CIE标准色系统实用实用教案

1、二、格拉斯曼定律二、格拉斯曼定律 仅适用于各种仅适用于各种( zhn)颜色光颜色光的相加混合过程的相加混合过程 1854年格拉斯曼年格拉斯曼(H Grassmann)总结出颜色混合的定性总结出颜色混合的定性(dng xng)性质性质格拉斯曼定律，为现代色度学的建立奠定了基格拉斯曼定律，为现代色度学的建立奠定了基础。础。(1) 人的视觉只能分辨颜色的三种变化人的视觉只能分辨颜色的三种变化(如明度如明度/色调色调/饱和度饱和度)(2) 在由两个成份组成的混合色中，如果一个成份连续地变化，在由两个成份组成的混合色中，如果一个成份连续地变化，混合色的外貌也连续变化。混合色的外貌也连续变化。若两个成份互

2、为补色，以适当比例混合，便产生白色或灰色，若若两个成份互为补色，以适当比例混合，便产生白色或灰色，若按其它比例混合，便产生近似比重大的颜色成份的非饱和色；按其它比例混合，便产生近似比重大的颜色成份的非饱和色；若任何两个非补色相混合，便产生中间色，中间色的色调及饱和若任何两个非补色相混合，便产生中间色，中间色的色调及饱和度随这两种颜色的色调及相对数量不同而变化。度随这两种颜色的色调及相对数量不同而变化。(3) 颜色外貌相同的光颜色外貌相同的光, 不管它们的光谱组成是否一样不管它们的光谱组成是否一样, 在颜色混在颜色混合中具有相同的效果。即凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。合中具有相同的效果。即凡

3、是在视觉上相同的颜色都是等效的。(4) 混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度总和混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度总和 亮度相加定律。亮度相加定律。第1页/共98页第一页，共99页。式中符号“”代表颜色相互匹配一个单位量的颜色与另一个单位量的颜色相同，则这两种颜色数量同时扩大或缩小(suxio)相同倍数则两颜色仍为相同。即 DCBA,DBCADCBA,DBCABA nBnA 根据代替律可知，只要在感觉上颜色是相同的，便可以互相代替，所得的视觉效果是相同的，因而可以利用颜色混合的方法来产生或代替所需要的颜色。CBABYXCYXA)(第2页/共98页第二页，共99页。颜色匹配

4、(ppi)可用格拉斯曼定律来阐述，还可用代数式和几何图形来表示。用代数式表示色匹配(ppi)称为颜色匹配(ppi)方程 。其中，(C)代表被匹配颜色单位，(R)，(G)，(B)代表产生混合色的红、绿、蓝三原色单位。R，G，B，C分别代表红、绿、蓝和被匹配色数量。第3页/共98页第三页，共99页。第4页/共98页第四页，共99页。第5页/共98页第五页，共99页。第6页/共98页第六页，共99页。3三刺激值的计算公式 （任意色的三刺激值） 色度学中用三刺激值来表示颜色(yns)。根据格拉斯曼颜色(yns)混合的代替律 ，混合色的三刺激值为各组成色三刺激值之和 。任意色光都由单色光组成的，如果各单

5、色光的光谱三刺激值预先测得，根据混色原理就能计算(j sun)出该色光的三刺激值来。计算(j sun)方法是将待测光的光谱分布函数，按波长加权光谱三刺激值，得出每一波长的三刺激值，再进行积分，就得出该待测光的三刺激值 积分的波长积分的波长(bchng)范围为可范围为可见光波段，一般从见光波段，一般从380nm至至760nm 第7页/共98页第七页，共99页。且色品坐标(zubio)只有两个自由度色品图、色度图标准白光 (等能白点): R = G = B = 1r = 0.333, g = 0.333第8页/共98页第八页，共99页。颜色的定量计算问题：颜色匹配方程和计算任一颜色三刺激值颜色的定

6、量计算问题：颜色匹配方程和计算任一颜色三刺激值必须测得人眼的光谱三刺激值，将辐射光谱与人眼颜色特性相必须测得人眼的光谱三刺激值，将辐射光谱与人眼颜色特性相联。联。可能性：实验证明不同观察者视觉特性有差异，但对正常颜色可能性：实验证明不同观察者视觉特性有差异，但对正常颜色视觉的人差异不大，故可根据一些观察者的颜色匹配实验，确视觉的人差异不大，故可根据一些观察者的颜色匹配实验，确定一组匹配等能光谱色的三原色数据定一组匹配等能光谱色的三原色数据 “标准色度观察三刺激标准色度观察三刺激值。值。” 困难性：由于选用的三原色不同及确定三刺激值单位的方法不困难性：由于选用的三原色不同及确定三刺激值单位的方法

