CIE颜色标准.doc

默认表情酷猴呆呆男注册 登录 LED节能灯LED照明论坛搜索帮助导航LED照明论坛 - 最专业的LED行业论坛 LED照明【综合】 CIE标准 CIE是什么 CIE1931 CIE颜色系统LED网友通讯录LED路灯测试结果返回列表 下一主题 上一主题 回复 发帖 发新话题发布投票发布悬赏发布辩论发布活动发布视频发布商品admin 发短消息 加为好友 admin 当前离线 UID1帖子243精华9积分477阅读权限200在线时间57 小时注册时间2008-6-14最后登录2009-11-26管理员1# 打印 字体大小: tT 发表于 2008-9-11 08:55 | 只看该作者 知识 CIE标准 CIE是什么 CIE1931 CIE颜色系统CIE标准, CIE是什么, CIE1931, CIE颜色系统CIE（国际发光照明委员会）：原文为Commission Internationale de LEclairage（法）或International Commission on Illumination（英）。这个委员会创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。可回溯到1930年，CIE标准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65）和阴极射线管（CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。CIE的总部位于奥地利维也纳。下载 (524.21 KB)2008-9-11 08:55CIE颜色系统颜色是一门很复杂的学科，它涉及到物理学、生物学、心理学和材料学等多种学科。颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事。现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准，但是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受。RGB模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但它是一种与设备相关的颜色模型。每一种设备(包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等)使用RGB模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能相互通用。1）简介为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型，1931年9月国际照明委员会在英国的剑桥市召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家们企图在RGB模型基础上，用数学的方法从真实的基色推导出理论的三基色，创建一个新的颜色系统，使颜料、染料和印刷等工业能够明确指定产品的颜色。会议所取得的主要成果包含：l 定义了标准观察者(Standard Observer)标准：普通人眼对颜色的响应。该标准采用想象的X, Y和Z三种基色，用颜色匹配函数(color-matching function)表示。颜色匹配实验使用2的视野(field of view)；l 定义了标准光源(Standard Illuminants)：用于比较颜色的光源规范； 定义了CIEl XYZ基色系统：与RGB相关的想象的基色系统，但更适用于颜色的计算； 定义了CIEl xyY颜色空间：一个由XYZ导出的颜色空间，它把与颜色属性相关的x和y从与明度属性相关的亮度Y中分离开； 定义了CIE色度图(CIEl chromaticity diagram)：容易看到颜色之间关系的一种图。其后，国际照明委员会的专家们对该系统做了许多改进，包括1964年根据10视野的实验数据，添加了补充标准观察者(Supplementary Standard Observer)的定义。1976年国际照明委员会又召开了一次具有历史意义的会议，试图解决1931的CIE系统中所存在两个问题：1. 该规范使用明度和色度不容易解释物理刺激和颜色感知响应之间的关系；2. XYZ系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感知的变化不一致，这个问题叫做感知均匀性(perceptual uniformity)问题，也就是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致。