测色及计算机配色(第二版)(第一、二章).ppt

测色与计算机配色,（第二版）,第一章 第二章,作者：,刘建勇,Email:,jianyong1964 ,Tel:[phone],感觉是认识的开端,知识的源泉,客观世界,听觉,视觉,味觉,嗅觉,神经系统,对外界现象和事物产生认识,什么,颜色,？,视觉是感觉中重要的一种,眼睛是一种高级的光学系统，能够反映外界物体的形状和颜色,人的眼睛仅对,380,780nm,的光波敏感,颜色视觉决定于光源（,illuminant,）、,物体（,object,）、,观测者（,observer,）,太阳,视 觉 现,象,每个人对色彩的感受不一样,错 觉 现 象,被观察物体的背景、物体的大小和形状等常常引起人们对颜色的错觉,眼 前 的 色,环,颜,色 相 同,吗,?,眼 前 的 色,环,颜,色 相 同,吗,?,色 彩,视 觉,测 试,色 彩,视 觉,测 试,世界上,超,过,2,亿,人在判,别颜,色,时,有,视觉,上的障,碍,超,过,8,%,的,男性有,这,方面的,障碍,仅,有,0.5,%,的,女性有,这,方面的障,碍,不同的,测试过程会,有不同的,结果,人类视觉障碍率统计数据,北美 8.00%,欧,洲 8.76%,西,欧,9.31%,中,国,6.15%,日本 4.50%,亚洲,6.00%,在生产和贸易过程中，如何避免视觉上的错误呢？,我,们,需要一,种,可靠,评,定,颜色,的方式,请看“,NEXT”是如何运作的？,颜色的数字信息,31,组反射率值,织物样品,NEXT,NEXT,颜色标准,样品,光源,电子信号,光电二极管阵列,单色光镜,反射率,样品颜色的表征,NEXT,反射率数据,布样,分光光度计,NEXT,反射率数据,波谱曲线,NEXT,反射率数据,波谱曲线,R,/%,/nm,根据色差值判断,CMC,色差公式,以,色差值,判断颜色的视觉差异,E=0,完美匹配,E=0.3,刚可察觉,E,0.8,可接受,E,1.2,拒绝,NEXT,R,/%,R,/%,/nm,/nm,色度学,（,colorimetry,）,研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学。,以,物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理学,等学科为基础（还应包括,现代工业技术,）,以统一的标准，对颜色做定量的描述和控制。,本课程的学习目的和意义,学习该课程，能够掌握颜色以及颜色测量和评价的基本理论。,熟悉颜色计算。,了解配色的基本实施过程及影响配色结果的各种因素,使学生在今后的生产和研究工作中能够正确处理颜色的评价、,远程传递,和计算机配色等各种问题。,参考书,测色及电子计算机配色,，董振礼、郑宝海、轷桂芬编，中国纺织出版社出版,测色配色,CAD,应用手册,，“纺织工业,CAD,系列丛书”金远同、李勤等编著，中国纺织出版社出版,色度学,，荆其诚等，科学出版社出版,颜色科学,，何国兴，东华大学出版社出版,计算机测色与配色新技术,，徐海松，中国纺织出版社出版,可,见,光,区,域,第一章 光与色的基础知识,第一节 光 与 色,一、光,可见光与电磁波波长的关系,l,Cosmicrays,X,射线,UV,IR,电磁波,可见光波长范围,物理学意义：,380,780nm,人的颜色视觉意义：,400,700nm,比视感度,红,色,480,560 nm,黃 色,560,590 nm,二、光的色散,牛頓,三棱镜色彩实验,光 源,三棱镜,白 色光,紫,青,蓝,绿,黄,橙,红,可,见,光,谱,物理学概念：,复色光：由不同波长的光组合在一起的光。,单色光：单一波长的光，如激光。,颜色测量中光的概念与物理学概念的区别：,较窄波长范围内的光（物理学中仍然认为是不同波长的光组成的复色光）在颜色测量中通常被看成是单色光。,三、物体的颜色,物体显示颜色的原因：对光的选择性吸收。,/,nm,R,/%,R,/%,/,nm,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,400,500,600,700,R,/%,/nm,纤维材料的折光系数、织物组织等。,如：纤维中染料的多少,还原染料皂煮前后的色光变化,物体颜色的决定因素：,物体的,色泽,决定于吸收光的,波长,，如吸收,400,420nm,的光，显示,黄色,；吸收,560nm,左右的绿光,，则显示,紫色,。,颜色的,纯度,决定于反射率曲线的形状。