7、不一致，因而一致，因而(yn r)数据无法统一数据无法统一 。CIE(国际照明学会国际照明学会)工作：工作：1931年在年在CIE第第8次会议统一了实验次会议统一了实验结果结果, 提出了提出了CIE标准色度观察者和色品坐标系统；并规定了三标准色度观察者和色品坐标系统；并规定了三种标准光源种标准光源(A, B, C)；对测量反射面的照明观测条件进行了标；对测量反射面的照明观测条件进行了标准化。建立起准化。建立起CIE 1931标准色度系统，奠定了现代色度学的基标准色度系统，奠定了现代色度学的基础。础。第9页/共98页第九页，共99页。 CIE 1931-RGB系统建立在莱特(W.D.Wright

8、)和吉尔德(J.Guild)的颜色匹配实验基础上：莱特在2圆形视场内, 选择650nm(R)/530nm (G)/460nm(B)三单色光作为三原色匹配等能光谱。三刺激值单位为：相等数量的G和B原色匹配494nm的蓝绿色, 相等数量的R和G原色匹配582.5nm的黄色, 得出相对亮度单位为lR : lG : lB。由10名观察者在目视色度计实验, 测得光谱三刺激值数据。吉尔德在目视测色计上由7名观察者做了类似的匹配实验。观察视场是2，选用三原色波长为630nm，542nm，460nm，三刺激值单位以三原色相加匹配NPL(英国(yn u)国家物理实验室的缩写)白色光源，认为三原色的刺激值相等定出

9、相对亮度单位为lR : lG : lB，测得光谱三刺激值数据。一、CIE 1931-RGB系统(xtng)第10页/共98页第十页，共99页。两实验的平均值定出匹配等能光谱色的RGB三刺激值, 用 表示，称为“CIE 1931 RGB系统标准色度观察一刺激值”，简称“CIE 1931 RGB系统标准色度观察者”，代表(dibio)人眼2视场的平均颜色视觉特性，称为CIE 1931-RGB色度系统。 CIE将三原色转换成700nm(R)/546.1nm(G)/435.8nm(B), 以相等数量的三原色刺激值匹配等能白光(又称为E光源(gungyun)确定三刺激值单位, 发现两个实验经坐标变换后在

10、新色品图上的结果基本一致。因此, 1931年CIE采用C I E 所 做 的 修 正(xizhng)第11页/共98页第十一页，共99页。 三原色选700nm/546.1nm/435.8nm单色光是因为700nm是可见光谱的红色末端，516.1nm和435.8nm为明显的汞谱线，三者都能比较精确(jngqu)地产生出来。经实验和计算确定，匹配等能白光的(R)，(G)，(B)三原色C I E 所 做 的 修 正(xizhng)单位的亮度比率为 1.0000 4.5907 0.0601辐亮度比率为 72.0962 1.3791 1.0000 光谱(gungp)三刺激值与光谱(gungp)色色品坐标

11、的关系为第12页/共98页第十二页，共99页。第13页/共98页第十三页，共99页。第14页/共98页第十四页，共99页。如果颜色在无亮度l(C)=0线上，则整理(zhngl)后得XZ线的方程为r+g+b=1第15页/共98页第十五页，共99页。B. 系统中光谱三刺激(cj)值全为正值。为此选择三原色时，必须使三原色所形成的颜色三角形能包括整个光谱轨迹。即整个光谱轨迹完全落在X，Y，Z所形成的虚线三角形内。 C. 光谱轨迹从540nm附近至700nm，在RGB色品图上基本是一段直线，用这段线上的两个颜色可混合得到两色之间的各种光谱色，新的XYZ三角形的XY边应与这段直线重合，这样能使计算简便，

12、因为在这段线上光谱轨迹只涉及(X)原色和(Y)原色的变化，不涉及(Z)原色。 边的方程为第16页/共98页第十六页，共99页。D. YZ边取与光谱轨迹(guj)波长503nm点相切的直线，其方程为 E. 假想三原色、在RGB系统(xtng)中的坐标(X)：r =1.2750，g =-0.2778，b =0.0028(Y)：r =-17392，g =2.7671，b =-0.0279(Z)：r =-0.7431，g =0.1409，b =1.6022在x-y图中的坐标是(X)：x =1，y =0，z =0(Y)：x =0，y =1，z =0(Z)：x =0，y =0，z =1 第17页/共98页

13、第十七页，共99页。 确定三个原色坐标之后，还必须选择一种标准白，以确定三刺激值的单位(dnwi)。XYZ系统是用相等数量的三原色刺激值匹配出等能白E来定各原色刺激值单位(dnwi)的。等能白点在r-g坐标系统内为: r =0.3333，g =0.3333在x-y坐标系统内为: x =0.3333，y =0.3333 F. 采用坐标转换的方法，可得XYZ系统和RGB系统三刺激值间及色品坐标的关系第18页/共98页第十八页，共99页。第19页/共98页第十九页，共99页。由于在XYZ选择原色时就考虑到只有Y值既代表色品又代表亮度,而X，Z只代表色品，所以(suy) 函数曲线与明视觉光谱光视效率