为了解决颜色空间的感知一致性问题，专家们对CIE 1931 XYZ系统进行了非线性变换，制定了CIE 1976 L*a*b*颜色空间的规范。事实上，1976年CIE规定了两种颜色空间，一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIELUV，另一种是用于非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 L*a*b*，或者叫CIELAB。这两个颜色空间与颜色的感知更均匀，并且给了人们评估两种颜色近似程度的一种方法，允许使用数字量E表示两种颜色之差。CIE XYZ是国际照明委员会在1931年开发并在1964修订的CIE颜色系统(CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。它使用相应于红、绿和蓝三种颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出。通过相加混色或者相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生。虽然大多数人可能一辈子都不直接使用这个系统，只有颜色科学家或者某些计算机程序中使用，但了解它对开发新的颜色系统、编写或者使用与颜色相关的应用程序都是有用的。2）CIE 1931 RGB按照三基色原理，颜色实际上也是物理量，人们对物理量就可以进行计算和度量。根据这个原理就产生了用红、绿和蓝单光谱基色匹配所有可见颜色的想法，并且做了许多实验。1931年国际照明委员会综合了不同实验者的实验结果，得到了RGB颜色匹配函数(color matching functions)，其横坐标表示光谱波长，纵坐标表示用以匹配光谱各色所需要三基色刺激值，这些值是以等能量白光为标准的系数，是观察者实验结果的平均值。为了匹配在438.1 nm和546.1 nm之间的光谱色，出现了负值，这就意味匹配这段里的光谱色时，混合颜色需要使用补色才能匹配。虽然使用正值提供的色域还是比较宽的，但像用RGB相加混色原理的CRT虽然可以显示大多数颜色，但不能显示所有的颜色。3）CIE 1931 XYZCIE 1931 RGB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。由于任何一种基色系统都可以从一种系统转换到另一种系统，因此人们可以选择想要的任何一种基色系统，以避免出现负值，而且使用也方便。1931年国际照明委员会采用了一种新的颜色系统，叫做CIE XYZ系统。这个系统采用想象的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： l 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；ll 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。根据视觉的数学模型和颜色匹配实验结果，国际照明委员会制定了一个称为 “1931 CIE 标准观察者”的规范，实际上是用三条曲线表示的一套颜色匹配函数，因此许多文献中也称为“CIE 1931标准匹配函数”。在颜色匹配实验中，规定观察者的视野角度为2度，因此也称标准观察者的三基色刺激值(tristimulus values)曲线。CIE 1931标准匹配函数中的横坐标表示可见光谱的波长，纵坐标表示基色X，Y和Z的相对值。三条曲线表示X，Y和Z三基色刺激值如何组合以产生可见光谱中的所有颜色。例如，要匹配波长为450 nm的颜色(蓝/紫)，需要0.33单位的X基色，0.04单位的Y基色和1.77单位的Z基色。 计算得到的数值(X，Y，Z)可以用三维图表示。图中只表示了从400 nm (紫色)到700 nm (红色)之间的三基色刺激值，而且所有数值都落在正XYZ象限的锥体内。可以看到： 所有的坐标轴都不在这个实心锥体内；ll 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(spectrall 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；l l 所有的可见光都在锥体上。4）CIE 1931 xyYCIE 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，1931年国际照明委员会为克服这个不足而定义了一个叫做CIE xyY的颜色空间。定义CIE xyY颜色空间的根据是，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。因此，当颜色点离开原点(X=0, Y=0, Z=0)时，X:Y:Z的比值保持不变。