白光,(,如,A,，,B,，,C,，,D65),样品主波长和兴奋纯度随所选取白点不一样会出现不一样结果。,第47页,三、,主波长和色纯度,CIE,推荐色品表示法,B.,色度纯度,当样品颜色纯度用亮度百分比表示时,称为色度纯度,P,c,表示主波长光谱色在样品中所占亮度比重。,式中，,Y,为主波长光谱色亮度；,Y,为样品色亮度。,色纯度大致相当于颜色知觉中色饱和度,，但并不完全相同，因为色品图上色纯度相等点色知觉并不完全对应于饱和度相等点色知觉。,用主波长和色纯度表示颜色色品比只用色品坐标表示颜色色品优点在于能给人以详细印象，能表明颜色色调及饱和度大致情况。,第48页,5.5,均匀颜色空间,颜色三刺激值不一样，则颜色外貌不一样，但两种颜色三刺激值差相同是否代表人感觉到色知觉差异,色差相同呢？试验证实：三刺激值差相同两种颜色随两种颜色不一样而引发人色知觉差异是不一样，对某两种颜色会感到有很大差异，但一样三刺激值差对另外两种颜色可能会感到色知觉差异很小。所以，需要寻找一个均匀颜色空间，在这个三维空间中，每个点代表一个颜色，空间中两点之间距离代表两种颜色色差，空间中相等距离能代表相同色差。为了处理这个问题，,CIE,对人眼辨色能力做了大量研究工作，得到了几个不一样均匀颜色空间。,第49页,5.5.1,颜色分辨力,确定色差必须对人眼颜色分辨能力进行研究。颜色知觉特征包含明度、色度、饱和度三方面，后两方面合称为色品。,(1),光亮度分辨力,色品相同但光亮度有差异两种色光亮度分别为,L,、,L,+,L,分别照射在试验装置两半视场内,人眼恰能分辨出两个半视场光亮度不一样时,L,值称为光亮度差阈,也就是人眼光亮度,分辨力。假如,L,0,则,L,为刚能从黑暗中分辨出环境最小光亮度,称为光亮度绝对阈,是能感知光亮度最低极限值,对中央凹锥状细胞光亮度绝对阈约为,10,-3,cd/m,2,，而对杆状细胞可到达,10,-6,cd/m,2,。,第50页,5.5.1,颜色分辨力,(2),波长和色纯度分辨力,对亮度相同但波长不一样单色光波长分辨力可用专门装置测量。试验表明：光谱两端分辨力最差，尤其在红端,680nm,以上,几乎不能分辨出差异。光谱中部分辨力较高,尤其在蓝绿色,490nm,和黄色,590nm,左右分辨力最强,590nm,附近约为,1nm,。,假如色纯度降低，波长分辨力普通随之降低，只是蓝紫端随纯度改变与其它部分有些不一样。,波长分辨力随视场增大而升高，,10,视场波长分辨力比,2,视场高,3,倍。,2,视场时整个可见光谱上人眼能分辨出约,150,种颜色，而在,10,视场时可分辨出,400,至,500,种颜色。,第51页,5.5.1,颜色分辨力,人眼色纯度分辨力试验,:,要测定白光,(,P,c,=0),加色光后分辨力,(,即低色纯度时纯度分辨力,),，可用色光亮度,L,和,L,-,L,分别照射在色度计两半视场中，然后在,L,-,L,一边加单色光亮度,L,，使两边亮度相等，假如两边恰可分辨出不一样色光，所,测定即在白光时色纯度分辨力,P,c,=,L/L,。试验证实：短波端色纯度分辨力最好，,400nm,时,P,c,=0.001,即能被人眼所分辨，即白光中加入千分之一亮度色光，就可被认为不是白光。黄波段以,570nm,为最差，,P,c,=0.05,。,布里克韦德测量结果,低色纯度时色纯度分辨力,第52页,5.5.1,颜色分辨力,近单色光时,(,Pc,=1),色纯度分辨力很有规则，几乎全部单色光中只需加百分之二左右白光后人眼就能分辨出颜色改变。