14、一致，即 。 CIE 1931标准色度观察者的数据适用于2视场的中央视觉观察条件(视场在14范围内), 主要是中央窝锥体细胞起作用对极小面积的颜色的观察不再有效; 对于大于4视场的观察面积, 另有10视场的“CIE 1964补充标准色度观察者数据” CIE1931标准色度观察者的色品图是马蹄形的，假想的三原色(X)为红原色，(Y)为绿原色，(Z)为蓝原色。它们都落在光谱轨迹的外面，在光谱外面的所有颜色都是物理上不能实现的。光谱轨迹曲线以及连接光谱两端点的直线所构成的马蹄形内包括了一切物理上能实现的颜色。 第20页/共98页第二十页，共99页。靠近波长末端700-770nm的光谱波段具有一个恒定

15、的色品值， , 即在色品图上只由一个点来代表。光谱轨迹(guj)540700nm这一段是一条与XY边基本重合的直线。在这段光谱范围内的任何光谱色都可通过540nm和700nm二种波长的光以一定比例相加混合产生。 光谱轨迹(guj)380540nm一段是曲线，其间一对光谱色的混合不能产生二者之间位于光谱轨迹(guj)上的颜色，而只能产生光谱轨迹(guj)所包围面积内的混合色。光谱轨迹(guj)上的颜色饱和度最高。图上的C和E代表的是CIE标准光源C和等能白光E，等能白光E点位于XYZ颜色三角形的中心处。图上越靠近C或E点的颜色饱和度越低。第21页/共98页第二十一页，共99页。连接色度点400n

16、m和700nm的直线称为紫红轨迹，亦称紫线。因为将400nm的蓝色刺激与700nm的红色刺激混合后会产生(chnshng)紫色。y=0的直线(XZ)与亮度没有关系，即无亮度线。光谱轨迹的短波段紧靠这条线，意味着虽然短波端的光能够引起标准观察者的反应，但380400nm波长的辐通量在视觉上引起的亮度感觉很低。第22页/共98页第二十二页，共99页。由于三原色选择不同，以及规定三原色刺激值单位的方法不同会出现许多不同的色度系统，任何两个色度系统都可以互相转换，转换方法实质上是一个(y )坐标转换的问题。 令(X)、(Y)、(Z)代表新系统的三原色，(R)、(G)、(B)代表旧系统的三原色。据格拉斯

17、曼定律可知，每单位新的原色可以由旧的三原色相加混合得到，可用下列方程组表示式中，Ri，Gi，Bi(i=x, y ,z)为匹配单位(I)原色所需要(xyo)的旧三原色三刺激值。 第23页/共98页第二十三页，共99页。某一颜色C在旧系统和新系统中的颜色方程分别为 得到(d do)旧系统与新系统三刺激值之间矩阵形式的关系只要求得Rx，Gx，Bx，Bz九个系数，则两系统三刺激值的转换关系就可确定。第24页/共98页第二十四页，共99页。第25页/共98页第二十五页，共99页。第26页/共98页第二十六页，共99页。r+g+b=1，x+y+z=1 第27页/共98页第二十七页，共99页。第28页/共9

18、8页第二十八页，共99页。 CIE 1931标准色度系统建立后, 经过多年实践证明, CIE 1931标准色度观察者的数据代表了人眼2视场的色觉平均特性。但是，当观察视场增大到4以上时，某些研究者从实验中发现在波长380nm至460nm区间内数值偏低。这是由于大面积视场观察条件下，杆体细胞的参与以及中央窝黄色素的影响，颜色视觉会发生一定的变化。日常(rchng)观察物体时视野经常超过4范围，因此，为了适应大视场颜色测量的需要，CIE在1964年规定了一组“CIE 1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”简称为“CIE 1964补充标准色度系统”，也叫做10视场X10Y10Z10色度系统。 第2

19、9页/共98页第二十九页，共99页。 建立在斯泰尔斯(W.S.Stiles)与伯奇(J.M.Burch)以及斯伯林斯卡娅(N.I.Speranskaya)两项颜色匹配实验基础上。 斯泰尔斯和伯奇用49名观察者在10视场目视色度计上进行匹配实验。三原色分别为645.2nm(R), 526.3nm(G), 444.4nm(B)的单色光。为了避免杆状细胞(xbo)的参与，使用高亮度的颜色刺激。测出补充标准色度观察者大视场匹配等能光谱的三刺激值。斯伯林斯卡娅用18名观察者(后增加到27名)，10视场角，为消除麦克斯韦圆斑的影响，将视场中心部分(2范围)遮住。实验亮度较低, 约为前者亮度的1/301/4