,物体颜色的,深浅,决定于,反射率,的高低，这与物体中的,有色物质浓度,和,有色物质的状态,、物体的,表面积大小,、,表面性质,、照明,光源,以及,入射角,大小等物理因素有关。,超细纤维不容易染深色，原因：颜色,=,镜面反射的白光,+,内部反射的彩色。表面积大，反射白光成分比例多，颜色浅。,镜,面光反射,散射光反射,固定式的穿透,散射式的穿透,光照射至物体会产生,:,A,观察者,B,观察者,高,镜面光物体表面,光源,平,滑 光,泽,面,略,平,滑 光,泽,面,A,观察者,B,观察者,低,光泽表面物体或略粗糙的物体表面,光 源,散 射 光 反 射,织物纹路表面,A,观察者,B,观察者,少量的镜面光反射效果,光 源,散 射 光 反 射,正 常 的 穿 透,光照射至透明物,体后,光波,会,穿透此物,体,而透射出光,线,。,一 般 的,传,送 方 式,透 射,吸 收,光 的 散 射,半 透 明 物,体,光照射至半透明物,体后,某些波,长会,穿透此物,体,有些色光,会,散射,出而,无法经,此,半,透明物,体,透射出,。,散 射 式 的 穿 透,四、人的视觉系统,视网膜,眼角膜,透视膜,虹 膜,光 源,瞳 孔,光 源,视觉神经,眼 睛,2,视,角,1931,10,视,角,1964,2,10,人眼睛的视觉特性：,1,.,视角,视角为被观察对象的大小对人眼睛形成的张角。其大小决定视网膜上投影的大小。,CIE,观测者,视角,的特征：,tan =,A,：,物体面积的大小,;,D,：,物体与眼睛之间的距离。,因此，视角的大小决定于：（,1,）物体面积的大小；,（,2,）物体与眼睛的距离。,距离一定，物体大，则视角大；,同一物体，距离眼睛越近，视角越大。,视角与颜色视觉有关系吗？,有！,因为感受颜色的视觉细胞在,视网膜上的分布是不均衡的。,2.,明视觉、暗视觉,明亮条件下，人们可以分辨物体的细节和颜色。,黑暗条件下，人们只能分辨物体的大致轮廓，分辨不出物体的细节和颜色。,原因：人眼的视网膜中，有两种不同的感光细胞分别在不同条件下执行不同的视觉功能，这是,视觉的二重性，或称明视觉、暗视觉特性。,界于明视觉和暗视觉之间此时人的视觉功能最差，两种细胞均只有微弱的视觉功能。,解剖学和神经生理学证明，视网膜中存在,杆体细胞,（黑暗中分辨轮廓）和,锥体细胞,（明亮条件下分辨颜色和细节）。,间视觉也称微明视觉。,光 源,视 网,膜 的 中 央,窝,杆,体,细,胞,锥,体,细,胞,锥体细,胞,（,约,650,万,个）,:,布满,在,视网膜,中心,处（,14,万,16,万,/mm,2,）,。,当视角为,2,时，物体像落在该处。,是,判,断,色彩,变化,的,感应细,胞。,在日光下感,应,非常敏,锐,。,杆体细,胞,（约,1,亿,个）,:,布满,在,视网,膜周,围,。,判,断,明,与,暗,变,化的感,应,细胞,。,在昏暗光源下特別敏,锐,。,锥体细胞和杆体细胞在视网膜上的分布,3.,光谱光视效率函数,V,(,),555nm,绿 黄,507nm,绿,暗视觉,光谱光,视效率,V,（,）,明视觉,光谱光,视效率,V,（,）,4.,颜色视觉,（,1,）颜色辨认,视网膜的颜色区（见右图）,颜色辨认,(,视力正常的人,可以辨认,400,700nm,的各种颜色）,红,700nm 640750nm,橙,620nm 600640nm,黄,580nm 550600nm,绿,510nm 480550nm,蓝,470nm 450480nm,紫,420nm 400450nm,1,2,3,1,中央窝,2,中间区或红绿盲区,3,全色盲区,贝措德 布吕克效应,（,Bezold-Br,cke,effect),人的,视觉对不,同波长光的颜,色辨认 精 度,不 同，除 了,黄（,572nm,）、,绿（,503nm,）、,蓝（,478nm,）,外，其他波长,的颜色随光的,强度而变化。,572,503,478,660,626,（,2,）,颜色对比,视场中，相邻区域的两个不同颜色的,相互影响叫做,颜色对比。,每种颜色都可以在其周围诱导出其补色，,如,红,绿,、,黄,蓝,等。因此，在一种颜色的背,景上,观察另一种颜色，由于颜色对比，两颜色会相互影响，色调会向另外一种颜色的补色方向变化。如果两种颜色互为补色，则彼此加强饱和度。,观察纺织品颜色时应避免对比效应的干扰。,第一节 光 与 色,（,3,）颜色适应,人眼在颜色的刺激作用下，所造成的颜色视觉,变 化,称为,颜色适应。,对某一颜色的光适应后，再观察另外一种颜色，后者的颜色会发生变化。,颜色适应规律：,对某一颜色光适应后，再观察其他颜色，明度会降低。,饱和度变化与两颜色的色相有关。