色學(xué)昆山第二稿

顏色科學(xué)基礎(chǔ)2008-3-1昆山龍騰當(dāng)前第1頁\共有130頁\編于星期五\13點內(nèi)容提要第一章色彩學(xué)概述第二章色度學(xué)原理與CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)當(dāng)前第2頁\共有130頁\編于星期五\13點第一章色彩學(xué)概述關(guān)鍵詞：黑白與彩色；色彩三屬性：色調(diào)；明度；彩度；表色法；孟塞爾表色系統(tǒng)；HV/C；色光；色料；彩色混合；補色當(dāng)前第3頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩的生成白光棱鏡屏可見光譜:當(dāng)前第4頁\共有130頁\編于星期五\13點

色彩的生成可見光的波長范圍：380nm～780nm

紅

橙

黃

綠

青

藍

紫630600570500450430380780630600570500450430固有色——物體在日光照明下所反射出來的顏色色彩（顏色）是主觀量而非客觀量。當(dāng)前第5頁\共有130頁\編于星期五\13點產(chǎn)生物體色的條件：

人眼+光+反射（吸收）物體光當(dāng)前第6頁\共有130頁\編于星期五\13點影響顏色的因素顏色是人眼在接受光的刺激后，視網(wǎng)膜的興奮傳到大腦中樞而產(chǎn)生的感覺。因此顏色與人的生理狀況和心理情緒有關(guān)。顏色是主觀量而非客觀量。光源的類型（日光，燈光）及性質(zhì)。被照明物體的性質(zhì)（組成成分）及狀態(tài)（表面光潔度）。觀察者所處的周圍環(huán)境（明暗程度），照明條件，觀察角度。一朵黃色的菊花在蜜蜂眼里是藍紫色的。當(dāng)前第7頁\共有130頁\編于星期五\13點光與色彩一般人眼中的草莓紅綠色盲眼中的草莓當(dāng)前第8頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色分類：黑白與彩色黑白色系(非彩色或中性色)是指：白色、黑色和各種深淺不同的灰色。（黑白電視）彩色是指：除黑白以外的其它顏色，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。（彩色電視）當(dāng)前第9頁\共有130頁\編于星期五\13點白黑系列——由白色漸漸到淺灰、中灰、深灰，直到黑色。純白是理想的完全反射的物體，其光反射率等于1；純黑是理想的無反射的物體，其光反射率等于0。愈接近白色，明度愈高，反之，愈接近黑色，明度愈低。

白黑系列灰度（明度）變化當(dāng)前第10頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩的三屬性：色調(diào)(色相)明度(亮度)彩度(飽和度)當(dāng)前第11頁\共有130頁\編于星期五\13點

色調(diào)：色別、色相。例如：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫色調(diào)主要決定于光的波長當(dāng)前第12頁\共有130頁\編于星期五\13點光的顏色與其光譜主波長的光色相對應(yīng)當(dāng)前第13頁\共有130頁\編于星期五\13點

明度（用于非發(fā)光體）或亮度（用于發(fā)光體）：表示色彩的明暗程度明度主要決定于物體反射率的高低及照明光源的亮度當(dāng)前第14頁\共有130頁\編于星期五\13點色調(diào)相同、彩度相同、明度不同的彩色同一彩色物體用不同亮度的光源照明得到不同明度的色彩自左至右，彩度相同，明度下降。當(dāng)前第15頁\共有130頁\編于星期五\13點彩度（飽和度）：色彩的純潔程度單色光的飽和度最高（100%）白光的飽和度最低（0%）自左至右彩度依次降低彩度主要決定于物體反射光譜選擇性當(dāng)前第16頁\共有130頁\編于星期五\13點當(dāng)前第17頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩立體當(dāng)前第18頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩的習(xí)慣命名法(1)

