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色度学基础知识介绍 张世晓 2009 5 122 人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理 CIE1931 Yxy CIE1931 Yxy 1976 UCS1976 UCS色度图色度图 色温 相关色温色温 相关色温 混色原理混色原理 色度测量方法色度测量方法 我公司色度测量和修改实例我公司色度测量和修改实例 大纲大纲大纲大纲 2009 5 123 人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理 色彩是一种视觉感受 客 观世界通过人的视觉器官 形成信息 使人们产生对 它的认识 人类解析颜色受光 源 光线反射 透 射 的主体 观察 者的眼睛和脑影响 2009 5 124 人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理 锥状细胞 分辨颜色 杆状细胞 分辨亮度 细胞类型功能数量位置 7百万 中央黄斑和 中央凹 黄斑 2mm 外 1亿两 千万 分辨波长 锥状细胞分辨 颜色 400 700nm 杆状细胞分辨 亮度 400 600nm 杆体细胞光敏感度比锥体细胞高500倍 人的眼睛对亮度亮度变化比色彩色彩色彩色彩变化更敏感 2009 5 125 颜色的基本特征颜色的基本特征颜色的基本特征颜色的基本特征 色调 hue 物体反射的光线中以哪种波长占优势决定的 不同波长产生不同颜色的感觉 色调是颜色最重要的特征 他决定了颜色本质的基本特征 饱和度 chroma 颜色的鲜明程度 在物体发射光的组成中 白色光越少则色彩饱和度越大 在颜色中加入白色越多 其饱和度越小 一般来说 在中等亮度下 颜色的饱 和度是最大的 亮度 value 刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应 提高饱和度 提高亮度 2009 5 126 CIE 1931CIE 1931CIE 1931CIE 1931配色函数曲线配色函数曲线配色函数曲线配色函数曲线 对人类的眼睛研究以后 得到了CIE 1931配色函数曲线 此图描述的是人眼对 假想的三原色X0 Y0 Z0 的感应度 原色 X0 饱和度比光谱红还高 的红紫色 原色 Y0 饱和度比520nm光谱 绿还搞的绿 原色 Z0 饱和度比477nm光谱 蓝还搞的蓝 2009 5 127 三刺激值与色度坐标三刺激值与色度坐标三刺激值与色度坐标三刺激值与色度坐标 ZYX Y y ZYX X x 色度坐标 三刺激值 物体反射率 光源能量分布配色函数中三刺激函数 校 正 系 数 引入k的目的是使 X Y Z 三值不受d 大小影响 而由P 及 R 来决定 并且指定理相无荧光的标准白对所有波长的反 射率均为100 即标准白的Y值为100 波长间隔 一般为20nm 2009 5 128 CIE 1931 YxyCIE 1931 YxyCIE 1931 YxyCIE 1931 Yxy 色度图色度图色度图色度图 XYZ三刺激值是最基本的 数据 已经包含了亮度 和色度信息 其中Yxy中的Y就是XYZ中的Y 表示亮度 xy表示色度 根据XYZ值绘制出了 1931 Yxy色度图 1931系统的缺点是图表上相等的距离 不 表示相同的色彩感知差别 因为人眼的感知 是非线性的 ZYX Y y ZYX X x 2009 5 129 CIE 1976 UCS CIE 1976 UCS CIE 1976 UCS CIE 1976 UCS 色度图色度图色度图色度图 1976年制定 UCS Uniform Chromaticity Scale 均匀色度图 u 4X X 15Y 3Z v 9Y X 15Y 3Z 提供一种在大致相同的亮 度下 人的感知更统一 更均匀的 色空间 ZYX X 315 4 3122 4 yx x ZYX Y 315 9 3122 9 yx y u v 1976 UCS色度图与1931 Yxy 色度图转换关系 2009 5 1210 色温 相关色温色温 相关色温色温 相关色温色温 相关色温 色温的概念起源于物体被加热至不同温度时 它会表现出相对应的不同颜色 当 