两颜色互为补色时，饱和度会提高，否则饱和度降低。,研究颜色适应规律在实际中的意义,先后在两种不同的光源下观察颜色，必须考虑前一光源对视觉颜色适应的影响。,在同一光源下观察颜色，周围还有其他颜色的光时，要考虑周围光颜色适应的影响。,颜色匹配的恒定性,如果两种颜色用眼睛看来是一样的，即两种,颜色相匹配,。,如果两种相匹配的颜色，即使在不同的颜色适应下观察，两种颜色仍然始终一样，这种现象叫做,颜色匹配的恒定性,。,第二节 颜色的分类和特征,一、颜色的分类,自然界的颜色可以简单地分为,无彩色,和有,彩色,两大类。,1.,无彩色,无彩色（消色）：只有明度，无色相和彩度的颜色，包括白（最高）、灰、黑（最低）三种颜色。,测色学中，将理想的“白”和绝对的“黑”也归入无彩色之列。,无彩色对可见光各个波长的吸收都没有明显的选择性（图,1-12,所示）。,白色：各波长的反,射率均大于,80%,。,纯白,理想的完全,反射物体，反射,率为,1,。,黑色：各波长的,反射率均小于,4%,。,纯黑,理想的完全,无反射物体，反,射率为,0,。,图,1-14,2.,有彩色,无彩色以外的各种颜色，,都称为有,彩色,有彩色都对可见光内,某一,部分波长,有比较明显的吸,收（如右图）。,可以用反射率曲线表示有,彩色吸收和反射的特征。,图,1-15,反射率是指在可,见,光,谱内,光照射,于,物,体,上,后,所反射出,的,光量,与,标准白板反射光量,的比率,。,实际测试的,反射率值,是,根据,分光光度,仪测量,色,样,与积分,球壁,的,反射光量,后,比,较并计算,出,的,一,种,数据。,色,样,的反射率值就如同每,个,人的身,份证号码,无,法仿冒,。,400,6.25,560,3.26,420 3.35,580,7.34,440,1.96,600,16.25,460,1.40,620,30.50,480,1.22,640,47.47,500,1.21,660,63.72,520,1.34,680,76.26,540,1.78,700,82.48,反射率,值,可,视为,色,样,的身,份证,明文件,色,样经,分光,测,色,仪,器解析,后,可,得到,不同波长,下,的,反射率值(以,%,表示),。,/,nm,/,nm,R,/,%,R,/,%,反 射 率 曲,线,波,长,/,nm,蓝色样曲线,反 射 率 曲,线,波,长,/,nm,黄色样曲线,反 射 率 曲,线,波,长,/,nm,红色样曲线,反 射 率 曲,线,波,长,/,nm,绿色样曲线,二、颜色的特征,客观地研究颜色的特征，首先要排除干扰因素（物体形状、大 小、性 质、用途、背景等）的影响 非相关色（例如测色仪对颜色的测量，更客观）。,孟塞尔卡集是在特定背景下，以人眼的视觉观察结果为依据制定的，更接近人的感觉，但是容易受到人种、个体、情感、习惯等的影响，更主观些。,饱满,(,Fuller,),或,稀薄,(,Thinner,),较,深,(,Darker,),或,较浅,(,Lighter,),较,明亮,(,Brighter,),或,较,平淡,(,Flatter,),较鲜艳,(,Brighter,),或,较暗淡,(,Duller,),饱和度高,(,More Saturate,),或,饱和度底,(,Less Saturate,),色相,(,Hue,),通常人们对,色彩的描述,标准样,太,深,太,浅,色 彩 的 描 述,标准样,较亮,较暗,标准样,偏绿,偏红,无论是主观的观察，还是客观的,测试，共同的研究结果是：自然界的所有颜色可以用：,明度（,l,ightness,）,色相（,h,ue,）,饱和度（,s,aturation,）,三个属性来描述。,颜色的三维空间描述,饱和度,明度,色相,颜色的三维空间描述,明度,明亮或暗淡,色度,浓或淡,色相,红或黄,L*,C*,h,ab,系统,颜色空间,1,.,明度,表示物体明亮程度的一种属性。,彩色光的亮度越高，人眼就越感觉 明亮。在物理上表现为物体表面的光反射率越高，明度就越高。,颜色的第一维度,明度,色相,(,Hue,),红,:,偏,蓝,(,b,luer,）,或,偏,黄,(,y,ellower,）,黄,:,偏,红,(,r,edder,),或,偏,绿,(,g,reener,),绿,:,偏,黄,(,y,ellower,),或,偏,蓝,(,b,luer,),蓝,:,偏,绿,(,g,reener,),或,偏,红,(,r,edder,),2.,色相,色 彩 的 描 述,色相是彩色彼此相互区分的特性。,在物理学中表现为可见光的光谱波长不同。