色彩空间与色度学基础

1、三原色三原色等量等量叠加：叠加：R Red+ed+GGreen=reen=Y YellowellowR Red+ed+B Blue =lue =MMagentaagentaGGreen+reen+B Blue=lue=CCyanyanR Red + ed + G Green + reen + B Blue = Whitelue = White700 546.1 435.8 nm700 546.1 435.8 nmRGBYMCWu 色色光连续变化规律光连续变化规律由两种色光组成的混合色中，如果一种色光连续变化，混合色的外貌由两种色光组成的混合色中，如果一种色光连续变化，混合色的外貌也连续变化。也

2、连续变化。 可以通过色光的不等量混合实验观察到这种混合色的连续变化。红光可以通过色光的不等量混合实验观察到这种混合色的连续变化。红光与绿光混合形成黄光，若绿光不变，改变红光的强度使其逐渐减弱，可以与绿光混合形成黄光，若绿光不变，改变红光的强度使其逐渐减弱，可以看到混合色由黄变绿的各种过渡色彩，反之，若红光不变，改变绿光的强看到混合色由黄变绿的各种过渡色彩，反之，若红光不变，改变绿光的强度使其逐渐减弱，可以看到混合色由黄变红的各种过渡色彩。度使其逐渐减弱，可以看到混合色由黄变红的各种过渡色彩。u补色律补色律 每一个色光都有一个相应的补色光，某一色光与其补色光以适当比例每一个色光都有一个相应的补色

3、光，某一色光与其补色光以适当比例混合，便产生白光，混合，便产生白光，最基本最基本的互补色有三对：的互补色有三对：红红- -青，绿青，绿- -品红，蓝品红，蓝- -黄。黄。 补色的一个重要性质：一种色光照射到其补色的物体上，则被吸收。补色的一个重要性质：一种色光照射到其补色的物体上，则被吸收。如用蓝光照射黄色物体，则呈现黑色。如用蓝光照射黄色物体，则呈现黑色。u中间色律中间色律 任何两种非补色光混合，便产生中间色。其颜色取决于两种色光的相任何两种非补色光混合，便产生中间色。其颜色取决于两种色光的相对能量，其鲜艳程度取决于二者在色相顺序上的远近。对能量，其鲜艳程度取决于二者在色相顺序上的远近。u亮

4、度相加律亮度相加律 由几种色光混合组成的混合色的总亮度，等于组成混合色的各种色光由几种色光混合组成的混合色的总亮度，等于组成混合色的各种色光亮度的总和。这一定律叫作色光的亮度相加律。色光的亮度相加规律，亮度的总和。这一定律叫作色光的亮度相加律。色光的亮度相加规律，体现了色光混合时的能量叠加关系，反映了色光加色法的实质。体现了色光混合时的能量叠加关系，反映了色光加色法的实质。u代替律代替律 颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成份是否一样，在色光混合中颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成份是否一样，在色光混合中都具有相同的效果。凡是在视觉上相同的颜色都是等效的，即相似色都具有相同的效果。凡是在视觉上相

5、同的颜色都是等效的，即相似色混合后仍相似。混合后仍相似。!视觉只能分辨颜色的三种视觉只能分辨颜色的三种特征：色相、明度、饱和度。特征：色相、明度、饱和度。!在连续两个色光混合匹配颜色时，如果其中一个色光连续在连续两个色光混合匹配颜色时，如果其中一个色光连续变化，则混合色的外貌也会随之连续变化；变化，则混合色的外貌也会随之连续变化； !外貌相同的色光（具有相同的色相、明度、饱和度），不外貌相同的色光（具有相同的色相、明度、饱和度），不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果。也就是说，凡是视觉效果上相同的颜色都是等效的。果。也就是说，

6、凡是视觉效果上相同的颜色都是等效的。 A A B B；C C D D，则：，则：A+C A+C B+D B+D； A+B A+B C C， X+Y X+Y B B，则，则 ： A+(A+(X+YX+Y) ) C C 替代率替代率!混合色光的总亮度等于混合色光的亮度相加的总和。混合色光的总亮度等于混合色光的亮度相加的总和。 格拉斯曼颜色混合定律格拉斯曼颜色混合定律(1854)三原色等量叠加三原色等量叠加：Yellow + + Magenta = RedYellow + Cyan = GreenMagenta + Cyan = BlueYellow + Magenta + Cyan = Black

