第二章 色度测量技术

第二章：色度测量技术及其应用,第一节：色度测量在印刷工业的应用,一、密度测量是印刷工业最常用的测量形式；不足：由于测量的是光的吸收量，所以不能很好地描述颜色特性仅有密度测量还远不够二、描述颜色的三个物理量：色相、明度、饱和度1.色相：色相是指颜色的基本特征，它是用以判别物体颜色是红、绿、黄、蓝，还是中间过渡色的感觉属性。可见光谱波长不同，表现的色相也不同。,光源的色相取决于辐射的光谱组成对人眼的刺激引起的感觉。物体的色相取决于光源的光谱组成和物体表面选择性吸收后所反射（透射）的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。,对单色光来说，色相决定于该色光的波长；红色一般指610nm以上，黄色为570600nm，绿色为500570nm，500nm以下是青以及蓝，紫色在420nm附近，其余是介于他们之间的颜色。因此，色相决定于刺激人眼的光谱成分。对复光色来说，色相决定于复色光中各波长色光的比例。不同波长的光，给人以不同的色觉。因此，可以用不同颜色光的波长来表示颜色的相貌，称为主波长。如红（700nm），黄（580nm）。,2.明度是表示物体颜色深浅明暗的特征量，是颜色的第二种属性，是物体能够对光反射多少的色彩感觉。,黑白物体,不同色彩明度不同,同一色相明度不同,彩色物体,3、饱和度饱和度是指颜色的纯洁性，也指彩色与非彩色的区别。可见光谱的中单色光是最饱和的彩色。当光谱色加入白光成分时，就变得不饱和。因此光谱色色彩的饱和度，通常以色彩白度的倒数表示。在孟塞尔系统中饱和度用彩度来表示。,物体色的饱和度取决于该物体表面选择性反射光谱辐射能力。物体对光谱某一较窄波段的反射率高，而对其它波长的反射率很低或没有反射，则表明它有很高的选择性反射的能力，这一颜色的饱和度就高。如图所示，分光反射率曲线A比曲线B显示的颜色饱和度高。,4、颜色三属性的相互关系颜色的三个属性在某种意义上是各自独立的，但在另外意义上又是互相制约的。一个颜色的某一个属性发生了改变，那么，这个颜色必然要发生改变。,为了理解颜色三特征的相互关系，可用三维空间的立体来表示色相、明度和饱和度。如图所示，垂直轴表示黑、白系列明度的变化，上端是白色，下端是黑色，中间是过渡的各种灰色。色相用水平面的圆圈表示。圆圈上的各点代表可见光谱中各种不同的色相，圆形中心是灰色，其明度和圆圈上的各种色相的明度相同。从圆心向外颜色的饱和度逐渐增加。在圆圈上的各种颜色饱和度最大，由圆圈向上（白）或向下（黑）的方向变化时，颜色的饱和度也降低。在颜色立体的同一水平面上颜色的色相和饱和度的改变，不影响颜色的明度。,颜色立体,双锥形是一种理想化的模型，在真实颜色关系中，饱和度最高的蓝色在靠近下端黑色明度较低处，饱和度最高的黄色在靠近上端白色明度较高处，因此各种色相的最大饱和度并不完全在颜色立体的中部，而且同一明度平面上的各饱和度离开垂直中性灰轴的距离也不一样，即各圆形平面并不是真正的圆形。,三维空间柱形立体：彩度代替饱和度，等彩度感觉的颜色，距离中性轴的距离相等，用同心圆柱来表示。若增加或减少物体色的明度，观察者感受到的将是明度的变化，色相和彩度仍不变。,黄、蓝、红、绿是判断彩色时的原色，称为心里原色。,例如：橙色色相用类似于黄红的程度来确定，明度用类似于白-黑的程度来确定。,三、三刺激值X、Y、Z可精确描述颜色CIE系统可以精确描述颜色,图5-24颜色匹配实验,匹配某种特定颜色所需要的三原色数量叫做三刺激值,四、色密度概念：1.色密度即颜色密度，以用途目的不同，有各种表示方法，是客观评价的一项重要内容。2.分光密度：用分光密度计测量单一波长的反射密度，每种色可用三个数值(色相、明度、饱和度)完整表示出来；3.色度：用CIE（国际照明委员会）制定的测色系统X.Y.Z三刺激值进行计算；,五、色度测量技术广泛应用印刷工业中原材料的质量控制；制定油墨、纸张标准的精确规范；灰平衡分析测量、最佳阶调的复制、不同条件下的校色；样张色彩与印刷色彩的匹配，预打样分析；分析一套油墨的再现色域和各套油墨再现色域的不同分析原稿与复制图像之间的关系印刷色彩的质量控制及分析匹配专色的组成；色度测量规范；在分色设备上进行精确校色，在印刷机上控制色彩复制。