以植物的花、莖、葉以及果實的色彩來命名，如玫瑰紅、棗紅、草綠、荷葉綠、橄欖綠、蘋果綠、橘紅、橘黃等。(2)以動物的特色來命名，如鵝掌黃、蟹青、孔雀藍、孔雀綠等。(3)以自然界中的天、地、日、月、星辰、山水、礦石、金屬的色彩命名，例如天藍、土黃、月灰、水綠、銀灰、古銅色、銀白色、翠綠、鉛白、石青、祖母綠等。(4)以染料或顏料色的名稱命名，例如靛青、陰丹士林藍、甲基紅等。(5)以形容色調(diào)的深淺、明暗等形容詞命名，例如朱紅、墨綠、深紫、淺綠、暗藍、鮮紅等。(6)其他習(xí)慣命名，如醬色、肉色、西洋紅等。當(dāng)前第19頁\共有130頁\編于星期五\13點色譜表示法色譜表示法是一種以基本色分量來表示色彩的方法。以某些顏料為基本色調(diào)并按一定比例和形式編排后，組成一個含有一定數(shù)量的色塊并有規(guī)律排列起來的色彩圖樣，就稱為色譜。色譜是一種最通俗易懂，并能以實際色塊作參考色樣的最直觀的表色法。當(dāng)前第20頁\共有130頁\編于星期五\13點孟塞爾色彩系統(tǒng)

孟塞爾色彩空間系統(tǒng)包括（1）色彩圖冊；（2）色彩立體模型；（3）色彩表示說明書。

色彩圖冊包括兩套樣品，每一色彩樣品的尺寸大約是1.8cm×2.1cm。（1）有光澤樣品：共包括1450塊色彩樣品，附有一套由白到黑共37塊中性色樣品。（2）無光澤樣品：由1150塊色彩樣品、32塊中性色樣品組成。當(dāng)前第21頁\共有130頁\編于星期五\13點R

YR

Y

GY

G

BG

B

PB

P

RP紅

黃紅

黃

綠黃

綠

藍綠

藍

紫藍

紫

紅紫飽和度（C）109876543210白灰黑024681012141618……中性色彩色飽和色明度（V）色調(diào)（H）

孟塞爾色彩系統(tǒng)的等級劃分當(dāng)前第22頁\共有130頁\編于星期五\13點Munsell空間

當(dāng)前第23頁\共有130頁\編于星期五\13點Munsell色彩系統(tǒng)的飽和度分布

當(dāng)前第24頁\共有130頁\編于星期五\13點Munsell標(biāo)號：彩色HV/CH：色調(diào)V：明度值C：彩度值例如：5Y9/14中性色：NV/N：中性孟塞爾色彩立體示意圖

當(dāng)前第25頁\共有130頁\編于星期五\13點Munsell色相環(huán)

當(dāng)前第26頁\共有130頁\編于星期五\13點三基色與色彩的混合

基色：色彩的基本色（母色）。用三基色混合能得到多種多樣的色彩（即不同色調(diào)、不同明度、不同彩度的色彩）。兩類三基色：色光三基色：紅、綠、藍。

色料三基色：品紅、黃、青。當(dāng)前第27頁\共有130頁\編于星期五\13點色光三基色：紅、綠、藍。色料三基色：品紅、黃、青。當(dāng)前第28頁\共有130頁\編于星期五\13點計算機顏色系統(tǒng)RGB顏色立方體

RGB顏色立方體是用三基色光來描述物體顏色特征的。在計算機圖像處理軟件和圖形處理軟件的色彩管理系統(tǒng)中，RGB顏色模式是數(shù)字照相機、掃描儀、顯示器所使用的顏色系統(tǒng)，是一個與設(shè)備相關(guān)的顏色空間。

在計算機圖像處理系統(tǒng)、圖形處理系統(tǒng)的RGB顏色空間中，每種顏色用二進制的一個字節(jié)表示，即用28來表示單一顏色的變化級別，其取值范圍為0～255，數(shù)值越大，顏色越明亮。當(dāng)前第29頁\共有130頁\編于星期五\13點

當(dāng)把3種基色以各自的256種值組合起來，就可得到224＝16777216種顏色。圖中三個軸向分別表示R、G、B三基色，最大值都為255，把它們連接起來就構(gòu)成了一個立方體。

