03第二章CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)課件

1、表示顏色的方法有很多，如：分光光度曲線、色譜表色法、CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、孟塞爾顏色系統(tǒng)、中國(guó)顏色體系等等。第一節(jié) 顏色匹配把兩種顏色調(diào)到視覺(jué)上相同或相等的過(guò)程叫做顏色匹配。一、顏色匹配實(shí)驗(yàn)：顏色匹配實(shí)驗(yàn)如P32圖2-1所示。第二章 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)二、三刺激值和色品圖1、三刺激值。在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，用于顏色混合以產(chǎn)生任意顏色的三種顏色叫做三原色。 1931年，CIE作了規(guī)定：匹配等能光譜色時(shí)使用的三原色光波長(zhǎng)分別為紅原色700nm、綠原色546.1nm、藍(lán)原色435.8nm。 顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)與待測(cè)色達(dá)到匹配時(shí)所需要的三原色的數(shù)量，稱為三刺激值，記作R、G、B，分別表示紅、綠、藍(lán)光的數(shù)量。

2、 R、G、B值相同的顏色，顏色感覺(jué)（外貌）必定相同。用三刺激值來(lái)表示不同的顏色，就是CIE色度系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。 2、光譜三刺激值。 匹配等能光譜色的三原色數(shù)量。用符號(hào)r、g 、b 來(lái)表示。3、色品坐標(biāo)和色品圖。三原色各自在R+G+B總量中的相對(duì)比例叫做色品坐標(biāo)，用符號(hào)r、g、b來(lái)表示。色品坐標(biāo)與三刺激值的關(guān)系為： r=R/ R+G+B ，g =G / R+G+B ， b =B/ R+G+B=1-r-g。以色品坐標(biāo)r、g表示的平面圖稱為色品圖，如圖2-2示。標(biāo)準(zhǔn)白光（W）的色品坐標(biāo)為：r=g=b=0.333。第二節(jié) CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。 什么是CIE色度系統(tǒng)? 色度系統(tǒng)又名表

3、色系統(tǒng)，它是指使用特定的符號(hào)，按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)是國(guó)際照明委員會(huì)所推薦使用的，它是國(guó)際通用的表色、測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)，也是我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局1983年正式推行的顏色表示方法的基礎(chǔ)。一、CIE1931RGB系統(tǒng)表2-1是用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得波長(zhǎng)間隔為10nm的數(shù)據(jù)。圖2-4是根據(jù)CIE1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值所繪制出的色品圖。色品圖中的偏馬蹄形曲線是所有光譜色色品點(diǎn)連接起來(lái)的軌跡稱作光譜軌跡。（spectrum locus），這種特殊形狀是由人眼對(duì)三原色刺激的混合比例決定的。 出現(xiàn)負(fù)值的原因見(jiàn)P37。為了方便計(jì)算和理解，1931年CIE討論推薦了新的國(guó)際通用色

4、度系統(tǒng)CIE1931XYZ系統(tǒng)。二、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，CIE作了修正，將原來(lái)的光譜三刺激值進(jìn)行了新的轉(zhuǎn)換,保證所有實(shí)際顏色的數(shù)據(jù)都是正值，這一組新計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)定名為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值（又名匹配函數(shù)）”。簡(jiǎn)稱為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”。在理論上，要想得某一波長(zhǎng)的光譜顏色，可以從表2-2中查出相應(yīng)的X、Y、Z三刺激值相加，便可得該光譜色。1、CIE1931色度圖。A、 繪制。我們把色度圖中各種單色光刺激色坐標(biāo)的點(diǎn)連起來(lái)形成的馬蹄形軌跡叫做光譜軌跡（spectrum locus），這種特殊形狀是由人眼對(duì)三原色刺激的混合比例決定的。B、在