,第二节常用颜色的色表系统,颜色的色表系统,显色系统表示法：有孟塞尔、自然色、彩度顺序等,混色系统表示法：有用仪器测量色彩的CIE系统,对实际色样根据色彩外貌，按直观视觉的心理感受，将色进行有系统、有规律的归纳和排列；并给各色样相应的文字和数字标记，以及固定空间位置，做到对号入座的方法。,不需汇集实际色样样品，而是基于三原色光能够混合匹配出各种不同色彩所归纳的系统。用三原色滤色片分别测某色样的密度值，并用三个密度值表示该色样，即属于混色表示法。,一、色表系统概念、分类,二：常用表色系统:,1、孟塞尔（1929）颜色系统：,a.用色相、明度、彩度作为三维空间坐标，以按目视色彩感觉等间隔排列。用颜色立体模型表示颜色的一种系统；b.视觉等间距，分为11个在视觉上等距离的等级c.表示方法：HV/Cd.可以作为比较其他表色系统的标准方法使用；,孟塞尔颜色立体如图所示，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。,孟塞尔颜色立体示意图,在孟塞尔系统中，颜色样品离开中央轴的水平距离代表饱和度的变化，称之为孟塞尔彩度。彩度也是分成许多视觉上相等的等级。中央轴上的中性色彩度为0，离开中央轴愈远，彩度数值愈大。该系统通常以每两个彩度等级为间隔制作一颜色样品。各种颜色的最大彩度是不相同的，个别颜色彩度可达到20。,孟塞尔颜色立体水平剖面上表示10种基本色。它含有5种原色：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）和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。,孟塞尔色相的标定系统,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,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,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。如图5-19所示，是颜色立体5Y和5PB两种色相的垂直剖面。中央轴表示明度值等级1-9，右侧的色相是黄（5Y）。当明度值为9时，黄色的彩度最大，该色的标号为5Y9/14，其它明度值的黄色都达不到这一彩度。中央轴左侧的色相是紫蓝（5PB），当明度值为3时，紫蓝色的彩度最大。该色的标号：5PB3/12。,孟塞尔颜色立体的Y-PB垂直剖面,孟塞尔颜色立体的明度值5水平剖面,明度值为5的水平剖面，在明度值为5的条件下，红色（R）的彩度最大，黄色（Y）的彩度最小。,孟塞尔显色系统的特点：1.相等的色差，给出相等的视觉差异，但只限于C光源的照明情况；2.把三刺激值转换成孟塞尔值很复杂；3.是一种科学的方法，带有Y、x、y数据，作为其它系统比较的标准。,应用：印刷色彩标准化、数据化。,2、CIE（1931）RGB系统：,a.是根据莱特和吉尔德分别实验的结果，取其平均数规定为标准色度观察者光谱三刺激值；b.光源：A、B、C、Dc.该系统为定义遵循加色法定律的彩色光设计；d.应用在软打样及彩色桌面出版系统,CIE1931色品图,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）。,实验时，匹配光谱每一波长为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，记为因此，匹配波长为的等能光谱色C（入）的颜色方程为C（入）=,CIE-RGB光谱三刺激值,横坐标：待测色光和三原色光的波长。纵坐标：等能待测色的光谱三刺激值。,此图是由实验得出的,1931CIERGB色度图,CIErg色度图,1931CIERGB色度图特点：把颜色用马蹄形表示出来，本身的色度图即为色域图。但是标定光谱色的原色出现负值，计算不方便，不好理解，所包围的三角形也不特殊。因此，1931年CIE推荐一个色度系统，即1931CIEXYZ系统。