测色和计算机配色

1、约克夏化工1实验员系列培训-色度学和电脑测配色约克夏（中国）贸易有限公司2014年5月约克夏化工2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。约克夏化工3什么什么颜色颜色？概述q人的眼睛仅对380780nm的光波敏感q颜色视觉决定于光源（illuminant）、 物体（object）、观测者（observer）太阳约克夏化工4视 觉 现 象 每个人对色彩的感受不一样约克夏化工5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

2、们对颜色的错觉约克夏化工6q眼 前 的 色 环 颜 色 相 同 吗?约克夏化工7色 彩 视 觉 测 试约克夏化工8色 彩 视 觉 测 试约克夏化工9q 世界上超过2亿人在判别颜色时有视觉上的障碍q 超过8%的男性有这方面的障碍q 仅有0.5%的女性有这方面的障碍q 不同的测试过程会有不同的结果约克夏化工10 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%约克夏化工11 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？约克夏化工12颜色的数字信息31 组

3、反射率值织物样品NEXT颜色标准约克夏化工样品样品光源光源电子信号电子信号光电二极管阵列光电二极管阵列约克夏化工14反射率数据布样布样分光光度计分光光度计NEXT反射率数据约克夏化工15波谱曲线波谱曲线NEXT反射率数据波谱曲线波谱曲线R/%/nm约克夏化工 根据色差值判断根据色差值判断CMC色差公式色差公式以色差值以色差值判断颜色的视觉差异判断颜色的视觉差异E = 0 完美匹配完美匹配 E = 0.3 刚可察觉刚可察觉 E 0.8 可接受可接受 E 1.2 拒绝拒绝NEXTR/%R/%/nm/nm约克夏化工17可可 见见 光光 区区 域域光与色的基础知识光与色的基础知识 第一节 光 与 色

4、一、光一、光约克夏化工18约克夏化工19q可见光波长范围可见光波长范围 物理学意义：物理学意义：380380780nm780nm 人的颜色视觉意义：人的颜色视觉意义：400400700nm700nmq比视感度比视感度红红 色色480 560 nm黃黃 色色 560590 nm约克夏化工20二、光的色散二、光的色散 牛頓三棱镜色彩实验光光 源源三棱镜三棱镜白白 色光色光紫紫青青蓝蓝绿绿黄黄橙橙红红可可 见见 光光 谱谱约克夏化工21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

5、的光组成的复色光）在颜色测量中通常被看成是单色光。约克夏化工22三、物体的颜色三、物体的颜色物体显示颜色的原因：对光的选择性吸收。物体显示颜色的原因：对光的选择性吸收。/nmR/%R/%/nm约克夏化工230 0101020203030404050506060707080809090100100400400500500600600700700 R R/%/% /nm/nm约克夏化工24物体颜色的决定因素：q物体的色泽决定于吸收光的波长，如吸收400420nm的蓝光，显示黄色；吸收560nm左右的绿光，则显示紫色。q颜色的纯度决定于反射率曲线的形状。q物体颜色的深浅决定于反射率的高低，这与物体中

6、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。约克夏化工25q 镜镜面光反射面光反射q 散射光反射散射光反射q 固定式的穿透固定式的穿透q 散射式的穿透散射式的穿透约克夏化工26平 滑 光 泽 面约克夏化工27散散 射射 光光 反反 射射约克夏化工28散散 射射 光光 反反 射射约克夏化工29正 常 的 穿 透 光照射至透明物光照射至透明物体后体后 , 光波光波会会穿透穿透此物此物体体而透射出光而透射出光线线。约克夏化工30一 般 的 传 送 方 式透透 射射 吸吸 收收约克夏化工31光光 的的 散散 射射半半 透透 明明 物物 体体 光照射

7、至半透明物光照射至半透明物体后体后 , 某些波某些波长会长会穿透此物穿透此物体体 , 有些色光有些色光会散射会散射出出而而无法经无法经此此半半透明物透明物体体透射出。透射出。约克夏化工32散散 射射 式式 的的 穿穿 透透约克夏化工33四、人的视觉系统四、人的视觉系统约克夏化工34视网膜视网膜眼角膜眼角膜 透视膜透视膜虹虹 膜膜光光 源源瞳瞳 孔孔光光 源源视觉神经视觉神经眼 睛约克夏化工352视角视角 193110视视 角角 1964210人眼睛的视觉特性：人眼睛的视觉特性：1.视角视角 视角为被观察对象的大小对人眼睛形成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