温度升高时 物体的辐射会改变 导致颜色的变化 色相的范围可在CIE色度图上显 示为一条曲线 这条线称作黑体 辐射轨迹 或叫普朗克轨迹 当 温度上升时 颜色会从深红色转 为橙色 黄色 白色直至最终的 略带蓝色的白色 大多数的自然 光源 例如太阳光 星光和火的 色彩温度特性 都非常接近普朗 克轨迹 2009 5 1211 色温 相关色温色温 相关色温色温 相关色温色温 相关色温 当光源发出的光接近但不吻合于黑 体辐射时 色温的概念就需要被延 伸出去 这时如果要来描述这样一 类光源发射的光 就要用相关色温 CCT 的概念 黑体辐射的色温与这样一类光源发 射光的色温是相接近的 相关色温 是由光源色彩所在点的等温线计算 所得的 等温线是一些直线 同一 线上各点的颜色看起来是相同的 而 uv表示该颜色与黑体轨迹的色 差 最大的色差大小 uv为 0 02 2009 5 1212 色温 相关色温色温 相关色温色温 相关色温色温 相关色温 室溫黑 800紅 3 000黃白 4 000白 5 000 白 8 000 白 黑體溫 K 發出光色 60 000深 方晴空8000 8500 K 陰天6500 7500 K 夏日正午陽光5500 K 複 屬燈4000 4600 K 下午陽光4000 K 色螢光燈4000 5000 K 水銀燈3750 3450 K 暖色螢光燈2500 3000 K 鹵素燈3000 K 鎢絲燈2700 K 高壓鈉燈1950 2250 K 光 源色 溫 燭2000 K 2009 5 1213 混色原理混色原理混色原理混色原理 加色法加色法 从黑色开始 也就是从没有光 线便没有色彩 对于发出的光可以由红绿蓝三 原色以不同比例结合时产生 减色法 减色法 当光线透过颜料或有色物体所吸收 或减去某些波长而剩下的光线 减色法的主色为青品红黄 能组合 成红绿蓝等二次色 等量的三主色 组合时理论上应该成为黑色 2009 5 1214 混色原理混色原理混色原理混色原理 色光加色法色料减色法 三原色 R G BY M C 色彩法则 R B Y G B C R B M R G B W W M R M C B Y C G Y M C W 实质 色光相加 加入原色光 光 能量增大 色料混合 减去原色光 光能量 减小 效果 亮度增大亮度减小 呈色方法 同时加色法 继时加色法 空间加色法 色料搀合 透明色层叠合 补色关系 补色光增加 越加越亮补色料相加 越加越暗 应用 彩色电影 电视 测色计彩色绘画 摄影 印染 染色 两种混色方法的比较 2009 5 1215 色度测量方法色度测量方法色度测量方法色度测量方法 光源的 三刺激値数据 X Y Z 人眼 仪器 的 配色函数曲线 光源的光谱 辐射值 其中Y是亮度值 X Z是色度值 2009 5 1216 色度测量方法色度测量方法色度测量方法色度测量方法 标准光源 A光源 色温为2856K的充气钨丝灯泡为代表 光谱能量主要集中在红外线内 看起 来不如太阳光白 带橙红色 B光源 在A光源基础上加一组特定的滤光片 产生相关4874K的辐射 代表中午平均 直射阳光 是黄色成分较多的日光 C光源 是在A光源基础上增加另一组特定滤光片 产生出相关6774K的辐射 它金丝 于淡云天空的反射光 含蓝色成分多 曾被认为是是较好的日光代表 D光源 代表300 830nm内的天然日光 在试验室中勇高压氙灯或荧光灯加滤色片来 模拟相当于6500K时的色温 目前常被用作彩色电视标准光源 E光源 是一种假想的 等量白光 相关色温为5500K 实际上并不存在 为简化色 度学计算而假设的 CIE 标准光源 2009 5 1217 色度测量方法色度测量方法色度测量方法色度测量方法 光谱辐射测定方法是目前最精确 也是最完整的描述色彩的方法 光谱能量 分布曲线可以用来作简单的目测分析 也可以和另一种光源的曲线数据作比 较 最好的应用是将光谱数据和CIE的配色函数曲线一起作积分 得到CIE三刺 激值 然后将三刺激值通过公式转换 计算得出各种CIE色度坐标和亮度 值 也就是我们通常所接触到的色空间 ZYX Y y ZYX X x 色度坐标 三刺激值 物体反射率 光源能量分布 配色函数 正 规 化 系 数 2009 5 1218 色度测量方法色度测量方法色度测量方法色度测量方法 2009 5 1219 色度测量方法色度测量方法色度测量方法色度测量方法 