立方體的八個頂角分別表示R、G、B、C、M、Y、W、K等8種基本顏色，白與黑的連線構(gòu)成了不同明暗等級的中性灰。

當(dāng)前第30頁\共有130頁\編于星期五\13點計算機HSL顏色系統(tǒng)色調(diào)H（0→255）飽和度S（0→255）亮度L（0→255）H，S，L各自256個值組合起來，就可得到224＝16777216種顏色。當(dāng)前第31頁\共有130頁\編于星期五\13點RGB→HSL(非線性變換)CM=R;Cm=G=B;(H=0)紅CM=R=G;

Cm=B;

(H=42)黃CM=G;Cm=R=B;(H=85)綠CM=G=B;Cm=R;(H=128)青CM=B;Cm=R=G;(H=170)藍CM=B=R;Cm=G;(H=213)品CM=Max(RGB);Cm=min(RGB)當(dāng)前第32頁\共有130頁\編于星期五\13點RGBHSL000N002000(R)255102085(G)2551002170(B)2551222N0222042(Y)2551022128(C)2551202213(M)2551255000255128025508525512800255170255128當(dāng)前第33頁\共有130頁\編于星期五\13點RGBHSL128128128N01281301281280(R)21291321281280413014012812801313418012812806615422012812801451742551281280255192110128128127(C)1911980128128127591044012812812713484012812812725564當(dāng)前第34頁\共有130頁\編于星期五\13點K(000)W(255255255)R(25500)C(0255255).(128128128)H=0H=127色立方體的剖面當(dāng)前第35頁\共有130頁\編于星期五\13點K(000)W(255255255)G(02550)M(2550255).(128128128)H=85H=213色立方體的剖面當(dāng)前第36頁\共有130頁\編于星期五\13點K(000)W(255255255)B(00

255)Y(2552550).(128128128)H=170H=42色立方體的剖面當(dāng)前第37頁\共有130頁\編于星期五\13點H=0H=42H=85H=127H=170H=213當(dāng)前第38頁\共有130頁\編于星期五\13點當(dāng)前第39頁\共有130頁\編于星期五\13點當(dāng)前第40頁\共有130頁\編于星期五\13點當(dāng)前第41頁\共有130頁\編于星期五\13點HSB圓柱體(三維柱坐標(biāo))色空間色調(diào)H：沿圓周變化，以角度表示，從0o到360o，其中0o或360o為紅色、60o為黃色、120o為綠色、180o為青色、240o為藍色、300o為品紅色。當(dāng)前第42頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色匹配實驗顏色轉(zhuǎn)盤

當(dāng)前第43頁\共有130頁\編于星期五\13點色光的匹配實驗屏幕光源擋板人眼黑色擋板當(dāng)前第44頁\共有130頁\編于星期五\13點

色光匹配：Red

Green

Blue

波長（nm）

700

546.1

435.8漫射體漫射體圓孔板觀察者當(dāng)前第45頁\共有130頁\編于星期五\13點色光混合++=+=+=+=當(dāng)前第46頁\共有130頁\編于星期五\13點色光混合當(dāng)前第47頁\共有130頁\編于星期五\13點格拉斯曼色彩混合定律(四條)1.人的視覺只能分辨色彩的三種變化：明度、色調(diào)、飽和度．2.在由兩個成分組成的混合色中，如果一個成分連續(xù)地變化，混合色的外貌也連續(xù)地變化。

補色律：每一種色彩都有對應(yīng)的補色。如果某一色彩與其補色以適當(dāng)比例混合，便產(chǎn)生白色或灰色；如果二者按其他比例混合，便產(chǎn)生近似比重大的色彩成分的非飽和色。