8、。的张角。其大小决定视网膜上投影的大小。CIE 观测者约克夏化工36视角视角的特征：的特征： tan = A：物体面积的大小物体面积的大小; D：物体与眼睛之间的距离。物体与眼睛之间的距离。 因此，视角的大小决定于：（因此，视角的大小决定于：（1 1）物体面积的大小；）物体面积的大小； （2 2）物体与眼睛的距离。）物体与眼睛的距离。 距离一定，物体大，则视角大；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。同一物体，距离眼睛越近，视角越大。22AD约克夏化工37视角与颜色视觉有关系吗？视角与颜色视觉有关系吗？有！有！ 因为感受颜色的视觉细胞在因为感受颜色的视觉细胞在视网膜上

9、的分布是不均衡的。视网膜上的分布是不均衡的。约克夏化工382.2.明视觉、暗视觉明视觉、暗视觉 明亮条件下，人们可以分辨物体的细节明亮条件下，人们可以分辨物体的细节和颜色。和颜色。 黑暗条件下，人们只能分辨物体的大致黑暗条件下，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。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感光细胞分别在不同条件下执行不同的视觉功能，这是功能，这是视觉的二重性，或称明视觉、暗视觉的二重性，或称明视觉、暗视觉特性。视觉特性。约克夏化工39 解剖学和神经生理学证明，视网

10、膜中存在解剖学和神经生理学证明，视网膜中存在杆体细胞杆体细胞（黑暗中分辨轮廓）和（黑暗中分辨轮廓）和锥体细胞锥体细胞（明亮条件下分辨颜色和细节）。（明亮条件下分辨颜色和细节）。间视觉也称微明间视觉也称微明视觉。视觉。光光 源源视视 网网 膜膜 的的 中中 央央 窝窝杆杆 体体 细细 胞胞锥锥 体体 细细 胞胞约克夏化工40q锥体细锥体细胞胞（约（约650650万万个）个）: 布满布满在在视网膜视网膜中心中心处（处（14万万16万万/mm2）。 当视角为2时，物体像落在该处。 是是判判断断色彩色彩变化变化的的感应细感应细胞。胞。 在日光下感在日光下感应应非常敏非常敏锐锐。q杆体细杆体细胞胞（约（

11、约1 1亿亿个）个）: : 布满布满在在视网视网膜周膜周围围。 判判断断明明与与暗暗变变化的感化的感应细胞应细胞。 在昏暗光源下特別敏在昏暗光源下特別敏锐锐。锥体细胞和杆体细胞在视网膜上的分布锥体细胞和杆体细胞在视网膜上的分布约克夏化工41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400700nm的各种颜色）红红 700nm 640750nm橙橙 620nm 600640nm黄黄 580nm 550600nm绿绿 510nm 480550nm蓝蓝 470nm 450480nm紫紫 420nm 400450nm约克夏化工42（2）颜色对比颜色对比 视场中，相邻区

12、域的两个不同颜色的视场中，相邻区域的两个不同颜色的相互影响叫做相互影响叫做颜色对比。颜色对比。 每种颜色都可以在其周围诱导出其补色，每种颜色都可以在其周围诱导出其补色，如如红红绿绿、黄黄蓝蓝等。因此，在一种颜色的背等。因此，在一种颜色的背景上景上, ,观察另一种颜色，由于颜色对比，两颜色会观察另一种颜色，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。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。观察纺织品颜色时，应避免对比效应的干扰。约克夏化工43（3

13、 3）颜色适应）颜色适应 人眼在颜色的刺激作用下，所造成的颜色视觉人眼在颜色的刺激作用下，所造成的颜色视觉变变 化化称为称为颜色适应。颜色适应。 对某一颜色的光适应后，再观察另外一种颜色，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。后者的颜色会发生变化。颜色适应规律：颜色适应规律：q对某一颜色光适应后，再观察其他颜色，明度会降低。对某一颜色光适应后，再观察其他颜色，明度会降低。q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。饱和度会提高，否则饱和度降低。约克夏化工44q研究颜色适应规律在实际中