7、YMCRGBK色料三原色色料三原色黄（黄（Y Y） 品红（品红（MM） 青（青（CC）RG0B10050黄墨RG0B10050品墨RGB10050青墨红绿蓝红绿红绿蓝红蓝红绿蓝蓝绿黄、品黄、品红红、青三原色油墨选择性吸收的呈色原理、青三原色油墨选择性吸收的呈色原理补色律补色律 每一每一种种色光都有相应的补色光，某一色光与其补色光都有相应的补色光，某一色光与其补色光以适当比例混合，便产生白光色光以适当比例混合，便产生白光。 最基本的最基本的互补色互补色有三对：有三对： 红红 - 青青 绿绿 - 品红品红 蓝蓝 - 黄黄 色光加色法色光加色法色料减色法色料减色法三原色三原色R R、GG、B BY

8、Y、MM、CC呈色基本呈色基本规律规律(R)+(G)= (Y)(R)+(G)= (Y)(R)+ (B)= (M)(R)+ (B)= (M)(G)+(B)=(C)(G)+(B)=(C)(R)+(G)+ (B)=(W)(R)+(G)+ (B)=(W)(Y)+(M)(Y)+(M)(R)(R)(Y)+(C)(Y)+(C)(G)(G)(M) +(C)(M) +(C)(B)(B)(M) +(C)+ (Y)=(M) +(C)+ (Y)=（BkBk）实质实质色光相加，能量相加，色光相加，能量相加，越加越亮越加越亮色料相加，能量减弱，越加越暗色料相加，能量减弱，越加越暗效果效果明度增大明度增大明度减小明度减小呈

9、色方法呈色方法视觉器官内的加色混合视觉器官内的加色混合视觉器官外的加色混合视觉器官外的加色混合 静态混合静态混合 动态混合动态混合色料掺合色料掺合透明色层的叠合透明色层的叠合补色关系补色关系互补色光相加，形成白光互补色光相加，形成白光互补色料相加，形成黑色互补色料相加，形成黑色主要用途主要用途颜色测量、彩色电视、颜色测量、彩色电视、剧场照明剧场照明彩色绘画、彩色印刷、彩色摄影、彩色绘画、彩色印刷、彩色摄影、彩色印染彩色印染加色法加色法 Vs Vs 减色法减色法色彩匹配色彩匹配( (实验、方程实验、方程) )CIE1931 RGBCIE1931 RGB表色系统表色系统CIE 1931 XYZCI

10、E 1931 XYZ系统系统CIE1931 YxyCIE1931 Yxy数字表色方法数字表色方法CIECIE均匀颜色空间均匀颜色空间(Lab(Lab、Luv)Luv)把两种颜色调节到视觉上相同或相等把两种颜色调节到视觉上相同或相等的过程叫作的过程叫作颜色匹配颜色匹配。颜色匹配实验颜色匹配实验 C=RC=R（R R）+G+G（GG）+B+B（B B）其中其中C C 表示待配色光；（表示待配色光；（R R）、（）、（GG）、（）、（B B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R R、GG、B B分别为匹配待配色所需要的红、绿、分别为匹配待配色所需要的

11、红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值蓝三原色的数量，称为三刺激值；“”表示表示视觉上相等，即颜色匹配。视觉上相等，即颜色匹配。配色方程配色方程CIE1931 RGBCIE1931 RGB表色系统表色系统 根据莱特和吉尔德分别颜色匹配实验的结果，取其光根据莱特和吉尔德分别颜色匹配实验的结果，取其光谱三刺激值的平均值，作为该系统的光谱三刺激值，全部谱三刺激值的平均值，作为该系统的光谱三刺激值，全部的光谱三刺激值又常称为的光谱三刺激值又常称为“标准色度观察者标准色度观察者”。 CIE-RGBCIE-RGB光谱三刺激值是光谱三刺激值是317317位正常视觉者，用位正常视觉者，用CIECIE规规定的红、