在,视觉上表现为,红,、,橙,、,黄,、,绿,、,蓝,、,紫,等各种色调。,在人的视觉中，物体表面色的色相决定于三方面：,照明体光源的光谱组成；,物体对光的吸收和反射特性；,不同观察者的差异。,波,长,/,nm,绿色样反射率曲线,反射率,/%,颜色的第二维度,色相,3.,饱和度,饱和度是指彩色的纯度（纯洁度）。,可见光中的单色光是最饱和的彩色，饱和度为,1,。,单色光中掺入白光成分越多，饱和度就越低。,物体色的饱和度决定于该物体表面反射光谱的选择程度。对光谱某一较窄波段的反射率越高，而对其他波长无反射或反射率很低，表明有很高的光谱选择性，这一颜色的饱和度就越高。,波,长,/,nm,绿色样反射率曲线,反射率,/%,颜色的第三维度 饱和度,明度,、,色相,、,饱和度,三者之间,不是简单的线性关系。,例如,明度,决定颜色的,浓淡,；而,饱和度,和颜色的,鲜艳度,有关。但是鲜艳度不能代表饱和度，因为饱和度是,色度学,概念，是,客观,的；而鲜艳度则是,主观,的，受,精神和心理因素,影响较大。,第三节 颜色的混合,两束,不同波长的光,叠加在一起，与两种,不同颜色的颜料,混合在一起，混合的规律一样吗,？,光,的,直接,混合,加法混色,用于颜,色测量。,颜料、油漆、染料、滤光片的（,经过选,择性吸收后的反射光或透射光,）混合或叠加,减法混色,可以用于染 色、印 花 配,色。,红、绿、蓝,三,种,色光混色,后会,形,成,加,和,反应,愈混愈白,且使用,这,三,种,色光的不同能量混合,会,产生,出各,种,不同的色彩,。,红、绿、蓝,三,种,色光,的能量相同,时产,生白色,。,1854,年,由,格拉斯曼,(,H.Grassmann,),将颜色混合现象,总结成颜色混合定律,。,一、加法混色,加法混色即各种不同颜色光的加和。三个原色光为红、绿、蓝。,加 法,混 色,红,色 光,与,绿,色 光,加 法,混 色,红,色 光,、,绿,色 光,、,蓝,色光,加 法,混 色,红,色 光,、,绿,色 光,、,蓝,色光,格拉斯曼颜色混合定律：,人的视觉只能分辨颜色的三种变化，即,明,度、色相、饱和度,。,在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。并据此导出两个定律。,补色定律：每种颜色都有一种相应的,外貌,。如果某一颜色与其补色以,适当比例,混合，便产生白色或灰色；如果按照,其他比例,混合，便产生近似,比重大的颜色,成分的,非饱和色,。,纯度高,+,补色,=,纯度低,中间色定律：任何两个非补色相混合，便产生,中间色,，其,色相,决定于两颜色的相对数量，其,饱和度,决定于两者在色相顺序上的远近。,3.,颜色外貌相同的光，不管其,光谱组成,是否一样，在颜色混合中具有相同的效果。并由此定律导出,颜色的代替律,：相似色混合后仍然相似。,即 若,A,=,B,；,C,=,D,则,A,+,C,=,B,+,D,或,A,+,B,=,C,X,+,Y,=,B,则,A,+,X,+,Y,=,C,存在同色异谱现象,4.,亮度相加定律：混合色的总亮度等于组成,混合色的各颜色光亮度的总和。,加法混色方式：,光的直接混合。,观察距离很小的两个颜色时，由于人眼不能分辨而产生的混色。,两个颜色频繁交替作用于人眼，如转盘式混色装置、彩电等。,荧光增白,=,蓝紫光（吸收紫外线转化而来）,+,黄光,吸收白光中的黄光，而出现蓝色，因对入射光有吸收而损失强度，故亮度下降,入射光为白光，织物对蓝紫光有弱选择吸收，因而反射光显黄色，而且强度因吸收而减弱,纺织印染实例,：,二、减法混色,使入射光减弱的混色过程称减法混色。,光照射在物,体上,通常,会,吸收部,分,色光,因此,某些色光,将不会,反射,或透射。,透明,物体,在色彩,减,法,混色,中,会,包含穿透性,与,吸,收性,，,但不包含散射性,，,如滤光片。,非透明物体,在色彩,减,法,混色,中有吸收性,与,散射性,，,如纺织品,染色,。,黄色滤光片,蓝色滤光片,透射光,绿色,根据加法规 律：,应 该 是 白 色。,实际呢？,绿色。,因此此时混色规律是减法性。,通过,蓝色,滤光片,的,蓝色,+,通过,黄色,滤光片 的,黄,色,=,什么效果？,减法混色三原色：,黄,、,品红,、,青,减 法 混 色,品,红,色,减 法 混 色,品,红,色,与,黃 色,减 法 混 色,品,红,色、,黃 色、青 色,减法混色特点：,混合后样品的亮度与加法混色相反，是,降低,的。,减法混色的结果不容易预测（不直观）。