,3、1931CIE-XYZ标准色度系统,所谓1931CIE-XYZ系统，就是在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CIE-RGB系统中的光谱三刺激值和色度坐标r、g、b均变为正值,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）,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颜色空间的的色度坐标x、y、z。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。,CIE1931xy色度图,特点：解决了负值，使马蹄形曲线包含在直角三角形中，但只适合2市场的观察条件。,CIE-XYZ光谱三刺激值：,由色度坐标的定义知:,且,在计算三刺激值时，规定函数所以：,这样就完成了RGB系统向XYZ系统的线性变换，这一变换的特点：变换后的光谱三刺激值和色度坐标均为正值。变换后的三刺激值与波长曲线如下：,光谱三刺激值,CIE1931Yxy表色方法,在xy色度图中，如果将光谱轨迹上表示不同色光波长点与色度图中心的白光点E相连，则可以将色度图划分为各种不同的颜色区域，如果能计算出某颜色的色度坐标x、y，就可以在色度中明确地定出它的颜色特征。,例如：青色样品的表面色色度坐标为x=0.1902、y=0.2302，它在色度图中的位置为A点，落在蓝绿色的区域内。,色度坐标只规定了颜色的色度，而未规定颜色的亮度，所以若要唯一地确定某颜色，还必须指出其亮度特征，也即是Y的大小。,既有了表示颜色特征的色度坐标x、y，又有了表示颜色亮度特征的亮度因数Y，则该颜色的外貌才能完全唯一地确定。,由物体三刺激值计算Yxy的公式为：Y=Yx=X/（X+Y+Z）y=Y/（X+Y+Z）,由Yxy计算物体三刺激值：X=xY/yY=YZ=(1-x-y)Y/y,4、CIE1976色度空间,（1）、CIE1976色度空间及色差公式,CIE1976空间由CIEXYZ系统通过数学方法转换得到，转换公式为：,其中X、Y、Z是物体的三刺激值；X0、Y0、Z0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。,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，如图所示。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。,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,明度差：L*=L*1-L*2色度差：a*=a*1-a*2b*=b*1-b*2,总色差：,特点：1.是一个匀色系统；2.当色差大于视觉的识别阈限（恰可识别）而又小于孟塞尔系统中相邻色差时，能较好的反映物体色的心理感受效果。3.不能计算饱和度,应用：颜色、染料、油墨行业色空间转换、色彩管理,CIElab颜色空间坐标图,5、CIE1976L*u*v*均匀颜色空间及色差公式,是在CIE1931和CIE1964基础上改进产生的.a.CIE1964均匀颜色空间空间坐标为：U*、V*、W*其中U*V*为色度指数，W*为明度指数,其中,UV_颜色样品的色度坐标；U0V0_测色时所用光源的色度坐标,特点：1.引入了明度指数，将Y与U、V连续，三维空间。2.可以计算两个颜色的色差,b.CIE1976L*u*v*均匀颜色空间,在坐标系中将V的坐标增加50%而改善u.v色度图的均匀性，使视觉感受的色差比其它系统表现得更均匀；,其中,+u*红,-u*绿,+v*黄,-v*蓝,色度坐标u、v是CIE1931xy色度坐标的线性变换，色度图仍然保留马蹄形轨迹，与xy色度图比较，视觉上均匀性有很大的改善。,应用：光源色、彩色电视行业,C.CIEL*a*b*与L*u*v*匀色空间的选择与使用,都是在视觉上近似均匀的色空间和色差公式。根据研究与使用调查表明，这两个眼色空间对视觉的均匀程度，基本上相同。孟塞尔色卡中的恒定色相轨迹和恒定彩度