14、的意义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。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。光时，要考虑周围光颜色适应的影响。约克夏化工45第二节第二节 颜色的分类和特征颜色的分类和特征一、颜色的分类一、颜色的分类 自然界的颜色可以简单地分为自然界的颜色可以简单地分为无彩色无彩色和有和有彩色彩色两大两大类。类。1.1.无彩色无彩色q无彩色（消色）：只有明度，无色相和彩度的颜色，无彩色（消色）：只有明

15、度，无色相和彩度的颜色，包括白（最高）、灰、黑（最低）三种颜色。包括白（最高）、灰、黑（最低）三种颜色。q测色学中，将理想的测色学中，将理想的“白白”和绝对的和绝对的“黑黑”也归入无也归入无彩色之列。彩色之列。q无彩色对可见光各个波长的吸收都没有明显的选择性无彩色对可见光各个波长的吸收都没有明显的选择性（图（图1-121-12所示）。所示）。约克夏化工46q白色：各波长的反白色：各波长的反 射率均大于射率均大于80%80%。纯白纯白理想的完全理想的完全 反射物体，反射反射物体，反射 率为率为1 1。q黑色：各波长的黑色：各波长的 反射率均小于反射率均小于4%4%。纯黑纯黑理想的完全理想的完全

16、无反射物体，反无反射物体，反 射率为射率为0 0。图1-14约克夏化工472.2.有彩色有彩色 无彩色以外的各种颜色，无彩色以外的各种颜色，都称为有都称为有彩色彩色q有彩色都对可见光内有彩色都对可见光内某一某一 部分波长部分波长有比较明显的吸有比较明显的吸 收（如右图）。收（如右图）。q可以用反射率曲线表示有可以用反射率曲线表示有 彩色吸收和反射的特征。彩色吸收和反射的特征。 图1-15约克夏化工48 反射率是指在可反射率是指在可见见光光谱内谱内光照射光照射于于物物体体上上后后所反射出所反射出的的光量光量与标准白板反射光量与标准白板反射光量的比率。的比率。实际测试的实际测试的反射率值反射率值是

17、根据是根据分光光度分光光度仪测量仪测量色色样样 与积分与积分球壁球壁的的反射光量反射光量后后, , 比比较并计算较并计算出出的的一一种种 数据。数据。色色样样的反射率值就如同每的反射率值就如同每个个人的身人的身份证号码份证号码, , 无无法仿冒。法仿冒。约克夏化工49反射率反射率值值可可视视为为色色样样的身的身份份证证明文件明文件 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/nmR/ %R/ %约克夏化工50反 射 率 曲 线波波 长长/nm蓝色样曲线蓝色样曲线约克夏化工51反 射 率 曲 线 波波 长长/nm黄色样曲线黄色样曲线约克夏化工52反 射 率 曲

18、线 波波 长长/nm红色样曲线红色样曲线约克夏化工53 反 射 率 曲 线波波 长长/nm绿色样曲线绿色样曲线约克夏化工54标准样标准样太太深深太太 浅浅色 彩 的 描 述约克夏化工55标准样标准样较亮较亮较暗较暗约克夏化工56标准样标准样偏绿偏绿偏红偏红约克夏化工57 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（ 色相（ 饱和度（ 三个属性来描述。约克夏化工58明度明度明亮或暗淡饱和饱和度度浓或淡色相色相红或黄约克夏化工591. .明度明度 表示物体明亮程度的一种属性。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。彩色光的亮度越高

19、，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，在物理上表现为物体表面的光反射率越高，明度就越高。明度就越高。约克夏化工60约克夏化工61约克夏化工62 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。约克夏化工63q色相 (Hue) 红: 偏蓝 (bluer）或 偏黄 (yellower） 黄: 偏红 (redder) 或 偏绿 (greener) 绿: 偏黄 (yellower) 或 偏蓝 (bluer

20、) 蓝: 偏绿 (greener) 或 偏红 (redder) 2.2.色相色相色色 彩彩 的的 描描 述述约克夏化工64约克夏化工65 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。约克夏化工66第三节第三节 颜色的混合颜色的混合 两束两束不同波长的光不同波长的光叠加在一起，与叠加在一起，与两种两种不同颜色的颜料不同颜色的颜料混合在一起，混合的混合在一起，混合的规律一样吗规律一样吗？ 约克夏化工67减法混色三原色：减法混色三原色：黄黄、

