色度学基础.pptx

1、色度学基础,色度数据实例,目录,Hue(色相)：辐射的主要波长或频率，一般以颜色名称来表示，例如红、绿、蓝等。 Chroma(彩度，饱和度) ：除主要波长辐射外，夹杂其他次要波长的程度，若夹杂次要波长越少，色纯度越高，亦即色彩饱和度越好。 Value(明度)：表示总辐射能量的多寡，能量越高，视网膜刺激讯号越强，大脑所感受的亮度也越大。,颜色三要素,顏色混合,Additive 加法混色 (亮度增加),物体色所进行色彩混合行为 (色料会增加光线的吸收),颜色加法与减法: 光通过介质的过程减法(光被吸收) 许多光到达人眼的过程加法(光色混和),Subtractive減法混色 (亮度減少),加法混合&

2、减法混合,人眼构造,人 眼 构 造,RGB三色匹配实验,“三色匹配”实验,未知刺激源,匹配,三原色的单位,三原色的量,用三种色匹配另一种颜色的表达式：,当三原色的亮度比例是1：4.5907：0.0601时，能够匹配出等能白光（E光源）。 为了方便起见，将三原色的亮度单位定为： R=1.0000 cd/m2 G=4.5907 cd/m2 B=0.0601 cd/m2,根据grassmann law，三色混合光的亮度 L = 1.0000R +4.5907G + 0.0601B,RGB亮度单位,匹配函数中出现了负值，这是因为某些波长光谱色的匹配须将三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合才能够实

3、现，如右图所示。 表达式即：,C(0) + r(0) R = g(0) G + b(0) B C(0) = - r(0) R + g(0) G + b(0) B,对380nm到780nm等能光谱色进行颜色匹配实验,由每一波长光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，得到匹配函数，记为r()/ g()/ b(). 波长为的等能光谱色C()的匹配方程为: C()= r()R + g()G + b()B,RGB三色匹配方程,根据Grassmann定律，混合后光的亮度等于混合前各个光亮度之和。 因此，匹配方程 C() = r() R + g() G + b() B 中的C() 在数值上等于等能光谱色的相对亮

4、度。 将可见波长从380780nm逐一代入匹配方程，可得明视觉函数V()。 V()最大值是V(555) = r(555)1 + g(555)4.5907 + b(555)0.0601 = 1,顶点（555,1）,明视觉函数导出,直角坐标化,将三变量转化为直角坐标系： 让 r= () + +() ,g= () + +() , b=1 r g 作r-g直角坐标图如下图所示。,RGB直角坐标化,在当时没有计算机的情况下，负值计算不方便，因此CIE建议RGB三刺激值由一组新的三刺激值XYZ代替，新的三刺激值全部为正值。 同时，新三刺激值还符合以下的新要求： 三刺激值的亮度相等，X=Y=Z Y值正比于匹

5、配颜色C的亮度 记y() = Y/(X+Y+Z),则y() = V()， V()为明视觉函数。,X = 0.49R + 0.31G + 0.20B Y = 0.17697R +0.81240G + 0.01063B Z = 0.01G + 0.99B,或,综合以上需求得出以下转化表达式：,记,x = X/(X+Y+Z) y = Y/(X+Y+Z) z = Z/(X+Y+Z),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=（0.00

6、0R +0.010G +0.990B）/（0.667R +1.132G +1.200B）,RGB转化XYZ,将三变量转化为x-y直角坐标系：,XYZ直角坐标化,三刺激值：,色坐标：,色坐标计算,注意：,X/Y/Z,A,B,C,A,B,设颜色A和颜色B的三刺激值分别为 X1，Y1，Z1；X2，Y2，Z2 则混合后C的三刺激值分别为： X(1+2) = X1+X2 Y(1+2) = Y1+Y2 Z(1+2) = Z1+Z2,作图法： A=X1+Y1+Z1 B=X2+Y2+Z2 连接AB两点，在A点作AB的垂线段，长度为B； 在B点在另一侧作AB的垂线段，长度为A； 连接两垂线段端点，与AB的交点为