所以冲淡单色光时,P,c,总是大致等于,0.02,。其它色纯度分辨力，色纯度分辨力最差是黄绿色,(570nm),，最正确是在光谱两端，尤其是紫蓝端。,(3),色品分辨力,颜色之间差异是它们三者改变综合结果，故需研究综合分辨能力，尤其是颜色色品分辨力。当每一个颜色在色品图上位置改变很小时，人眼往往感觉不出颜色改变，只有当坐标位置改变到一定范围时，人眼才能感觉出颜色改变。把人眼感觉不出颜色改变范围称为颜色宽容量,(,或称恰可觉察差,简写,j.n.d,),，反应出人眼色品分辨力。,第53页,5.5.1,颜色分辨力,莱特试验,：图上各个直线段代表了不一样位置上颜色宽容量,(,为制图方便，图中线段长度比实际宽容量放大,3,倍,),。,麦克亚当试验,：在,CIE x-y,色品图上不一样位置选择了,25,个色品点,以色品点为中心,测定,5,至,9,个方向上颜色匹配范围,用颜色匹,标准偏差定出颜色宽容量，连成代表颜色宽容量近似椭圆,(,图中椭圆按试验结果放大,10,倍绘制,),。,第54页,5.5.1,颜色分辨力,莱特和麦克亚当试验结果基本相同。在色品图不一样位置颜色宽容量不一样，蓝色部分宽容量最小，绿色部分最大。即在色品图上蓝色部分一样空间内，人眼能看出更各种类蓝色；而在绿色部分一样空间内，人眼只能看出较少种类绿色。光谱轨迹蓝色端颜色密度大于绿色端约,300400,倍。,完备颜色分辨力应包含色品分辨力和光亮度分辨力两部分，即对明度、饱和度、色调三特征改变综合分辨能力。有研究采取类似色品分辨力椭圆颜色综合分辨力椭球。,要处理色差测定问题须将人眼辨色能力与色度学计算结果一致起来，为此，必须选择理想颜色空间，使任意两颜色量空间差距代表人眼颜色知觉差异，由均匀明度标尺和均匀色品标尺组成空间称为均匀颜色空间。,第55页,5.5.2,均匀明度标尺,(1),均匀明度标尺,均匀明度标尺建立是基于两种视觉试验方法,研究对象是从黑到白一系列中性色样品,(,试验方法将在后面孟塞尔系统中详述,),。按照观察者知觉将从黑到白明度标尺均匀等距地分成,0,至,10,共,11,个等级,称为明度值,V,数值越大表示视知觉明亮度越高。,10,为理想白色,0,为理想黑色。明度值,V,与样品亮度因数,Y,不是线性关系。所谓亮度因数是在要求光照条件下,给定方向上,物体表面亮度与同一光照下完全反射漫射体亮度之比。不一样研究者给出,V,与,Y,之间函数关系不一样。,第56页,(2),明度值,V,与样品亮度因数,Y,关系,平方根公式,式中,L,H,为亨特色差公式中明度，称为亨特明度,孟塞尔明度值函数,(,孟塞尔明度值,),CIE,明度指数函数,式中,W*,为,CIE 1964,色差公式中明度值。,德国,DIN,系统明度标尺,对数模型,Y,89.1,时对应,V,10,第57页,孟塞尔明度标尺是经过大量试验得到,在知觉上是十分均匀,是个很好均匀明度标尺,但关系式比较复杂。,CIE 1964,均匀颜色空间明度标尺关系式较简单,便于使用,从图上能够看出,它,(,曲线,3),与孟塞尔明度标尺,(,曲线,2),曲线基本重合,也是一个很均匀明度标尺。,1.,平方根模型,2.,孟塞尔模型,3.CIE,指数模型,4.DIN,模型,5.,对数模型,第58页,5.5.3,均匀色品标尺,CIE 1960UCS,均匀色品图,思 路,：亮度相同两个颜色比较它们色差时,希望色品图上两个色品点距离真正代表人眼对此两个颜色知觉差异大小。麦克亚当等人研究结果表明,CIE,x-y,色品图不能满足此要求。