中間色律：任何兩個非補色相混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)決定于兩色彩的相對數(shù)量，其飽和度決定于二者在色調(diào)順序上的遠近。當(dāng)前第48頁\共有130頁\編于星期五\13點補色率當(dāng)前第49頁\共有130頁\編于星期五\13點中間色率當(dāng)前第50頁\共有130頁\編于星期五\13點飽和度下降,亮度增加當(dāng)前第51頁\共有130頁\編于星期五\13點飽和度下降,亮度降低當(dāng)前第52頁\共有130頁\編于星期五\13點R=255；W=128R=255；W=64R=255；W=192R=255；W=255R=255；W=0飽和度下降慢,亮度下降飽和度下降快,亮度增加當(dāng)前第53頁\共有130頁\編于星期五\13點R=255；G=255R=127；G=255R=255；G=127R=255；G=0R=0；G=255當(dāng)前第54頁\共有130頁\編于星期五\13點格拉斯曼色彩混合定律色彩外貌相同的光，不管它們的光譜組成是否—樣，在色彩混合中具有相同的效果。換言之，凡是在視覺上相同的色彩都是等效的。(同色異譜)代替律：相似色混合后仍相似。如果色彩A=色彩B；色彩C=色彩D那么色彩A+色彩C=色彩B+色彩D當(dāng)前第55頁\共有130頁\編于星期五\13點格拉斯曼色彩混合定律

代替律表明:只要在感覺上色彩是相似的，便可以互相代替，所得的視覺效果是同樣的。設(shè)A+B=C，B=X+Y，則A+(X+Y)=C。這個由代替而產(chǎn)生的混合色與原來的混合色在視覺上具有相同的效果。

根據(jù)代替律，可利用色彩混合方法來產(chǎn)生或代替某種所需要的色彩。色彩混合的代替律是一條非常重要的定律，現(xiàn)代色度學(xué)就是建立在這一定律基礎(chǔ)上的。當(dāng)前第56頁\共有130頁\編于星期五\13點格拉斯曼色彩混合定律4.混合色的總亮度等于組成混合色的各色彩光亮度的總和。這一定律叫做亮度相加律。上面所說的格拉斯曼色彩混合定律是色度學(xué)的一般規(guī)律，適用于各種色光的相加混合。但這些規(guī)律不適用于染料或涂料的混合。當(dāng)前第57頁\共有130頁\編于星期五\13點

色料混合++=+=+=+=當(dāng)前第58頁\共有130頁\編于星期五\13點色料混合當(dāng)前第59頁\共有130頁\編于星期五\13點補色的定義

對色光：凡兩色光相混合后能得白光的，此兩色光即互為補色。品紅綠；紅青；

黃藍紫。對色料（如油墨或涂料），凡兩色混合后成為黑色者，即互為補色。品紅綠；紅青；黃藍紫。補色原理對于指導(dǎo)調(diào)色（色的混合）具有極為重要的意義。如欲調(diào)純度較高的鮮艷色，不應(yīng)該選擇帶有補色關(guān)系的色，以避免所得色，帶灰黑成分；反之，若要適當(dāng)降低某色的鮮艷度，則可混合適量的補色。當(dāng)前第60頁\共有130頁\編于星期五\13點400nm600nm500nm700nm紅綠藍三基色及其補色的理想光譜當(dāng)前第61頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色的空間混合色空間混合是指兩種顏色彼此靠近但不重疊，達到混色目的。如彩色濾光片?；旌蠗l件：（1）混合色必須是細點、細線，且呈密集狀并列。點、線愈細、愈密，混合效果愈明顯。（2）顏色空間混合的效果與視覺距離有關(guān)。距離愈遠，混合效果愈明顯。當(dāng)前第62頁\共有130頁\編于星期五\13點彩色濾光片的象素分布當(dāng)前第63頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩的空間混合蒙娜麗莎當(dāng)前第64頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩的空間混合母與女當(dāng)前第65頁\共有130頁\編于星期五\13點色彩的空間混合父親當(dāng)前第66頁\共有130頁\編于星期五\13點第二章色度學(xué)原理與