三刺激测量法 三刺激测量法 此方法测量速度快 测量范围广 传感器精度与CIE曲 线的吻合度总是有限的 一些小的误差偏离会存在于 测量仪器的敏感度曲线上 在测量一些整个可见光谱 段放射连续能量的光源时 这些小的误差可以被忽略 掉 但是 如果光谱的谱线比较特殊或带宽非常窄 那么测量就可能出现较大误差 因此 三滤光片测色 仪通常不适用于测量谱线特殊的光源或谱线带宽非常 狭窄的光源 如高压放电灯 LED 两种色度测量方法比较 分光型测量法 分光型测量法 分光型测量法是测量光源光谱能量分布的最理想 仪器 不仅能测量辐射度值或光度值 还可以测 量色度值 这种仪器测量光源的辐射光谱 并计 算得到所需的参数 无论是使用光栅分光 还是 用棱镜分光 仪器测得的光源数据都是一致的 无热能辐射体 能量分布带宽非常狭窄的一些物 体 都只能使用分光辐射度计测量 但其测量速度较慢 价格高和携带不方便 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 380430480530580630680730780 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 380430480530580630680730780 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 2 380430480530580630680730780 x2 y z 2009 5 1220 我公司使用色度测试仪器及其测试项目我公司使用色度测试仪器及其测试项目我公司使用色度测试仪器及其测试项目我公司使用色度测试仪器及其测试项目 我公司使用色度测试仪器 色彩辉 计 1 12 000 000cd m2 辉 精 2 5cd m2以上 4 1 5cd m2 色 精 0 03 分光放射计 0 1 300 000cd m2 辉 精 2 1cd m2以上 3 0 1 1cd m2 色 精 0 005 编号评价项目使用设备测试结果表示方法 1Flicker三轴平台量测系统 BM 7A F flicker dB 20Log Af Am Af 为时域信号在示波器上经过FFT变换后转变为频域信号后在half frame frequency的信号强度 2Response Time三轴平台量测系统 BM 7A Response time定义为显示画面从白画面转变为黑画面的时间 上升时 间Tr 与从黑画面转变为白画面的时间 下降时间Tf 之和 3 Brightness Contrast Ratio Uniformity 三轴平台量测系统 SR 3A Brightness Uniformity Lmin Lmax X 100 测量9点黑画面 白画面辉度 4Cross Talk三轴平台量测系统 SR 3A U U U 100 U 画面辉度为白画面辉度一半的辉度 U 中心区域变为黑画面时的辉度 5Gamma Curve三轴平台量测系统 SR 3A G L GL L 0 L TOP L 0 GL gray level 辉度随灰阶变化的曲线 6Chromaticity三轴平台量测系统 SR 3A 量测R G B W图片记录各图片色度 记录白 红 绿 蓝的色坐标值 计算NTSC值并记录于文档中 7Transmittance三轴平台量测系统 SR 3A 测量样品中心点的辉度 移开样品 测量背光中心点的辉度 只提供 背光电源时透过cell的辉度 背光辉度 8V T Curve三轴平台量测系统 SR 3A 依次改变灰阶使得cell两端的电压差变化 记录样品中心点辉度大 小 将量测的辉度转变为穿透率 做出穿透率与cell两端电压差的曲 线图 定义横 纵坐标依次为电压和穿透率 9Vgh Vgl Margin三轴平台量测系统 SR 3A 稳压供应Vgh Vgl的电压在 12v到 1v的范围内变化 CR为90 MAX时 的电压值对比Vgl建议值 得到两者的电压差 此即为Vgl margin 稳压供应Vgl Vgh的电压在1v到20v的范围内变化 CR为90 MAX时的 电压对比Vgh建议值 得到两者的电压差 此即为Vgh margin 色度仪器测试适用项目 2009 5 1221 色度修改实例色度修改实例色度修改实例色度修改实例 ColorCo