7、相加色的坐标。,颜色相加,M(x,y),O(x0,y0),L(x,y),兴奋纯度 样品的颜色接近主波长光谱色的程度表明该 样品颜色的纯度（饱和度）。,色度坐标加上兴奋纯度 更能给人颜色的具体印象,兴奋纯度,Hue(色相) ： 基准白与色坐标点的延长线与轮廓线交点的波长作为主波长，代表色调。 紫色区内的颜色N没有主波长，只有该颜色的补色波长495nm。 Chroma(彩度，饱和度) ： 基准白与色坐标点的距离代表饱和度。 对紫色区以外的颜色Q而言， S=CQ/CP100% Value(明度)：该颜色的Y值。,CIE-XYZ表示颜色三要素,颜色辨别能力,颜色的宽容度： 人眼感觉不出颜色变化的范围。

8、 JND(just noticeable difference，刚辨差): CIE-XYZ图上人眼能识别出颜色变化的最小距离。,麦克亚当在CIE-XYZ色度图上选取了25个常见色，做了人眼宽容度实验，结果如右图。 椭圆内的颜色人眼无法识别差别,麦克亚当椭圆,1960 CIE-UCS色度系统,CIE 1931 CIE 1960 UCS,優點： 改善CIE 1931色度圖的不均勻性。 缺點： 未考慮明度座標，使用上需單獨 註明Y值，較不方便。,CIE 1976 L*u*v* 均匀颜色空间,1. 加入完全反射漫射白色物體的亮 度因數(Yo =100 ) 2. 使用米制單位 3. = 1. 5 ,XY

9、Z : 颜色样品三刺激值 u,v : 颜色样品色度坐标 X0Y0Z0 : 标准照明体经完全反射漫射体 反射到眼中的白物体色三刺激值(Y0=100),色差:,1. 适用于量测物体表面 2. 色空间均匀性较L*u*v* System佳,XYZ : 颜色样品三刺激值 X0Y0Z0 : 标准照明体经完全反射漫射体 反射到眼中的白物体色三刺激值(Y0=100) L*,a*,b* : 为米制单位,色差:,CIE 1976 L*a*b* 均匀颜色空间,CIE标准色度学系统演变,定义Y的意义，经过坐标变换,进行实验数据采集,期望得到均匀色品平面,期望建立均匀色度空间,算法优化,CIE标准色度学系统演变,完全辐

10、射体(黑体）：任何温度下将落到它表面的光全部吸收而无反射。,只要知道温度，就可算出黑体光谱分布，常用黑体作标准确定光源色温。,黑体辐射出射度：,维恩位移律：,黑体辐射,黑体轨迹：黑体不同温度下的颜色在色度坐标上对应的轨迹。,色温：光源的颜色与某一温度下黑体的颜色相同时黑体的温度。,相关色温：光源的颜色没有落在黑体轨迹上，用最接近的黑体轨迹颜色来确定光源色温。,黑体辐射,麦勒德:按视觉恰可分辨的颜色差别，把黑体轨迹划分为许多视觉分辨的单位,等相关色温线：从黑体轨迹上延伸出的许多等麦勒德间隔分布的线,1931xy色度坐标上的等相关色温线,1960UCS色度坐标上的等相关色温线,相关色温的确定：内插

11、法+查表,黑体辐射,CIE标准照明体,MCPD：显微分光光度计（色度机）,透射量测,反射量测,MCPD机台介绍,显微分光系统,分光器,下Lens Focus,上Lens Focus,CCD,PMT,膜厚分析,MCPD机台介绍,分光器光强频谱获取原理, 利用凹面曲折格子（光栅）将透过样品光以全波长分光(380nm780nm，可见光波长段)； 再由Photo Diode Array（光电二极管阵列）将分光后的各波长光量转换为电流信号； 再将取得的数据用计算机计算、以光谱形式表示全波长区域的光强值。,Photo Diode Array,光纤,Slit 狭缝,反射回折格子（光栅）,光,光量电流值,白色光分光,基板,MCPD机台介绍,膜层透过率 =,Sample - Dark,Reference - Dark, 100 %,第一步： 量测透过素玻璃后的光强，称为Reference,第二步： 灯源关闭，直接获取环境光强，称为Dark,第三步： 量测玻璃+膜层的透过光强，称为Sample,透过率量测只是确认膜层（ITO、RGB）的特性，实际量测中需要去除玻璃和环境的影响。,MCPD机台介绍,色坐标计算过程,色域,（National television system committee）,NTSC規格的理想色。,随着RGB膜