20、0, 没有排除杆状细胞(xbo)作用。三原色分别是(R)640 nm，(G)545nm，(B)465nm单色光。测出大视场光谱三刺激值，并将实验数据转换成三原色波长为645.2nm(R), 526.3nm(G), 444.4nm (B)数据。贾德(Judd)将两项实验进行加权处理, 按观察者数给予斯泰尔斯和伯奇结果以较大的加权量(31), 对斯伯林斯卡娅结果作了杆体细胞(xbo)的修正。确定了1964年CIER10G10B10系统的补充标准色度观察者光谱三刺激值。第30页/共98页第三十页，共99页。第31页/共98页第三十一页，共99页。.CIE 1964补充标准色度补充标准色度(s d)系

21、统系统 将 三刺激值转换成CIE标准(biozhn)色度系统的标准(biozhn)色度观察者光谱三刺激值 。转换关系如下 CIE 1964补充(bchng)标准色度观察者 当观测或匹配颜色样品的视场角度在410时, 采用“CIE 1964补充(bchng)标准色度观察者”；当观测或 匹 配 颜 色 样 品 的 视 场 角 度 在24时采用“CIE 1931标准色度观察者”的数据。第32页/共98页第三十二页，共99页。光谱轨迹在形状上很相似, 但相同波长的光谱色在各自的光谱轨迹上的位置有相当大的差异。例如，在490nm500nm一带，两张图上的坐标值在波长上相差达50nm以上，其他相同波长的坐

22、标值也都有差异，仅只在600nm处的光谱色坐标值大致相近。两张色品图上唯一重合(chngh)的色品点就是等能白点。 第33页/共98页第三十三页，共99页。)(y第34页/共98页第三十四页，共99页。黑体轨迹上的各点代表不同温度(wnd)的黑体的光色，温度(wnd)由接近1000K开始升高时，颜色由红向蓝变化。因此人们就 用 黑 体 对 应 的 温 度(wnd)表示它的颜色。 第35页/共98页第三十五页，共99页。1. 三刺激的计算(j sun) 计算(j sun)颜色的色品坐标必须先求得颜色的三刺激值。CIE色度系统三刺激值计算(j sun)公式为 可见光波段(bdun)380nm760

23、nm =10nm =5nm第36页/共98页第三十六页，共99页。()称为颜色刺激函数，即进入人眼产生颜色感觉的光辐射能量。被测物体是自发光体时，()为发光物体辐射的相对光谱功率分布。被测物体是非自发光物体时，透明体或不透明体的颜色刺激函数()分别为 式中， ()为物体的光谱透射比；()为物体的光谱辐亮度因数；()为物体的光谱反射比；S()照明光源的相对光谱功率分布，一般采用(ciyng)CIE规定的标准照明体，例如物体在日光下观察时可用D65或B、C照明体，而在灯光下观察时可用A照明体。 CIE规定的标准色度观察者的光谱三刺激值。计算时采用 完全由被测物体要求人眼观察的视角所决定, 当要求人

24、眼观察的视角为14时采用 ；当要求人眼观察的视角在410之间则采用 。 101010,zyxzyxzyx,101010,zyx第37页/共98页第三十七页，共99页。2. 色品坐标(zubio)的计算 实际工作中，首先必须用光谱辐射计测得光源的相对光谱功率分布(对自发光体)或用分光光度计算测得物体的光谱反射比或光谱透射比(对非自发光物体)，再根据CIE推荐的标准(biozhn)照明体数据和标准(biozhn)色度观察者的光谱三刺激值数据，编写计算程序，可十分方便地得到样品的色品坐标值 。第38页/共98页第三十八页，共99页。当两种已知色品坐标和亮度值的颜色相加混合后，混合色的色品坐标可用计算

25、法和作图法求得。1计算法 提示(tsh)：混合色的色品坐标与已知色的色品坐标之间没有线性叠加的关系。而混合色的三刺激值与已知色之间存在着线性叠加的关系。三刺激值色品坐标先分别求出单个样品的三刺激值样品的三刺激值相加，求出混合色的三刺激值，即当已知颜色的色品坐标x,y及亮度Y时, 则颜色三刺激值第39页/共98页第三十九页，共99页。图中P为颜色1，Q为颜色2，M为PQ的混合色。C1和C2分别为颜色1和2的三刺激值之和C1X1Y1Z1C2X2Y2Z2根据(gnj)重力中心定律表示QM的距离(jl)与C2成反比，即在混合色中C2所占的比例越大，QM的距离(jl)越短。第40页/共98页第四十页，共

26、99页。(1) 主波长主波长 颜色颜色S1的主波长是指波长的主波长是指波长d的光谱色按一定比例的光谱色按一定比例(bl)与一种确定的参照光源相加混合，能匹配出颜色与一种确定的参照光源相加混合，能匹配出颜色S1。 并不是所有的颜色都有主波长，色品图中连接白点和光谱(gungp)轨迹两端点所形成的三角形区域内各色品点都没有主波长。为此, 引入补色波长概念, 即一种颜色S2的补色波长是指c的波长光谱(gungp)色与适当比例的颜色S2相加混合，能匹配出某一种确定的参照白光。第41页/共98页第四十一页，共99页。 如果已知样品的色品坐标x-y和特定白光的色品坐标为xw, yw, 则可用两种方法决定(