12、绿、蓝三原色光，对等能光谱色定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色( (380380780nm780nm） 进行的专门性颜色混合匹配实验得到。进行的专门性颜色混合匹配实验得到。 国际照明委员会（国际照明委员会（CIECIE）规定）规定：红、绿、蓝三原色的波红、绿、蓝三原色的波长分别为长分别为700nm700nm、546.1nm546.1nm、435.8nm435.8nm。)(b)(g)(r、三原色单位量三原色单位量颜色匹配实验，当三原色光的相对亮度比例为颜色匹配实验，当三原色光的相对亮度比例为1.00001.0000：4.59074.5907：0.06010.0601时时，就能匹配等能白光就能匹

13、配等能白光。CIECIE选取这一比例作选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即为红、绿、蓝三原色的单位量，即(R): (G) :(B) =1:1:1(R): (G) :(B) =1:1:1。尽管这时三原色的亮度值并不等，但尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIECIE却把每一原色的亮度却把每一原色的亮度值作为一个单位看待值作为一个单位看待。所以所以，红、绿、蓝三原色光等比例混红、绿、蓝三原色光等比例混合合，结果为白光，即结果为白光，即（R R）+ +（GG）+ +（B B）= =（WW）。)B)(b)G)(g)R)(r)(C4005006007000.51.01.5Z()Z()y()y()x

14、()x()x()x()CIE1931 XYZCIE1931 XYZ光谱三刺激值响应曲线光谱三刺激值响应曲线入入(mm)(mm)光谱三刺激值光谱三刺激值色度坐标色度坐标480480-0.04939-0.04939 0.039140.03914 0.144940.14494 -0.3667-0.36670.29060.29061.07611.0761530530-0.07101-0.07101 0.203170.20317 0.005490.00549 -0.5159-0.51591.47611.47610.03980.03987007000.004100.00410 0.000000.00000

15、 0.000000.00000 1.00001.0000 0.000000.000000.000000.00000 r+g+b=1色度坐标色度坐标CIE1931 XYZCIE1931 XYZ系统和系统和CIE1931 RGBCIE1931 RGB系统系统色度坐标的转换关系色度坐标的转换关系 )1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.990b(+)0.010g(+)0.000r()()1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.010b(+)0.812g(+)0.177r()y()1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.200b(+)0.310g(+)

16、0.490r()x(z基于上述基于上述光谱色度坐标，由下式计算光谱三刺激值：光谱色度坐标，由下式计算光谱三刺激值：)()()()(1)()()()()()()()()()(yyyxyyzzVyyyxxdzRSKZdyRSKYdxRSKX)()()()()()()()()(S S（ ）: : 光源光源相对光谱能量（功率）分布相对光谱能量（功率）分布（查表）（查表）R R（ ）: : 物体色基于特定波长的反射率物体色基于特定波长的反射率)(b)(g)( r、：特定波长色光的三特定波长色光的三刺激刺激值值（查表）（查表）ZYXxS(S()()()或或()x()x()y()y()z()z()() ()

17、 S() S() z()() () S() S() y()() () S() S() x() Yxy物体三刺激值YyyxZYYYyxX1 物体三刺激值YxyZYXYyZYXXxYYCIECIE L Labab均匀颜色空间均匀颜色空间3/103/10*3/103/10*03/10*)Z/Z()Y/Y(200b)Y/Y()X/X(500a01. 0Y/Y16)Y/Y(116LX Y ZX Y Z：颜色样品的三刺激值：颜色样品的三刺激值X X0 0 Y Y0 0 Z Z0 0：CIECIE标准照明体的三刺激值标准照明体的三刺激值L L* *称为心理计量明度称为心理计量明度 锥体细胞的黑白反映锥体细胞

18、的黑白反映a a* * 心理计量色度心理计量色度 锥体细胞的红绿反映锥体细胞的红绿反映b b* * 心理计量色度心理计量色度 锥体细胞的黄蓝反映锥体细胞的黄蓝反映红绿黄蓝黄绿橙紫蓝绿黑白+a*-a*-b*+b*L*=100L*=0灰 用空间直角坐标系描述，用空间直角坐标系描述，L表示表示明度，取值从明度，取值从0（黑）到（黑）到100（白）；（白）；a和和b表示颜色类别，取值可正可负，表示颜色类别，取值可正可负，且且没有确定的最大值没有确定的最大值。 a轴和轴和b轴处于同一水平面，其原轴处于同一水平面，其原点为消色（所有色彩的色度数据只要点为消色（所有色彩的色度数据只要满足满足a=b=0就是无