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵詞：三基色；三刺激值(R,G,B)(X,Y,Z)；色度圖（色品圖）；RGB色坐標(biāo)系；色坐標(biāo)（r,g,b）；XYZ色坐標(biāo)系；色坐標(biāo)（x,y,z）；光譜色；光譜三刺激值當(dāng)前第67頁\共有130頁\編于星期五\13點CIE標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)系當(dāng)前第68頁\共有130頁\編于星期五\13點色度學(xué)與物理光學(xué)的區(qū)別：物理光學(xué)是客觀的科學(xué)，與人類的視覺感覺無關(guān)；而色度學(xué)卻是主觀的科學(xué)，它以人類的平均視覺感覺為基礎(chǔ)，因此它屬于人類工程學(xué)范疇。以光的強弱為例，物理光學(xué)以光的輻射能量這個客觀單位來度量；而色度學(xué)卻以色光對人眼的刺激強度來度量。輻射能量很大的紅光對人來說卻沒有輻射能量很小的黃光亮，人們就認(rèn)為黃光的強度比紅光大。色度學(xué)既然是建立在人眼的反應(yīng)基礎(chǔ)上，對于別的動物就不適用了。好在人類的不同人種之間對光的感受沒有太大的區(qū)別，因此色度學(xué)是和人種無關(guān)的。當(dāng)前第69頁\共有130頁\編于星期五\13點人眼對不同顏色的視覺感受

(光譜光效率函數(shù))日間視覺最敏感的光波長是550nm夜間視覺最敏感的光波長是500nm當(dāng)前第70頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色匹配實驗顏色轉(zhuǎn)盤

當(dāng)前第71頁\共有130頁\編于星期五\13點色光的匹配實驗屏幕光源擋板人眼黑色擋板當(dāng)前第72頁\共有130頁\編于星期五\13點

色光匹配：Red

Green

Blue

波長（nm）

700

546.1

435.8漫射體漫射體圓孔板觀察者當(dāng)前第73頁\共有130頁\編于星期五\13點K(0,0,0)W(255,255,255)B(0,0,255)R(255,0,0,)G(0,255,0)正三角形平面上任一點RGB滿足R+G+B=255當(dāng)前第74頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色的色三角形表示法三頂點R*、G*、B*代表三基色。三角形內(nèi)任一點,代表一種顏色，該點到三邊的距離r、g、b,代表三基色的混合比例，稱為該顏色的色坐標(biāo)。三角形內(nèi)有一點是白色點。色三角形r+g+b=常數(shù)B*G*R*rbgB*G*R*rbg當(dāng)前第75頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色方程三基色R*、G*、B*、任意色C*，單位色向量：[R]、[G]、[B]以及[C]。R*=R[R]、

G*=G[G]、

B*=B[B]、C*

=C[C]當(dāng)顏色C*與R[R]、

G[G]、

B[B]混合色，在視覺上匹配時，則可寫出顏色方程：C[C]=

R[R]+G[G]+B[B]

R、G、B稱為顏色C*的三刺激值。當(dāng)前第76頁\共有130頁\編于星期五\13點

在顏色科學(xué)中，我們不直接用三刺激值R、G、B來表示顏色，而用三基色各自占R+G+B總量的相對比值(色度坐標(biāo))表示顏色。對顏色C*而言，C[C]=R[R]+G[G]+B[B]其色度坐標(biāo)為：

r=R/(R+G+B)

g=G/(R+G+B)

b=B/(R+G+B)

r+

g+b=1(獨立變量只有兩個)顏色C*的單位值：[C]=r[R]+g[G]+b[B]

則顏色C*的色量：C=R+G+B當(dāng)前第77頁\共有130頁\編于星期五\13點色度坐標(biāo)僅表示顏色的部分屬性

(色調(diào)與飽和度),不包括亮度設(shè)有兩種色光：1.C1*=1[R]+2[G]+3[B]三刺激值為：R=1；G=2；B=3色度坐標(biāo)為：r=1/6；g=2/6；b=3/62.C2*=2[R]+4[G]+6[B]三刺激值為：R=2；G=4；B=6色度坐標(biāo)為：r=1/6；g=2/6；b=3/6色光C1*和C2*色度坐標(biāo)相同，亮度不同。C2*=2C1*當(dāng)前第78頁\共有130頁\編于星期五\13點白色的匹配以700nm紅光、546.1nm綠光、435.6nm藍光為三基色。調(diào)節(jié)三色光的亮度，使其與白色匹配。此時三色光的亮度分別是(單位：流明lm)：

Red

Green

Blue

Mixture

1.0000

4.5907

0.06915.6508定義色度學(xué)中三基色的相對亮度單位：1Red

unit=

[R]

=1.0000

lm

;1

Green

unit=

[G]