5、色度圖中，把紫、紅兩端連接起來(lái)的直線叫做紫紅軌跡（purple boundary），這是光譜中所沒(méi)有的介于紫和紅之間的顏色，這條直線上的顏色又稱為譜外色。在由光譜軌跡和紫紅軌跡所形成的馬蹄形區(qū)域里，包含了一切物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色，凡落在其區(qū)域外的顏色是不能由真實(shí)色光混合產(chǎn)生的顏色。 色度圖色度圖中心為白點(diǎn)，光譜軌跡上的點(diǎn)代表不同波長(zhǎng)的光譜色，是飽和度最高的顏色，越接近色品圖中心，顏色的飽和度就越低，圍繞色品圖中心不同的角度，顏色的色調(diào)不同。使用數(shù)字描述顏色時(shí)，常采用Yxy表色方法，即采用色品坐標(biāo)xy表示顏色的色度特征，用亮度因數(shù)Y表示顏色的亮度特征。這樣顏色的外貌就能完全唯一地確定下來(lái)。如圖2-

6、7所示。CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的數(shù)據(jù)只適用于2 （1 4 ）視場(chǎng)。2、色度圖中顏色的標(biāo)定 在色度圖中標(biāo)定顏色既可以用色度坐標(biāo)，也可以用主波長(zhǎng)和彩度來(lái)表示。（以CIE1931色度圖為例進(jìn)行說(shuō)明）2.1色相的表示。A、在色度圖中，E點(diǎn)處是等能白光，表示理想的白光光源，又名中性點(diǎn)，由三原色各三分之一混合產(chǎn)生，該點(diǎn)的色度坐標(biāo)為：x=0.3333，y=0.33333，z=0.3333。B、 光譜色均在馬蹄形的光譜軌跡上，光譜色的色相由曲線上各色點(diǎn)的波長(zhǎng)來(lái)表示。譜外色則均在中性點(diǎn)與紫紅軌跡之間的三角形區(qū)域內(nèi)。位于光譜軌跡之內(nèi)各點(diǎn)的顏色色相一般可以用其主波長(zhǎng)來(lái)表示（主要是用作圖法和計(jì)算方法求得）。任一

7、色點(diǎn)與中性點(diǎn)的連線稱為等色相線，這條線上各點(diǎn)的顏色色相相同，即均由同一主波長(zhǎng)來(lái)表示，但彩度有所不同。C、譜外色的色相可由某色點(diǎn)的補(bǔ)色波長(zhǎng)c表示。D、在色度圖中，很容易確定一對(duì)光譜色的補(bǔ)色波長(zhǎng)。 2.2彩度的表示。2.3明度的表示。 第三節(jié) CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)為了適應(yīng)大視場(chǎng)顏色測(cè)量的需要，所以1964年，CIE又補(bǔ)充制定了一種10視場(chǎng)的色度系統(tǒng)，稱為CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，又稱10視場(chǎng)X10Y10Z10色度系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為X10Y10Z10色度系統(tǒng)。課本中P43表2-3是其三刺激值和色度坐標(biāo)。在CIE1964補(bǔ)充色度系統(tǒng)中，所用的三原色波長(zhǎng)與CIE1931略有不同，分別為：R=6

8、45.2nm，G=526.3nm，B=444.4nm。用它繪制的CIE1964色度圖與CIE1931略有差異，如P45圖2-9所示。二者的等能白光E點(diǎn)是重合的，光譜軌跡在形狀上是相似的，但是在相同波長(zhǎng)的光譜色在各自的光譜軌跡上的位置有較大差異，如490500nm，還可以看圖2-10，比較它們的差異。 所以在色度測(cè)量與計(jì)算中要根據(jù)觀察視場(chǎng)的大小選擇CIE1931或CIE1964。第四節(jié) 光源的顏色特性一、色溫與相關(guān)色溫人們?cè)谌粘Ｉ钪邪l(fā)現(xiàn)，某些黑色物體如鐵塊、煤塊被加熱之后，隨著溫度的不斷升高，顏色會(huì)發(fā)生由黑紅黃白藍(lán)的一系列的顏色變化，可以認(rèn)為溫度與某些物體的顏色有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，于是人們發(fā)明了