27、judng)样品的主波长和补色波长。A. 作图法 在色品图上标出样品点S1和白点(O点), 由O点向S1引一直线, 延长直线与光谱轨迹相交于L点，L点的光谱色波长就是样品的主波长d (S1的d=583nm)。 在色品图上标出样品S2的位置(wi zhi)，由S2点向O点引一直线，延长与光谱轨迹相交，交点处的光谱色波长就是样品的补色波长c (S2的c=530nm)。第42页/共98页第四十二页，共99页。B. 计算与查表法 连接白点(xw, yw)与样品点(x, y)的直线斜率可表示为 斜率= 或者(huzh) 斜率= 在这两个斜率中选较小的绝对值，查附表2-11求得样品的主波长或补色波长。第4

28、3页/共98页第四十三页，共99页。 (2) 兴奋纯度与色度纯度 色纯度指样品的颜色同主波长光谱色接近的程度。色纯度有兴奋地纯度和色度纯度两种表示法。A. 兴奋纯度 兴奋纯度用CIE x, y色品图上两个线段的长度(chngd)比表示。第一线段是白点到样品点的距离OS1(见图5-14)，第二线段是白点到主波长点的距离OL，以符号Pe=OS1/OL；对补色波长的点Pe=OS2/OP。颜色兴奋纯度表示主波长的光谱色被白光冲淡的程度，实质上也是表示主波长光谱色的三刺激值在样品三刺激值中所占的比重。可表示为第44页/共98页第四十四页，共99页。Pe也可用色品坐标来计算 式中，x, y代表光谱轨迹(主

29、波长时)或连接光谱两端的直线紫红轨迹上(补色波长时)的色品坐标。 计算自发光体主波长和兴奋纯度时通常(tngchng)选用等能白(E点)作为白点，对于非发光体的物体色则用CIE标准照明体作为参照白光(如A，B，C，D65), 样品的主波长和兴奋纯度随所选用的白点不同会出现不同的结果。第45页/共98页第四十五页，共99页。B. 色度纯度 当样品(yngpn)颜色的纯度用亮度的比例表示时, 称为色度纯度Pc, 表示主波长的光谱色在样品(yngpn)中所占亮度的比重。式中，Y为主波长光谱色的亮度；Y为样品(yngpn)色的亮度。 色纯度大致相当于颜色知觉中的色饱和度，但并不完全相同，因为色品图上色

30、纯度相等点的色知觉并不完全对应于饱和度相等点的色知觉。 用主波长和色纯度表示颜色色品比只用色品坐标表示颜色色品的优点在于能给人以具体的印象，能表明颜色的色调及饱和度的大致情况。第46页/共98页第四十六页，共99页。 颜色的三刺激值不同，则颜色的外貌不同，但两种颜色的三刺激值差相同是否代表人感觉到的色知觉差异色差相同呢？实验证明：三刺激值差相同的两种颜色随两种颜色的不同而引起人的色知觉差异是不同的，对某两种颜色会感到有很大的差异，但同样的三刺激值差对另外两种颜色可能会感到色知觉差异很小。因此，需要(xyo)寻找一个均匀颜色空间，在这个三维空间中，每个点代表一种颜色，空间中两点之间的距离代表两种

31、颜色的色差，空间中相等的距离能代表相同的色差。为了解决这个问题，CIE对人眼的辨色能力做了大量的研究工作，得到了几种不同的均匀颜色空间。第47页/共98页第四十七页，共99页。 确定色差必须对人眼的颜色分辨能力进行研究。颜色知觉特性包括明度、色度、饱和度三方面，后两方面合称为色品。(1) 光亮度分辨力 色品相同但光亮度有差异的两种色光亮度分别为L、L+L, 分别照射在实验装置(zhungzh)的两半视场内, 人眼恰能分辨出两个半视场光亮度不同时的L值称为光亮度差阈, 也就是人眼的光亮度分辨力。如果L0, 则L为刚能从黑暗中分辨出环境的最小光亮度, 称为光亮度绝对阈, 是能感知光亮度的最低极限值

32、, 对中央凹锥状细胞(xbo)的光亮度绝对阈约为10-3 cd/m2，而对杆状细胞(xbo)可达到10-6cd/m2。第48页/共98页第四十八页，共99页。(2) 波长和色纯度的分辨力波长和色纯度的分辨力 对亮度对亮度(lingd)相同但波长不同的单色光波长分辨力可相同但波长不同的单色光波长分辨力可用专门装置测量。实验表明：光谱两端分辨力最差，特别在红用专门装置测量。实验表明：光谱两端分辨力最差，特别在红端端680nm以上以上, 几乎不能分辨出差别。光谱中部的分辨力较高几乎不能分辨出差别。光谱中部的分辨力较高, 尤其在蓝绿色尤其在蓝绿色490nm和黄色和黄色590nm左右分辨力最强左右分辨力