此外，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，并只需考虑它们的相对比例，因此，x, y, z称为三基色相对系数，于是配色方程可规格化为x+y+z=1。由于三个相对系数x, y, z之和恒为1，这就相当于把XYZ颜色锥体投影到X+Y+Z=1的平面上。由于z可以从x+y+z=1导出，因此通常不考虑z，而用另外两个系数x和y表示颜色，并绘制以x和y为坐标的二维图形。这就相当于把X+Y+Z=1平面投射到(X, Y)平面，也就是Z=0的平面，这就是CIE xyY色度图。在CIE xyY系统中，根据颜色坐标(x, y)可确定z，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5）CIE 1931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来描述颜色。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(CIE 1931 Chromaticity Diagram)。例如一个点在色度图上的坐标是x0.4832，y0.3045，那么它的颜色与红苹果的颜色相匹配。CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。E点代表白光，它的坐标为(0.33，0.33)；环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。本主题由 admin 于 2009-3-18 13:51 分类收藏 分享 评分 关注本帖的网友, 还关注: 2010第二届湖南LED光显技术及城市照明展览会 EI检索的“光学与光电子学”国际会议（SOPO2010）征文 pz 美国cree公司,led芯片品牌之首 什么是bonding？bonding技术优势和技术的应用 美国CREE大功率LED分档表 如何设计LED照明灯具 新人求助关于LED反通 认识光、演色指数 如何增加LED照明光效.pdf 北京爱尔益地 提供新型LED室内、外照明灯具和施工工程 回复 引用 订阅 TOP admin 发短消息 加为好友 admin 当前离线 UID1帖子243精华9积分477阅读权限200在线时间57 小时注册时间2008-6-14最后登录2009-11-26管理员2# 发表于 2008-9-11 08:58 | 只看该作者 CIE1931色彩空间CIE1931色彩空间维基百科，自由的百科全书跳转到: 导航, 搜索在颜色感知的研究中，色彩空间的第一个数学定义就是 CIE 1931 XYZ 色彩空间 (也叫做 CIE 1931 色彩空间)，由国际照明委员会(CIE)于1931年创立。CIE XYZ 色彩空间是从 1920 年代后期 W. David Wright (Wright 1928) 和 John Guild (Guild 1931) 做的一系列实验中得出的。他们的实验结果并合并入了 CIE RGB 色彩空间的规定中，CIE XYZ 色彩空间就从它得出。本文关注这两种色彩空间。目录隐藏1 三色刺激值 2 CIE xy 色度图 3 CIE XYZ 色彩空间定义 3.1 实验结果 CIE RGB 色彩空间 3.2 Grassmann 定律 3.3 从 WrightGuild 数据构造 CIE XYZ 色彩空间4 问题和解决 5 引用 6 参见 7 外部链接编辑 三色刺激值人类眼睛有对于短(S)、中(M)和长(L)波长光的感受器(叫做锥状细胞)。所以在原理上，三个参数描述了颜色感觉。对每个颜色关联上三个数(或三色刺激值)的任何特定方法都叫做一个色彩空间；CIE 1931 色彩空间是这种色彩空间之一。但是 CIE XYZ 色彩空间是特殊的，因为它基于人类颜色视觉的直接测定，并充当定义很多其他色彩空间的基础。在 CIE XYZ 色彩空间中，三色刺激值不是人类眼睛的 S、M 和 L 刺激，而是叫做 X、Y 和 Z 的一组三色刺激值，它们分别粗略的是红色、绿色和蓝色，并使用 CIE 1931 XYZ 颜色匹配函数来计算。由不同的各种波长光混合而成的两个光源可以表现出同样的颜色。这叫做 metamerism。当两个光源对标准观察者(CIE 1931 标准色度观察者)有相同的视现颜色的时候，它们有同样的三色刺激值，而不管生成它们的是何种光的频谱分布。编辑 CIE xy 色度图 CIE 1931 色彩空间色度图。外侧曲线边界是光谱(或单色)光轨迹，波长用纳米标记。注意描绘的颜色依赖于显示这个图象的设备的色彩空间，没有设备能有足够大色域来在所有位置上提供精确的色度表现。