9、用溫度值表示顏色的方法。（人們選用顏色溫度這個(gè)概念來(lái)描述光源的顏色，簡(jiǎn)稱為色溫。）衡量光源色溫是以絕對(duì)黑體的溫度與其相應(yīng)的光譜功率分布作為標(biāo)準(zhǔn)的。絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體是指能100%地吸收任何波長(zhǎng)的光輻射的物體。但是在自然界中理想的絕對(duì)黑體是不存在的，所以人們就設(shè)計(jì)出以耐高溫金屬材料制作的黑體基本接近于絕對(duì)黑體。 光源的色溫：如果某一光源發(fā)出的顏色與黑體在某一溫度時(shí)發(fā)射光的顏色相同，即光源的光譜功率分布曲線與黑體某一溫度下的曲線吻合，（當(dāng)某種光源的色品坐標(biāo)與某一溫度下黑體色品坐標(biāo)相同時(shí)）則黑體的這一溫度值即稱為該光源的色溫（color temperature）。色溫采用絕對(duì)溫度T（即熱力學(xué)溫度）表示

10、，單位：開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱為開(kāi)，符號(hào)為K。T（K）=t（）+273。那么我們?nèi)绾未_定光源的色溫呢？具體作法是：先使用光譜輻射計(jì)測(cè)出待測(cè)光源的光譜功率分布并繪出相對(duì)光譜功率分布曲線，再以絕對(duì)黑體的相對(duì)光譜功率分布曲線圖作為參照標(biāo)準(zhǔn)，比較后，找出與待測(cè)光源相吻合的一條曲線，查出該曲線的絕對(duì)溫度值，該數(shù)值即為待測(cè)光源的色溫?cái)?shù)值。如正午的日光色溫為6500K，則說(shuō)明此時(shí)日光的光色與黑體加熱到6500K（6227）時(shí)發(fā)出的光色相同。相關(guān)色溫。顯而易見(jiàn)，光源的光譜功率分布是用曲線的形式來(lái)描述光色，而色溫則是用數(shù)字的形式來(lái)表示光色，前者直觀，后者便于交流。注意：色溫只是用溫度值來(lái)描述光源的顏色的一種量值，它與光源

11、本身的溫度無(wú)關(guān)。 印刷行業(yè)對(duì)光源色溫的要求 a、在拍攝彩色原稿的過(guò)程中的要求。b、在彩色復(fù)制過(guò)程中的要求。c、按照我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，觀察透射樣品時(shí)，光源的相關(guān)色溫為5003K；觀察反射樣品時(shí)，光源的相關(guān)色溫為6504K，否則觀察會(huì)出現(xiàn)偏差。 二、CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源為了分析和運(yùn)用顏色，統(tǒng)一顏色工作者對(duì)顏色的認(rèn)識(shí)和交流，CIE規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。標(biāo)準(zhǔn)照明體是指特定的的光譜功率分布，標(biāo)準(zhǔn)光源是符合標(biāo)準(zhǔn)照明體規(guī)定的光譜功率分布的物理發(fā)光體。CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照明體A、標(biāo)準(zhǔn)照明體B、標(biāo)準(zhǔn)照明體C、標(biāo)準(zhǔn)照明體D65 、標(biāo)準(zhǔn)照明體D。標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、D、D65的相對(duì)功率分布見(jiàn)表2-

12、4，色品坐標(biāo)見(jiàn)表2-5，光譜功率分布曲線見(jiàn)圖2-14。CIE標(biāo)準(zhǔn)光源： 是指用來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體、由CIE所規(guī)定的人造光源。 標(biāo)準(zhǔn)光源A、 標(biāo)準(zhǔn)光源D65 、 標(biāo)準(zhǔn)光源D。CIE優(yōu)先推薦D55，D65，D75的相對(duì)光譜功率分布作為代表日光的標(biāo)準(zhǔn)照明體，相當(dāng)于相關(guān)色溫為5505K，6504K，7504K的D照明體。CIE建議盡量用D65來(lái)代表日光，在不能應(yīng)用D65時(shí)，則盡量使用D55和D75。在印刷應(yīng)用中，常使用D50作為標(biāo)準(zhǔn)照明條件。三、光源的顯色性1.什么是光源的顯色性？光源的顯色性是光源的另一顏色指標(biāo)。它是指與參考標(biāo)準(zhǔn)光源相比較時(shí)，光源顯現(xiàn)物體顏色的特性（在光源照明下所呈現(xiàn)顏色的真實(shí)性），即