,减法混色的应用：,滤光片叠加,摄影,染料混合,染色,CI,E,是一,个,国际,性的,组织,其最主要的工,作是,研究,颜色的科学表达以及,彼此,之间,的色差,比,色方法,也,从,事照明,体,的研究工作,。,CIE,的,全名,为,Commission,Internationale,de,lEclairage,.,又,称,之,为,国际,照明,体,委,员会,。,第二章,CIEXYZ,表色系统,CIE,第一节 引言,如何科学表达描述颜色？,人在大脑中产生的视知觉可以分为,明暗知 觉,和,颜色知觉,。,一般把引起,颜色知觉,的光称为,色刺激（,color stimulus),。,表示由于,色刺激,而产生的,色知觉,的体系称 作,表色系统（,color specification system,）。,色度学是从,20,世纪,30,年代才开始发展起来的一门新兴学科，它主要以颜色的表示、测量、计算为主要研究内容。,色度学可以把颜色用一组特定的参数定量地表示出来。而依据这些相关参数，又可以反过来把相应的颜色复制出来。从此使颜色的评价实现了定量化。这样在对颜色的准确评价、人与人之间在颜色方面的交流、颜色的远程传递等诸多方面，都带来了极大的方便。,CIEXYZ,表色系统，正是适应这样的要求而建立的，它是色度学中颜色的表示以及颜色相关参数计算的基础。,色度学是研究颜色测量的一门涉及面很广的新兴科学，它是包括物理学、视觉生理学、视觉心理学、心理物理学在内的一门综合性学科。,第二节,CIE1931,RGB,表色系统,现代色度学采用的是,CIE,所规定的一套,颜色测量原理,、,数据,和,计算方法,，统称为,CIE,标准色度学系统。,这一系统以两组基本视觉实验数据为基础。,CIE1931,标准色度观察者，适用,1,4,视场的颜色测量。,CIE1964,补充标准色度学观察者，适用大于,4,视场的颜色测量。,一、颜色匹配实验,颜色的匹配即把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法。,根据格拉斯曼,颜色混合定律，相互代替的颜色可以通过颜色匹配实验找到。,颜色匹配实验方法：,颜色光的匹配实验。,颜色转盘实验,传统方法。,C,B,R,G,A,A,调节明度,B,蓝,R,红,G,绿,C,被匹配颜色,颜色转盘实验,传统方法,白,屏幕,黑挡屏,颜色光的匹配实验,红,绿,蓝,光谱,单色光镜,实验结果表明：,红,、,绿,、,蓝,不是,唯一,的三原色，只要三个颜色中任何一个都不能由其余两个颜色相加混合得到，三个颜色就可以是三原色。,红,、,绿,、,蓝,组成的三原色产生的颜色范 围,最广,，是最优的三原色。,三原色组成颜色的光谱组成与匹配颜色的光谱组成可能不一致,同色异谱,的颜色匹配。,人的眼睛,对红、黄、蓝敏感的三种视觉细胞,RGB,感,觉,器 官,大,脑,白色物,体,红,绿,蓝,视 觉,化 的 三 原 色 原 理,感,觉,器 官,大,脑,红,色物,体,红,绿,蓝,视 觉,化 的 三 原 色 原 理,感,觉,器 官,大,脑,黃色物,体,红,绿,蓝,视 觉,化 的 三 原 色 原 理,L,M,S,转换数据,大,脑,红,绿,黃,蓝,黑(暗),白(明),锥,体,细,胞,眼 睛,色彩在大,脑,中之,处,理,过,程,眼睛,无,法描述出,颜,色的波,长范围。,人眼,对,光的感受基本上是由,红,、,绿,、,蓝,三,种,色光,组,合而成的。,人眼,会将,Y-B,、,R-G,与,明暗,编码后,再由,视觉,神,经,将,此,讯号传,送至大,脑。,大,约,有,8,%,的男性,与,0.5%,的女性,对,判色有困,难，无法,正,确,判定,颜色。,观 测,者,(,人 眼,),二、,RGB,表色系统的提出,根据颜色匹配实验，三原色不是唯一的，这为理论研究和实际应用带来了混乱，为了统一色度数据，,CIE,根据大量的实验材料，选定了三色系统 的 三原色。,红：波长,700nm,，,位于可见光谱长波末端。,绿：波长,546.1nm,，,水银光谱。,蓝：波长,435.8nm,，,水银光谱。,上述三种单色光都容易精确产生。,700nm,光谱光视效率,=0.0041,546.1nm,光谱光视效 率,=0.98433,435.8nm,光谱光视效率,=0.01777,V,(,),V,(,),波长,/nm,等能白光,E,：,一种连续光谱的标准白色，并且其辐射功率对于各波长均相等（,E,光源，色温,5500K,）。,将等能白光,E,作为标准，用上述三原色混合，按照下列条件调整其光通量,(,亮度比率,),R,、,G,、,B,得到与等能白光,E,相匹配的白光。