33、最强, 590nm附附近约为近约为1nm。 如果色纯度降低，波长分辨力一般随之降低，只是蓝紫如果色纯度降低，波长分辨力一般随之降低，只是蓝紫端随纯度变化与其它部分有些不同。端随纯度变化与其它部分有些不同。 波长分辨力随视场的增大而升高，波长分辨力随视场的增大而升高，10视场的波长分辨视场的波长分辨力比力比2视场高视场高3倍。倍。 2视场时整个可见光谱上人眼能分辨出约视场时整个可见光谱上人眼能分辨出约150种颜色，种颜色，而在而在10视场时可分辨出视场时可分辨出400至至500种颜色。种颜色。第49页/共98页第四十九页，共99页。 人眼的色纯度(chnd)分辨力实验: 要测定白光(Pc=0)加

34、色光后的分辨力(即低色纯度(chnd)时的纯度(chnd)分辨力)，可用色光亮度L和L-L分别照射在色度计的两半视场中，然后在L-L一边加单色光亮度L，使两边亮度相等，如果两边恰可分辨出不同的色光，所测定的即在白光时的色纯度分辨力Pc =L/L。实验证明：短波端的色纯度分辨力最好，400nm时Pc =0.001即能被人眼所分辨，即白光中加入千分之一亮度的色光，就可被认为(rnwi)不是白光。黄波段以570nm为最差，Pc =0.05。第50页/共98页第五十页，共99页。 近单色光时(Pc =1)的色纯度分辨力很有规则，几乎所有单色光中只需加百分之二左右的白光后人眼就能分辨出颜色变化。所以冲淡

35、单色光时的Pc总是大致等于0.02。其它色纯度的分辨力，色纯度分辨力最差的是黄绿色(570nm)，最佳的是在光谱两端，尤其是紫蓝端。(3) 色品分辨力 颜色之间的差异是它们三者变化的综合结果，故需研究综合分辨能力，尤其是颜色的色品分辨力。当每一种颜色在色品图上的位置 变 化 很 小 时 ， 人 眼 往 往 感 觉 不 出 颜 色 的 变 化 ， 只 有 当 坐 标(zubio)位置变化到一定范围时，人眼才能感觉出颜色的变化。把人眼感觉不出颜色变化的范围称为颜色的宽容量(或称恰可察觉差, 简写j.n.d)，反映出人眼的色品分辨力。第51页/共98页第五十一页，共99页。莱特实验：图上各个直线段代

36、表了不同位置莱特实验：图上各个直线段代表了不同位置(wi zhi)上颜色的上颜色的宽容量宽容量(为制图方便，图中线段长度比实际宽容量放大为制图方便，图中线段长度比实际宽容量放大3倍倍)。麦克亚当实验：在麦克亚当实验：在CIE x-y色品图上不同位置色品图上不同位置(wi zhi)选择了选择了25个色品点个色品点, 以色品点为中心以色品点为中心, 测定测定5至至9个方向上的颜色匹配个方向上的颜色匹配范围范围, 用颜色匹用颜色匹的标准偏差定出颜色的宽容量，连成代表(dibio)颜色宽容量的近似椭圆(图中椭圆按实验结果放大10倍绘制) 。第52页/共98页第五十二页，共99页。 莱特和麦克亚当的实验

37、(shyn)结果基本相似。在色品图不同位置颜色的宽容量不一样，蓝色部分宽容量最小，绿色部分最大。即在色品图上蓝色部分的同样空间内，人眼能看出更多种类的蓝色；而在绿色部分的同样空间内，人眼只能看出较少种类的绿色。光谱轨迹蓝色端的颜色密度大于绿色端约300400倍。 完备的颜色分辨力应包括色品分辨力和光亮度分辨力两部分，即对明度、饱和度、色调三特性变化的综合分辨能力。有研究采用类似色品分辨力椭圆的颜色综合分辨力椭球。 要解决色差测定问题须将人眼的辨色能力与色度学计算结果一致起来，为此，必须选择理想的颜色空间，使任意两颜色量的空间差距代表人眼的颜色知觉差异，由均匀明度标尺和均匀色品标尺组成的空间称为

38、均匀颜色空间。第53页/共98页第五十三页，共99页。(1) 均匀明度标尺均匀明度标尺 均匀明度标尺的建立是基于两种视觉实验方法均匀明度标尺的建立是基于两种视觉实验方法, 研究对研究对象是从黑到白的一系列中性色样品象是从黑到白的一系列中性色样品(实验方法将在后面孟塞实验方法将在后面孟塞尔系统中详述尔系统中详述)。按照观察者知觉将从黑到白的明度标尺均。按照观察者知觉将从黑到白的明度标尺均匀等距地分成匀等距地分成0至至10共共11个等级个等级, 称为明度值称为明度值V, 数值越大表示数值越大表示视知觉的明亮度越高。视知觉的明亮度越高。10为理想白色为理想白色, 0为理想黑色。明度值为理想黑色。明度