19、彩色），就是无彩色）， L轴与轴与a-b平面垂直，故又称为灰度轴或消色轴。平面垂直，故又称为灰度轴或消色轴。 一个颜色在一个颜色在a-b平面上的位置决定平面上的位置决定它的色相和饱和度。饱和度就是该颜它的色相和饱和度。饱和度就是该颜色到无彩色点的距离，距离越大，颜色到无彩色点的距离，距离越大，颜色越鲜艳；色相则取决于它与无彩色色越鲜艳；色相则取决于它与无彩色点的相对距离。点的相对距离。ba黄蓝0绿青红品红a*b*L*00abhC22baCba0第第1 1象限象限a0a0，b0b0第第2 2象限象限a0a0b0第第4 4象限象限a0a0，b0b0第第3 3象限象限a0a0，b0b0色相由色相角（

20、色相由色相角（h h）表示，色度坐标与）表示，色度坐标与原点的连线与原点的连线与a a轴正方向形成的夹角。轴正方向形成的夹角。h = arc tan (b/a ) (h = arc tan (b/a ) (色相角在第色相角在第1 1象限象限) )h =180+arctan (b/a ) (h =180+arctan (b/a ) (色相角在第色相角在第2 2、3 3象限象限) )h = 360+arctan (b/a ) (h = 360+arctan (b/a ) (色相角在第色相角在第4 4象限象限) )明度差：明度差： 色度差：色度差：*2*1*2*1*2*1*bbbaaaLLL2*2*

21、12*2*12*2*1*)()()(bbaaLLEab总色差总色差E表示人眼感知的两种颜色的差异，其数值等于两个颜色之间表示人眼感知的两种颜色的差异，其数值等于两个颜色之间L L、a a 、b b三个变量差值平方和的平方根。三个变量差值平方和的平方根。实验证明，当实验证明，当00E1E1时，人眼不能感知差异；时，人眼不能感知差异； 当当11E2E2时，有很小偏差，仅仅能被有经验的人感觉出来；时，有很小偏差，仅仅能被有经验的人感觉出来； 当当22E3.5E3.5时，中等偏差，无经验的人能感觉到；时，中等偏差，无经验的人能感觉到； 当当3.53.5E5E5时，偏差极大。时，偏差极大。明度差、饱和度

22、差及色相差明度差、饱和度差及色相差*2*1*LLL明度差：两个颜色明度值之差；明度差：两个颜色明度值之差；221baC222baC饱和度差：饱和度差：两个颜色饱和度之差；两个颜色饱和度之差；222)()()(HCLE222)()()(LCEH色相差指距离，计算公式如右：色相差指距离，计算公式如右：符号与色相角差相同。符号与色相角差相同。第象限（a0，b0）第象限（a0）第象限（a0，b0，b0）正正负负偏黄偏黄偏红偏红偏绿偏绿偏黄偏黄偏蓝偏蓝偏绿偏绿偏红偏红偏蓝偏蓝H例例 颜色1：L1=60.0；a1=-37.6；b1=-19.4 颜色2： L2=61.5；a2=-39.0；b2=-19.0

23、。，第三象限并且偏 绿鲜艳、偏亮比颜，颜结论：色差约为色相差：色相角差：饱和度差：明度差：色差为差0.99H1.07C1.5L122.10H0.99H0.991.071.52.09H1.3207.3206.0h206.026.018039.019.0arctan180h207.327.318037.619.4arctan180h1.0742.3143.38C43.3819.039.0C42.3119.437.6C1.5L2.090.41.41.5E0.419.419.0b1.437.639.0a1.560.061.5L22221222221222较色色 印前领域印前领域，有有3 3种最重要的色彩空间：种最重要的色彩空间：、。RGBRGB加加色空间色空间基础基础：通过红、绿、蓝三原色光通过红、绿、蓝三原色光，叠加成各种颜叠加成各种颜色，合成的颜色比原色色，合成的颜色比原色光光亮亮；使用范围使用范围：适用于适用于显显视器、扫描仪及数字相机视器、扫描仪及数字相机；特点特点： RGBRGB