,R,G,B,=1 4.5907 0.0601,：,：,：,：,根据亮度相加定律：,混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和，则混合白光的亮度为：,1+4.5907+0.0601=5.6508(,lm,),l,m,：,光通量单位,1,l,m,的频率为,54010,12,z,、辐通量为,1/673,的单色辐射的光通量。,为了计算方便，分别把（,R,）,=1 lm,；,（,G,）,=4.5907 lm,；（,B,）,=0.0601,l,m,作为单位量“,1”,来看。则：,白光的光通量,E,=1,（,R,）,+1,（,G,）,+1,（,B,）,对于任一待匹配的颜色亮度,C,：,C,=,R,（,R,）,+,G,（,G,）,+,B,（,B,）,其中：,R,、,G,、,B,为混色比例，表示匹配,C,需要多少个（,R,）、（,G,）、（,B,）,单位。,完全可以,决定,C,的颜色。,因此在色度学中，把,R,、,G,、,B,称三刺激值。,即一组三刺激值可以表示一个颜色。,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，所以红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光,公式：,C,=,R,（,R,）,+,G,（,G,）,+,B,（,B,）,称为,颜色方程式。,其中,R,（,R,）、,G,（,G,）、,B,（,B,）,称为颜色分量。,R,、,G,、,B,称为三原色亮度系数。,三、色度坐标,在颜色匹配实验中，为了表示,R,、,G,、,B,三原色各自在,R,+,G,+,B,总量中的相对比例，我们引入色度坐标,r,、,g,、,b,。,r,=,R,/,K,g,=,G,/,K,b,=,B,/,K,由于,K,=,R,+,G,+,B,故,r,+,g,+,b,=1,这样将原来的三维空间直角坐标，变成了二维平面直角坐标。知道其中两个，第三个就可以知道。将,r,值对,g,作图，得,r,g,色度图。,光谱色的轨迹,原色光,G,（,0,，,1,）,纯紫,轨迹,等能光谱,E,r,=,g,=1/3,自然界所有颜色,原色光,R,（,1,，,0,）,原色光,B,（,0,，,0,）,r,g,色度图,r,、,g,称作,色度坐标,舌形曲线称,为光谱轨迹,z,四、,CIE1931 RGB,表色系统,物体颜色决定于什么？,首先是物体对光的吸收和反射特性，即决定于反射光在可见范围内的分布（,客观的）。,还要决定于人眼的视觉特性（,主观的）。,研究色度学是为了科学表达颜色，且要符合,人眼,观察结果，而不同人的视觉特性又有,差异,，我们应当如何办？,标准色度观察,者是一,组数据,主要,用于,描述人眼,对于,色彩感知,变化情况,它是根,据,W.D.Wright,在,1928,年与,J.Guild,在,1931,年,人眼,对颜,色的,实验发,展出,来的,理,论,。,此,实验,是,将,各,种,波段,的,目标测,色光源投射在白幕上,找,约,100,个,判色能力正常的人做,实验,再依照每,个,人的判色能力,让,判色者自己,调 整,R,、,G,、,B,三,种,色光,得到观测者认为目标测,色光,与,自己所,调,出的光最吻合,的,色光,最后,收集,这些,人所判定出,的,各,种,不同光源,的,能量值而,定义,出人眼,的,三,刺,激,值,r,(,),、,g,(,),、,b,(,),。,标准色度观察者,调整,R,、,G,、,B,光源，直,到与左图的蓝光色对色,为止,测试实验,莱特的实验条件：,三原色波长,650nm,、,530nm,、,460nm,；,10,名观,察者；,2,视场,吉尔德实验条件：,滤光片产生三原色波长,630nm,、,542nm,、,460nm,；,7,名观察者；,2,视场。,CIE,将两人实验中的三原色转换成波长,700nm,、,546.1nm,、,435.8nm,作为标准，选若干视力正常人对等能光谱逐一进行颜色匹配，得出了现在正式公布的,“,CIE1931RGB,标准色度观察者光谱三刺激值”,(,教材中表,2-1,）,“,CIE1931RGB,标准色度观察者光谱三刺激值”,代表了人眼睛的,平均视觉特性,，作为,标准,，可以用于,色 度 计算,。