于是人们探求一个新色品图,希望在此色品图上,每一个颜色宽容量最好都近似圆形,而且大小一致。不过要找到这么理想色品图是困难,因为理想均匀色品图不是一个平面而是曲面,且不能用欧氏几何空间来描述,普通假定含有黎曼几何形式。在平面上只能找到近似均匀色品图。用坐标变换方式来寻找适当均匀色品图,得到了不一样近似均匀色品图。,第59页,CIE1960,年依据麦克亚当工作制订了均匀色品标尺图,称为,CIE 1960 UCS,均匀色品图,，简称,CIE 1960 UCS,图,。以,u,v,作为新色品图色品坐标。,亨特,(Hunter)1942,年均匀色品变换,麦克亚当均匀色品变换,第60页,u,v,色品图,莱特试验,麦克亚当,25,个椭圆,第61页,5.5.4 CIE 1964,均匀色空间及色差公式,将均匀明度标尺和均匀色品标尺组合起来，就能够形成一个均匀三维颜色空间。,1964,年,CIE,推荐了一个均匀三维颜色空间并给出对应色差公式。,CIE 1964,均匀色空间用明度指数,W*,，色品指数,U*,、,V*,三维坐标系统来表示。三维坐标公式是,u,、,v,是颜色样品色品坐标。,u,0,、,v,0,是照明光源色品坐标,第62页,两个颜色之间色差计算公式为,E,表示位于,W*,，,U*,，,V*,三维空间两颜色点之间距离。在理论上，当观察者适应于平均日光，在白色或中灰背景上看一样尺寸和相同外形一对颜色样品时，这个公式能够准确地表示两样品颜色视觉差异。对,2,视场物体应依据,CIE 1931,标准色度观察者光谱三刺激值计算,W*,，,U*,，,V*,。对大于,4,视场物体则应依据,CIE 1964,补充标准色度观察者光谱三刺激值计算,色差单位：,NBS(,美国国家标准局缩写,),，原是由,1942,年亨特均匀色空间推导出色差公式所决定，,CIE1964,均匀色空间色差公式推导出色差单位恰好与其一致，故也以它作为单位。,5.5.4 CIE 1964,均匀色空间及色差公式,第63页,一个,NBS,色差单位大约相当于在最优试验条件下人眼能知觉恰可觉察差,5,倍。在,CIE x-y,色品图中心，一个,NBS,色差单位相当于,0.00150.0025 x,或,y,色品坐标改变。,5.5.4 CIE 1964,均匀色空间及色差公式,关于色差容限要求,产品颜色差异应允许多大范围,要依据详细情况而定,比如对于涂料,颜色稍有差异就比较显著,色差可定为小于,1,个,NBS,单位；纺织品定为小于,2,个,NBS,单位,彩色电视能够取,45,个,NBS,色差单位。,表,5-1 NBS,单位感觉值,NBS,单位,色差感觉值,00.5,痕 迹,0.51.5,轻 微,1.53,可 觉 察,3.06.0,可 识别,6.012.0,大,12.0,以上,非 常大,第64页,式中,u,v,为颜色样品色品坐标；,u,n,v,n,为光源色品坐标；,(,X,Y,Z,),为样品三刺激值；,(,X,n,Y,n,Z,n,),为,CIE,标准照明体照射在全漫反射体上，反射到观察者眼中白色三刺激值，其中,Y,n,=100,。,。,5.5.5 CIE 1976,均匀色空间及色差公式,1976,年,CIE,推荐了两个色空间及相关色差公式。分别称为,CIE 1976L*u*v*,色空间和,CIE 1976L*a*b*,色空间。,(1)CIE 1976L*u*v*,色空间及其色差公式,CIE,改进了,CIE W*U*V*,色空间及其色差公式,提出采取,L*u*v*,色空间。,L*,称为米制明度，