21、红红、蓝蓝约克夏化工68减减 法法 混混 色色 红红 色色 + 黃黃 色色约克夏化工69减减 法法 混混 色色 红红 色色+ +黃黃 色色+ +蓝蓝 色色约克夏化工70qCIECIE是一是一个国际个国际性的性的组织组织, , 其最主要的工其最主要的工作是作是研究研究颜色的科学表达以及颜色的科学表达以及彼此彼此之间之间的色差的色差 比比 色方法色方法, ,也也从从事照明事照明体体的研究工作。的研究工作。 qCIECIE的的全名全名为为 Commission Internationale Commission Internationale de lEclairagede lEclairage. .

22、 又又称称之之为国际为国际照明照明体体委委 员会员会。 CIEXYZ表色系统表色系统CIE约克夏化工71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）。约克夏化工72CIEXYZ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。 约克夏

23、化工73 CIE1931RGB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。约克夏化工74约克夏化工75视视 觉觉 化化 的的 三三 原原 色色 原原 理理约克夏化工76视 觉 化 的 三 原 色 原 理约克夏化工77视 觉 化 的 三 原 色 原 理约克夏化工78LMS转换数据转换数据大大 脑脑红红 绿绿黃黃 蓝蓝黑黑 ( 暗暗 )白白 ( 明明 ) 锥锥 体体 细细 胞胞眼

24、眼 睛睛 色彩在大色彩在大脑脑中之中之处处理理过过程程约克夏化工79q眼睛眼睛无无法描述出法描述出颜颜色的波色的波长范围。长范围。q人眼人眼对对光的感受基本上是由光的感受基本上是由红红、绿绿、蓝蓝三三种种色光色光组组合合而成的。而成的。q人眼人眼会将会将 Y-BY-B、 R-G R-G 与与明暗明暗编码后编码后, , 再由再由视觉视觉神神经经将将此此讯号传讯号传送至大送至大脑。脑。q大大约约有有 8 8% %的男性的男性与与 0.5% 0.5% 的女性的女性对对判色有困判色有困难，无难，无法法正正确确判定判定颜色。颜色。观 测 者 (人 眼 ) 约克夏化工80二、二、RGBRGB表色系统的提出

25、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，为了统一色度数理论研究和实际应用带来了混乱，为了统一色度数据，据，CIECIE根据大量的实验材料，选定了三色系统根据大量的实验材料，选定了三色系统 的的 三原色。三原色。q 红：波长红：波长700nm700nm，位于可见光谱长波末端。，位于可见光谱长波末端。q 绿：波长绿：波长546.1nm546.1nm，水银光谱。，水银光谱。q 蓝：波长蓝：波长435.8nm435.8nm，水银光谱。，水银光谱。 上述三种单色光都容易精确产生。上述三种单色光都容易精确产生。约克夏化工

26、812 视视角角 193110 视视角角 1964210 CIE1931CIE1931标准观察者各个参数适合视场范围在标准观察者各个参数适合视场范围在1 1 4 4 ，主要是锥体细胞在起作用，其与日常观察习惯有差距。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。因此需要更接近实际观察条件的新标准。第四节第四节 CIE1964XYZ补充色度学系统补充色度学系统CIE 标准色度观察者标准色度观察者。约克夏化工82太阳太阳钨丝灯泡钨丝灯泡CWF CWF 冷冷 白白 荧荧 光光 灯灯一一 些些 常常 见见 的的 光光 源源约克夏化工83昼光色、荧光灯光源光源色温色

27、温/K晴天室外光13000 全阴天室外光6500白天直射日光555045 斜射日光48006500氙灯5600炭精灯55006500常见光源色温常见光源色温色温是光源的重要色温是光源的重要指标，一定的色光指标，一定的色光具有一定的相对能具有一定的相对能量分布：当黑体连量分布：当黑体连续加热，温度不断续加热，温度不断升高时，其相对光升高时，其相对光谱能量分布的峰值谱能量分布的峰值部位将向短波方向部位将向短波方向变化，所发的光带变化，所发的光带有一定的颜色，其有一定的颜色，其变变 化化 顺顺 序序 是是 红、黄、蓝、红、黄、蓝、白。白。 约克夏化工84同 一 物 体 在 不 同 光 源 下 会 显 现 不 同 颜 色光光 源源 会会 影影 响