,波长,400nm,的紫色三刺激值为,r,=0.00030,g,=-0.00014,b,=0.01214,波长,500nm,的蓝色三刺激值为,r,=-0.07173,g,=0.08536,b,=0.04776,光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系,:,例如：波长,660nm,红色,在,rg,色度图上的色度坐标：,因为,r,=0.05932,g,=0.00037,b,=0.00000,所以,b,=,0,r,=0.05932/(0.05932+0.00037+0.00000)=,0.99380,g,=0.00037/(0.05932+0.00037+0.00000)=,0.00620,波长,660nm,红色,r,=,0.99380,g,=0.00620,z,x,CIE1931RGB,表色系统的特点：,r,(,),、,g,(,),、,b,(,),的值由实验得到，可以直接用于颜色计算。,计算过程出现,负值,，计算复杂,不容易理解。,因此，,CIE,通过了新的用于色度学计算的系统,CIE1931,XYZ,表色系统。,例如,=510nm,时，,r,值出现负值,-,0.08901,）,实验时需要将红光加在被匹配光上。,第三节,CIE1931,XYZ,表色系统,CIE1931,XYZ,表色系统需要解决的三个问题：,将,CIE,RGB,系统中的光谱三刺激值,r,(,),、,g,(,),、,b,(,),和色度坐标,r,、,g,、,b,均变为正值。,充分发扬,r,g,色度图中,540,700nm,段的直线关系，使计算 变简单；另外，要将光谱轨迹内的真实颜色都落在假 想 的三刺激值所包围的三角形内，并减少三角形内假想 色 的数量。,用一个值直接表示亮度，计算时更方便。,一、,CIERGB,表色系统与,CIEXYZ,表色系统的转换关系,要建立满足上述条件的,CIE,1931XYZ,系统，就需要在,RGB,系统的基础上，用数学方法，选用,三个理 想的原色,来代替实际的三原色，从而将,CIERGB,表 色系统中的光谱三刺激值,r,(,),、,g,(,),、,b,(,),和色 度 坐标,r,、,g,、,b,均变为正值。,选择的三个理想的原色（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。,如何选择三个假想原色,？,包围整个光谱轨迹，,如右图所示之,XYZ,。,这样在这个,XYZ,系统,中所得到的光谱三 刺,激值,x,(,),、,y,(,),、,z,(,),和色度坐标,x,、,y,、,z,将完全变成,正值。,Y,X,其在,r,-,g,坐标体系 中的位置可以用下面直线方程表示。,r,+0.99,g,1=0,把此直线作为新系统中假想原色的,XY,边，如右图所示。,rg,色度图中,540,700nm,段的直线关系,。,最后 规 定,XZ,（,右图）的亮度为零，,XZ,线称 为 无 亮 度 线（,alychne,),。,线上各点只有色度，没有亮度。而,Y,既 有 色度，又有亮度。这样 用,XYZ,计算,色度时的亮 度 计算较方便。,另外再找一条线，与光谱轨迹上波长,503nm,处靠近。这条直线的方程是：,1.45,r,+0.55,g,+1=0,Y,Z,X,该线上,各点的亮度都为“,0”,无亮度线,XZ,在,r,g,色度图中的位置：,据,CIERGB,三原色亮度关系：,R,：,G,：,B,=,1,：,4.5907,：,0.0601,某一颜色的亮度方程为：,Y,=,r,+4.5907,g,+0.0601,b,若此颜色在无亮度线上，则,Y=0,即：,r,+4.5907,g,+0.0601,b,=0,在,r,g,色度图中，,r,+,g,+,b,=1,故上式经过数学处理得：,0.9399,r,+4.5306,g,+0.0601,b,=0,XZ,无亮度线方程,(,X,):,r,=1.2570,g,=-0.2778,b,=0.0028,(,Y,):,r,=-1.7392,g,=2.7671,b,=-0.0279,(,Z,):,r,=-0.7431,g,=0.1409,b,=1.6022,XY,、,XZ,、,YZ,三条直线的交点，就是假想三原色在,r,-,g,色度图中的坐标。,二、,CIE1931 XYZ,表色系统色度坐标,参照,r,-,g,色度坐标的方,法：,z,=,Z,/(,X,+,Y,+,Z,),x,+,y,+,z,=1,为了方便，将,XYZ,三,角形转变为直角三 角,形，其色度坐标为,x,、,y,。,逐点计算就可以得到色度,图的光谱轨迹,CIE1931,xy,色度图。