因为人类眼睛有响应不同波长范围的三种类型的颜色传感器，所有可视颜色的完整绘图是三维的。但是颜色的概念可以分为两部分: 明度和色度。例如，白色是明亮的颜色，而灰色被认为是不太亮的白色。换句话说，白色和灰色的色度是一样的，而明度不同。CIE XYZ 色彩空间故意设计得 Y 参数是颜色的明度或亮度的测量。颜色的色度接着通过两个导出参数 x 和 y 来指定，它们是所有三个三色刺激值 X、Y 和 Z 的函数所规范化的三个值中的两个:导出的色彩空间用 x, y, Y 来指定，它叫做 CIE xyY 色彩空间并在实践中广泛用于指定颜色。X 和 Z 三色刺激值可以从色度值 x 和 y 与 Y 三色刺激值计算回来:右侧的图象展示了相对色度图。外侧曲线边界是光谱轨迹，波长用纳米标记。注意这个色度图是指定人类眼睛如何体验给定频谱的光的工具。它不能指定物体的牙色(或印刷墨水)，因为在观察物体的时候看到的色度还依赖于光源。数学上，x 和 y 是投影坐标，色度图的颜色占据了实投影平面的一个区域。色度图展示了 CIE XYZ 色彩空间一些有趣性质:色度图展示了对一般人可见的所有色度。这个用颜色展示的区域叫做人类视觉的色域。在 CIE 绘图上所有可见色度的色域是用颜色展示的马蹄铁形状。色域的曲线边界叫做“光谱轨迹”并对应于单色光，波长用纳米标记。色域底下的直线边界叫做“紫线”，这些颜色尽管在色域的边界上，但没有匹配的单色光。更少饱和的颜色位于图形内部而白色位于中央。所有可见色度对应于 x、y 和 z 的非负值(因此对应于 X、Y 和 Z 的非负值)。如果你在色度图上选择了任何两点，则位于这两点之间直线上任何颜色都可以用这两个颜色混合出来。这得出了色域的形状必定是凸形的。混合三个光源形成的所有颜色都可以在色度图内的源点形成的三角形内找到(对于多个光源也如是)。两个同等明亮颜色的等量混合一般不位于这个线段的中点。用更一般术语说，在 xy 色度图上距离不对应于两种颜色之间的差别程度。设计了其他色彩空间(特别是CIELuv 和 CIELab)来满足这个问题。给定三个真实光源，这些光源不能覆盖人类视觉的色域。几何上说，在色域中没有三个点可以形成包括整个色域的三角形，更简单的说，人类视觉的色域不是三角形。平直能量频谱的光对应于点 (x,y) = (1/3,1/3)。编辑 CIE XYZ 色彩空间定义编辑 实验结果 CIE RGB 色彩空间CIE RGB 色彩空间是 RGB 色彩空间之一，以单色(单一波长)原色的特定集合著称。在 1920 年代，W. David Wright (Wright 1928) 和 John Guild (Guild 1931) 独立进行了一系列人类视觉实验，提供了 CIE XYZ 色彩空间规定的基础。CIE RGB 原色的色域和原色在 CIE 1931 xy 色度图上的位置。实验使用 2 度视角的圆形屏幕。屏幕的一半投影上测试颜色，另一半投影上观察者可调整的颜色。可调整的颜色是三种原色的混合，它们每个都有固定的色度，但有可调整的明度。观察者改变三种原色光的明度直到观察到混合的颜色匹配了测试颜色。不是所有颜色都可使用这种技术匹配。当没有匹配的时候，可变数量的一种原色被增加的测试颜色上，用余下两种原色混合与它匹配。对于这种情况，增加到测试颜色上原色的数量被认为是负值。通过这种方式，可以覆盖完整的人类颜色感知。当测试颜色是单色的时候，可以把使用的每种原色的数量绘制为测试颜色的波长的函数。这三个函数叫做这个特定实验的“颜色匹配函数”。CIE 1931 RGB 颜色匹配函数。颜色匹配函数是匹配水平刻度标示的波长的单色测试颜色所需要的原色数量。尽管 Wright 和 Guild 的实验使用了各种强度的各种原色，和一些不同的观察者，所有他们的结果都被总结为标准 CIE RGB 颜色匹配函数 , 和 ，它们是通过使用标准波长为 700 nm(红色)、546.1 nm(绿色)和 435.8 nm(蓝色)的三种单色原色获得的。颜色匹配函数是匹配单色测验颜色所需要的原色的数量。这些函数展示于右侧的(CIE 1931)绘图中。注意 和 在 435.8nm 处为零， 和 在 546.1nm 处为零，而 和 在 700 nm 处为零，因为在这些情况下测试颜色是原色之一。选择波长 546.1 nm 和 435.8 nm 的原色是因为它们是容易再生的水银蒸气放电的色线。1931 年选择的 700 nm 波长难于再生为单色光束，选择它是因为眼睛的颜色感知在这个波长相当不变化，所以在这个原色波长上的小误差将对结果有很小的影响。经过 CIE 的特别委员会的深思熟虑之后确定了颜色匹配函数和原色(Fairman 1997)。在图的短波和长波的侧的取舍点某种程度上是随意选择的；人类眼睛实际上能看到波长直到 810 nm 的光，但是敏感度要数千倍低于绿色光。定义的这些颜色匹配函数叫做“1931 CIE 标准观察者”。