39、值V与样品的亮度因数与样品的亮度因数Y不是线性关系。所谓亮度因数是在规不是线性关系。所谓亮度因数是在规定的光照条件下定的光照条件下, 给定的方向上给定的方向上, 物体表面的亮度与同一光照物体表面的亮度与同一光照下完全反射漫射体的亮度之比。不同下完全反射漫射体的亮度之比。不同(b tn)的研究者给出的研究者给出V与与Y之间的函数关系不同之间的函数关系不同(b tn)。 第54页/共98页第五十四页，共99页。(2) 明度值明度值V与样品的亮度因数与样品的亮度因数(ynsh)Y的关系的关系 平方根公式 式中LH为亨特色差公式中的明度，称为亨特明度孟塞尔明度值函数(孟塞尔明度值)CIE明度指数函数

40、式中W*为CIE 1964色差公式中的明度值。德国DIN系统的明度标尺 对数模型(mxng) Y89.1时对应V10 第55页/共98页第五十五页，共99页。1. 平方根模型(mxng)2. 孟塞尔模型(mxng)3 . C I E 指 数 模 型(mxng)4. DIN模型(mxng)5. 对数模型(mxng)第56页/共98页第五十六页，共99页。第57页/共98页第五十七页，共99页。第58页/共98页第五十八页，共99页。u, v色品图莱特实验麦克亚当的25个椭圆第59页/共98页第五十九页，共99页。第60页/共98页第六十页，共99页。第61页/共98页第六十一页，共99页。表5-

41、1 NBS单位的感觉值第62页/共98页第六十二页，共99页。第63页/共98页第六十三页，共99页。CIE 1976 L*u*v*对CIE 1964 W*U*V*色空间做了3方面修正 CIE 1964 W*U*V*色空间的明度W*未包括完全反射漫射体白色刺激的亮度因数Yn，因为Yn=100，故这种修正不影响色差的计算； 明度式中将常数17改为16，目的是当Y100时可使米制(mzh)明度L*等于100，而在W*式中Y102时W*才等于100； 对CIE 1964 W*U*V*色空间的主要修正在于改变了u、v色品图中的v坐标，v=1.5v，u坐标保持不变。第64页/共98页第六十四页，共99页

42、。第65页/共98页第六十五页，共99页。(2) CIE 1976 L*a*b*色空间及色差(s ch)公式式中X, Y, Z为颜色样品三刺激值；Zn, Yn, Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，再经过完全漫反射体反射到观察者眼中(yn zhn)白色刺激的三刺激值; L*为米制明度; a*、b*为米制色品第66页/共98页第六十六页，共99页。第67页/共98页第六十七页，共99页。第68页/共98页第六十八页，共99页。第69页/共98页第六十九页，共99页。第70页/共98页第七十页，共99页。第71页/共98页第七十一页，共99页。第72页/共98页第七十二页，共99页。第73

43、页/共98页第七十三页，共99页。第74页/共98页第七十四页，共99页。第75页/共98页第七十五页，共99页。第76页/共98页第七十六页，共99页。第77页/共98页第七十七页，共99页。如果，则在任何一种光源照明下，任何一种标准色度(s d)观察者条件下，三刺激值都会相同，我们称这两种物体的颜色为同色同谱色。 对不同(b tn)的自发光体在同一照明(zhomng)体照明(zhomng)下两个不同的物体在不同照明体照明下两个不同的物体对于，但三刺激值相同，则同色是有条件的, 它只是对于特定的标准色度观察者和特定的照明体才能成立，如果改变观察者或改变照明体，颜色的同色异谱性质就遭到破坏。

44、第78页/共98页第七十八页，共99页。例例第79页/共98页第七十九页，共99页。若观察者不变，但照明体改变若观察者不变，但照明体改变(gibin)，则同色异谱色也被破坏。，则同色异谱色也被破坏。四个样品在四个样品在CIE标准照明体标准照明体D65照照明下对明下对CIE 1931标准色度观察者是标准色度观察者是同色异谱色，具有相同的三刺激值，同色异谱色，具有相同的三刺激值，在色品图上位于同一个点，但是照在色品图上位于同一个点，但是照明体改变明体改变(gibin)成照明体成照明体A时，时，则四个样品不再具有相同的三刺激则四个样品不再具有相同的三刺激值，在色品图上成为四个不同的色值，在色品图上成

45、为四个不同的色品点。很多在品点。很多在D65照明下是同色异照明下是同色异谱色的样品，在谱色的样品，在A光源照明下，它光源照明下，它们的色品点也分散在一个椭圆内，们的色品点也分散在一个椭圆内，椭圆形的大小和方向表示两个照明椭圆形的大小和方向表示两个照明体之间的差异程度。体之间的差异程度。 物体色刺激的同色异谱性质是有条件的, 对于特定的照明体和特定的观察者才能成立, 当改变照明体或改变观察者, 或者两 者 都 改 变 , 便 破 坏(phui)了原来的同色异谱性质。 第80页/共98页第八十页，共99页。问 题：两样品的光谱辐亮度因数曲线之间有什么样的关系, 才能使它们同色异谱程度低。所谓同色异