,经,数学变换,，两组颜色空间的三刺激值有,以下关系：,X,=0.490,R,+0.310,G,+0.200,B,Y,=0.177,R,+0.812,G,+0.011,B,Z,=0.010,G,+0.990,B,两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：,X,=,（,0.490,r,+0.310,g,+0.200,b,）,/,（,0.667,r,+1.132,g,+1.200,b,）,Y,=,（,0.117,r,+0.812,g,+0.010,b,）,/,（,0.667,r,+1.132,g,+1.200,b,）,Z,=,（,0.000,r,+0.010,g,+0.990,b,）,/,（,0.667,r,+1.132,g,+1.200,b,）,只要知道某一颜色的色度坐标（,r,、,g,、,b,）,，即可以求出它们在新设想的三原色,XYZ,颜色空间的色度坐标,x,、,y,、,z,。,通过上式的变换，对光谱色或一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能 白光的色度坐标仍然是（,0.33,，,0.33,），没有改变。,三、,CIE1931XYZ,标准色度观察者光谱,三刺激值,CIE1931XYZ,光谱三刺激值,x,(,),、,y,(,),、,z,(,),又称为“,CIE1931,标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“,CIE,标准色度观察者”，在物体颜色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。,CIE1931XYZ,系统光谱三刺激值与,CIE1931RGB,系统光谱三刺激值之间的转换关系（,CIE,推荐）：,x,(,)=2.7696,r,(,)+1.7518,g,(,)+1.13014,b,(,),y,(,)=1.0000,r,(,)+4.5907,g,(,)+0.0601,b,(,),z,(,)=0.0000,r,(,)+0.0565,g,(,)+5.5942,b,(,),CIE,标准色度观察者光谱三刺激值,x,(,),、,y,(,),、,z,(,),曲线，分别代表匹配等能光谱在不同波长所需要的三原色光的数量。,无负数,波长,400nm,的紫色三刺激值为,x,=0.0143,y,=0.0002,z,=0.0362,波长,500nm,的蓝色三刺激值为,x,=0.0049,y,=0.3230,z,=0.2720,若,X,代表x,(,),所占的总面积；,Y,代表,y,(,),所占,的总面积；,Z,代表,z,(,),所占的总面积。则,X,、,Y,、,Z,代表匹配等能白光,E,时所需要的原色光,(,X,)(,Y,)(,Z,),的数量。也就是等能白光的三刺激值。,匹配等能白光,E,所需要的原色光,Z,的数量,/nm,三刺激值,表,2-2,的,分布系数,即,CIE,标准,色度观察者光谱三刺激,值,x,(,),、,y,(,),、,z,(,),，,代表匹配等能光谱在不,同波长所需要的三原色,光的数量。,色度坐标,x,(,),、,y,(,),、,z,(,),，代表不同波长的等能光谱在,CIE1931,xy,色度图中的坐 标 位置。,X,=69.74;,Y,=74.79;,Z,=12.57;,则,x,=69.74/157.1=0.44,y,=74.79/157.1=0.47,x,=0.44,y,=0.47,2,视,角,1931,10,视,角,1964,2,10,CIE1931,标准观察者各个参数适合视场范围在,1,4,，主要是锥体细胞在起作用，其与日常观察习惯有差距。因此需要更接近实际观察条件的新标准。,第四节,CIE1964XYZ,补充色度学系统,CIE,标准色度观察者,。,。,CIE1964XYZ,补充色度学系统是一套适合,10,大视场,的新标准，不仅视网膜中央凹的锥体细胞发挥作用，而且中央凹周围的杆体细胞也发挥一定的作用，更接近,人的实际视觉特性,。,同,CIE1931,标准色度学系 统 一 样，不 仅 有,CIE1964RGB,系统补充色度观察者光谱三刺 激 值（表,2-3,、图,2-7,）,，,也有,CIE1964,补充色度观察 者,光谱三刺激值和色度图（表,2-4,、图,2-8,、图,2-9,转换方法与,CIE1931RGB,系统向,CIE1931XYZ,系统转换的方法相同）。且两种系统光谱三刺激值曲线非常类似（,不重合,）。,表明视网膜上中央凹外部的杆状细胞对波长短的光波感受性更强,CIE1964RGB,系统向,CIE1964XYZ,系统的转换关系：,x,10,(,)=2.7696,r,10