注意胜过指定每种原色的明度，这种曲线通常规范化为在其下有固定的面积。这个面积按如下规定而固定为特定值结果的规范化颜色匹配函数经常对源照度按 r:g:b 比率 1:4.5907:0.0601 缩放、和为源辐射功率按比率 72.0962:1.3791:1 缩放来重新生成真正的颜色匹配函数。通过提议标准化原色，CIE 建立了客观颜色表示法的一个国际系统。给定这些缩放了颜色匹配函数，带有频谱功率分布 I() 的一个颜色的 RGB 三色刺激值给出为:这些都是内积，并可以被认为是无限维频谱到三维颜色的投影。编辑 Grassmann 定律你可能会问:“为什么可以使用不同原色和它们的不同实际使用强度来总结 Wright 和 Guild 的结果?”还可能问: “要匹配的测试颜色不是单色会怎样?”。对这两个问题的答案在于人类色彩感知的(几乎)线性。这种线性被表达为 Grassmann 定律。CIE RGB 空间可以被用来以常规方式定义色度: 色度坐标是 r 和 g:编辑 从 WrightGuild 数据构造 CIE XYZ 色彩空间在使用 CIE RGB 颜色匹配函数开发了人类视觉的 RGB 模型之后，特殊委员会的成员希望开发出与 CIE RGB 色彩空间有关的另一个色彩空间。它假定 Grassmann 定律成立，这个新空间通过线性变换而有关于 CIE RGB 空间。新空间将以三个新颜色匹配函数来定义: 、 和 。带有频谱功率分布 I() 的颜色的对应的 XYZ 三色刺激值为给出为:在 CIE rg 色度图中展示规定 CIE XYZ 色彩空间的三角形构造。三角形 Cb-Cg-Cr 就是在 CIE xy 色度空间中的 xy=(0,0),(0,1),(1,0) 三角形。连接 Cb 和 Cr 的直线是 alychne。注意光谱轨迹通过 rg=(0,0) 于 435.8 nm，通过 rg=(0,1) 于 546.1 nm，通过 rg=(1,0) 于 700 nm。还有，均等能量点 (E) 位于 rg=xy=(1/3,1/3)。选择这个新色彩空间是因为它有如下性质:新颜色匹配函数在所有地方都大于等于零。在 1931 年，计算是凭借手工或滑尺进行的，正值的规定有用于计算简化。 颜色匹配函数精确的等于“CIE 标准适应光观察者”(CIE 1926)的适应光发光效率函数 V()。它是描述感知明度对波长的变换的亮度函数。亮度函数可以构造为 RGB 颜色匹配函数的线性组合的事实是没有任何方式来保证的，但是被认为几乎是真实的，因为人类视觉的几乎线性本质。还有，这个要求的主要原因是计算简单。 对于恒定能量白点，要求为 x = y = z = 1/3。 由于色度定义和要求 x 和 y 为正值的优势，可以在三角形 1,0, 0,0, 0,1 内见到所有颜色的色域。在实践中必须把色域完全的充入这个空间中。 可以在 650 nm 处被设置为零而仍保持在实验误差范围内。为了计算简单规定可以这样做。用几何术语说，选择新色彩空间等于在 rg 色度空间中选择一个新三角形。在右侧的图形中，rg 色度坐标展示在两个黑色轴上，还有 1931 标准观察者的色域。展示为上述要求所确定的是红色 CIE xy 色度轴。要求 XYZ 坐标非负意味着 Cr, Cg, Cb 形成的三角形必须包围标准观察者的整个色域。连接 Cr 和 Cb 的直线由 函数等于亮度函数的要求来确定，它叫做 alychne。 函数在 650 nm 处为零的要求意味着连接 Cg 和 Cr 的直线必须是 Kr 区域内的色域的切线。这定义了点 Cr 的位置。均等能量点定义自 x = y = 1/3 的要求对连接 Cb 和 Cg 的直线做了限制，最后，色域充入空间的要求对此线作了第二个限制，它要非常靠近在绿色区域的色域，这规定了 Cg 和 Cb 的位置。上面描述的变换是从 CIE RGB 空间到 XYZ 空间的线性变换。CIE 特殊委员会确定了标准变换如下:在 380 nm 到 780 nm 之间的(间隔 5 nm) CIE 1931 标准色度观察者 XYZ 函数要求 3 确定了 XYZ 颜色匹配函数的积分必须相等，可通过要求 2 确定的适应光发光效率函数的积分得到它。必须注意到制表的敏感度曲线有一定量的任意性在其中。单独的 X、Y 和 Z 敏感度曲线可以按合理的精度测量。但是整体的光度曲线(它事实上是这个三个曲线的加权和)是主观的，因为它涉及到问测试人两个光源是否有同样的明度，即使它们是完全不同的颜色。同样的，X、Y 和 Z 的曲线的相对大小(magnitude)也是任意的。你也可以定义有两倍幅值的 X 敏感度曲线的有效色彩空间。这个新色彩空间将有不同的形状。CIE 1931 和 1964 XYZ 色彩空间的敏感度曲线被缩放为有相同的曲线下面积。编辑 问题和解决 19