46、谱程度低, 实际上是指异谱程度低, 条件(tiojin)改变后失匹配程度就小, 即色差较小。 第81页/共98页第八十一页，共99页。第82页/共98页第八十二页，共99页。 现有三种颜色样品，其光谱辐亮度因数 曲线如图。它们对于CIE标准(biozhn)照明体D65和CIE1931标准(biozhn)色度观察者是同色异谱色，故X0X1X2，Y0Y1Y2，Z0Z1Z2。三对颜色(0,1), (0,2), (1,2)中任一对的色差都为零。 不同照明下3种同色异谱样品(yngpn)的色差样品D65AF1F2F30 x00.46910.56800.55770.51840.4891y00.36460.

47、38470.38760.38700.3677Y033.0040.2539.7236.8533.081x10.46910.56830.56290.52350.4741y10.36460.38100.38470.38560.3699Y133.0040.2339.3636.5532.762x20.46910.55920.54540.51530.4685y20.36460.39410.39890.39260.3675Y333.0040.3640.3337.8833.28E0,10.02.54.73.30.2E0,20.010.913.45.01.9当照明体改为A，F1，F2，F3时3种样品有不同(b

48、tn)的三刺激值，根据这些数据按CIE 1964色差公式计算出色差，求得它们的同色异谱指数Mt。 第83页/共98页第八十三页，共99页。样品（0.1）（0.2）MA2.510.9MF14.713.4MF23.35.0MF30.21.9结 论如果样品0是标准样品，样品1和2是两个复制品的话, 显然(xinrn)样品1是较好的复制品, 因为它们与样品0在白炽灯下或各种荧光灯下都有较低的同色异谱指数。可是即使是样品1, 在低色温荧光灯下的同色异谱指数(4.7与3.3)也是不可忽略的。因为同色异谱指数大于3(相当于三个NBS色差单位), 表明复制品与标准样品已有可观的失匹配程度。 上面计算假定在参照

49、照明体下样品是同色的，但是在大多数实际情况下，即使在特定的光源下要使两个样品完全达到同色也是很困难的，往往总是会有微小的差异。在一般情况下，应允许有颜色差异存在(cnzi)，只是应尽量控制两样品的色差。由于两个具有同色异谱的颜色在参照照明体下不完全匹配，为了计算两样品的特殊同色异谱指数（改变照明体）需要进行相加或相乘校正。第84页/共98页第八十四页，共99页。第85页/共98页第八十五页，共99页。采用相加校正或相乘校正可自己选择。在某些情况下，相乘校正比相加校正能得到更令人满意的结果。第86页/共98页第八十六页，共99页。第87页/共98页第八十七页，共99页。第88页/共98页第八十八

50、页，共99页。人眼的颜色视觉是在自然光照明下经过长期生产人眼的颜色视觉是在自然光照明下经过长期生产劳动和辨色活动逐渐形成的。所谓自然光在白天指日劳动和辨色活动逐渐形成的。所谓自然光在白天指日光光, 夜间为火光夜间为火光, 火光的光谱分布大致相当于黎明和黄火光的光谱分布大致相当于黎明和黄昏时的日光。由于昏时的日光。由于(yuy)时相、季节、纬度、气候等时相、季节、纬度、气候等条件的变化条件的变化, 日光会有不同的光色和光谱分布日光会有不同的光色和光谱分布, 但是日但是日光和火光都是炽热发光体光和火光都是炽热发光体, 其发光光谱分布都是连续光其发光光谱分布都是连续光谱。由于谱。由于(yuy)人眼长

51、期适应于这类光源照明人眼长期适应于这类光源照明, 在其在其照明下观察物体的颜色是恒定的照明下观察物体的颜色是恒定的, 对物体颜色的辨别能对物体颜色的辨别能力是准确的力是准确的, 故可认为在日光和灯泡照明下看到的物体故可认为在日光和灯泡照明下看到的物体颜色是物体的颜色是物体的“真实真实”颜色。颜色。第89页/共98页第八十九页，共99页。 许多发光效率高的新光源如荧光灯、高压钠灯、高压汞灯(n dn)、氙灯等的发光的光谱分布不再完全是连续光谱，有线谱、带谱、更多的是混合光谱。在这些光源照明下看到的物体颜色与日光和白炽灯光下会产生较大差异第90页/共98页第九十页，共99页。 1. 光源的显色性由其光谱决定光源的显色性由其光谱决定具有连续光谱分布的光源均有较好的显色性。除连续光具有连续光谱分布的光源均有较好的显色性。除连续光谱的光源有较好的显色性外谱的光源有较好的显色性外, 由几个特