13、將待測(cè)光源下與參照標(biāo)準(zhǔn)光源下標(biāo)準(zhǔn)樣品的顏色相比較，偏差越小則待測(cè)光源的顯色性越好。1.1CIE規(guī)定：待測(cè)光源色溫低于5000K時(shí)，用黑體作為參照標(biāo)準(zhǔn)光源，待測(cè)光源的色溫高于5000K時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照標(biāo)準(zhǔn)光源。1.2參考標(biāo)準(zhǔn)光源的顯色指數(shù)Ra=100。當(dāng)某光源的顯色性與參考標(biāo)準(zhǔn)光源相同時(shí)，則該光源的顯色指數(shù)為100，而有差異時(shí)，其顯色指數(shù)Ra100。Ra越接近100，光源的顯色性越好。Ra值在10075之間的光源，屬于顯色性良好的光源；Ra值在7550之間的光源，顯色性一般；Ra0.0089或0.01）a*=500（X/Xn）1/3（Y/Yn）1/3 （X/Xn0.0089或0.01

14、）b*=200（Y/Yn）1/3（Z/Zn）1/3 （Z/Zn0.0089或0.01 ）以上各式中，L*明度指數(shù)；a*、b*均為色度指數(shù)；X、Y、Z顏色樣品的光譜三刺激值；Xn、Yn、ZnCIE標(biāo)準(zhǔn)照明體照射到完全漫反射面的三刺激值，其數(shù)值見(jiàn)下表。 視場(chǎng) 光源三刺激值2視場(chǎng)10視場(chǎng)D65CAD65CAXn95.05098.070109.8594.81097.280111.14Yn100.00100.00100.00100.00100.00100.00Zn108.90118.2235.580107.34116.1435.2002、色差公式：色差（color difference）是指用數(shù)值的方式

15、表示兩種顏色給人色彩感覺(jué)上的差別。兩個(gè)按L*、a*、b*標(biāo)定的顏色，色差由下式計(jì)算：Eab*=（L*）2+（a*）2+（b*）2L*=L樣*L標(biāo)*，正值時(shí)表示樣品比標(biāo)準(zhǔn)淺，負(fù)值則表示樣品比標(biāo)準(zhǔn)深。色度差a*=a樣*a標(biāo)*，b*=b樣*b標(biāo)*，a*和b*表示樣品和標(biāo)準(zhǔn)在a*b*平面中位置的改變。若兩種顏色看上去有差別，則稱為色差，用符號(hào)Eab*表示，單位是NBS（它是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的名稱縮寫），1NBS相當(dāng)于0.00150.0025x或y的色品坐標(biāo)變化。顏色的差別不僅是色相的差別，還有明度和彩度上的差別。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局在彩色印刷品質(zhì)的質(zhì)量要求上也使用了CIELAB色差公式，如對(duì)彩色裝潢印刷品的同批同色色差為：一般產(chǎn)品Eab*5.006.00，精細(xì)產(chǎn)品Eab*4.005.00。計(jì)算舉例。三、CIE1976L*u*v*均勻顏色空間及色差公式（略）。第八節(jié) 同色異譜什么是同色異譜色？ 同色異譜色（metameric colors）是指顏色外貌看起來(lái)相同，但是光譜組成并不相同的顏色。 同色異譜色的條件：a、必須要在相同觀察條件下，主要是光源相同。b、兩個(gè)異譜的顏色如要同色，它們的反射曲線在可見(jiàn)光范圍內(nèi)至少要有三個(gè)交叉點(diǎn)，即兩色在三個(gè)不