=4.5907lm

;1

Blueunit=

[B]

=0.0691lm.當(dāng)前第79頁\共有130頁\編于星期五\13點白色的單位向量[W]

選用相對亮度單位：[R]、[G]、[B]

則有[W]=(1/3)[R]+(1/3)[G]+(1/3)[B]

[W]色度坐標(biāo)：r=1/3、g=1/3、b=1/3相應(yīng)[R]、[G]、[B]的光亮度值(流明)：

L[R]=1.0000;L[G]=4.5907;L[B]=0.0691任意色光C*的單位光亮度為

L[C]=rL[R]+gL[G]+bL[B](流明)

若已知色光C*的光亮度為L(流明)

，并且測得色光C*的r、g、b值，則色光C*的色量為C=L/L[C]=L/(rL[R]+gL[G]+bL[B])(無量綱)當(dāng)前第80頁\共有130頁\編于星期五\13點色度相加原理

根據(jù)格拉斯曼配色混合的代替律：若色光A*=色光B*，

色光C*=色光D*，則色光A*+色光C*=色光B*+色光D*當(dāng)前第81頁\共有130頁\編于星期五\13點色光混合設(shè)色光C1*=C1[C1]

C2*=C2

[C2]三刺激值：R1、G1、B1

R2、G2、B2色度坐標(biāo)：r1、g1、b1

r2、g2、b2C1*與C2*混合后，得色光為C12*=C12[C12]：C12[C12]=C1[C1]+C2[C2]

=R1[R]+G1[G]+B1[B]+R2[R]+G2[G]+B2[B]=(R1+R2)[R]+(G1+G2)[G]+(B1+B2)[B]=(C1r1+C2r2)[R]+(C1g1+C2g2)[G]+(C1b1+C2b2)[B]當(dāng)前第82頁\共有130頁\編于星期五\13點所以C12=C1(r1+g1+b1)+C2(r2+g2+b2)=C1+C2

這就是說，在色三角形坐標(biāo)中，兩色混合的色度，相當(dāng)于C1*、C2*兩色依其色量C1、C2而形成的重心點。當(dāng)前第83頁\共有130頁\編于星期五\13點色光相加(作圖法)

P為色光1，Q為色光2，M為P+Q的混合色。為了求得這一點，可在P點作一條與PQ垂直的直線，其長度與Q色的量成正比；另在Q點上也作一條與PQ垂直的直線，長度與P色的量成正比，然后連接這兩條垂直線末端的線，與PQ線的交叉點就是所求混合色的點。當(dāng)前第84頁\共有130頁\編于星期五\13點n個不同色顏色相混合混合色的色度坐標(biāo)應(yīng)為：

當(dāng)前第85頁\共有130頁\編于星期五\13點光譜色的匹配方法實驗中采用：光譜色+適當(dāng)?shù)陌坠?，然后再匹配例如：波長500nm的單色光C500*=C1[C]；由右上圖可知Co*=C1[C]+W1[W]；Co*=G1[G]+B1[B]；因而有：C1[C]+W1[W]=G1[G]+B1[B]

單一波長的單色光的顏色稱為光譜色，光譜色是最純的，飽和度百分之百。不能直接用R*、G*、B*三基色混合與其相匹配。只能用間接的方法。當(dāng)前第86頁\共有130頁\編于星期五\13點

在顏色轉(zhuǎn)盤實驗中，如果被匹配的顏色(轉(zhuǎn)盤中心)很飽和，那么用紅、綠、藍三基色可能實現(xiàn)不了匹配。在這種情況下(見下頁)顏色匹配方程：C[C]

+

B[B]=

R[R]

+

G[G]

或者C[C]

=

R[R]

+

G[G]

-

B[B]

當(dāng)前第87頁\共有130頁\編于星期五\13點顏色轉(zhuǎn)盤

C[C]+

B[B]=

R[R]

+G[G]當(dāng)前第88頁\共有130頁\編于星期五\13點將C1[C]+W1[W]=G1[G]+B1[B]改寫為C500*=C1[C]=G1[G]+B1[B]-W1[W]

=G1[G]+B1[B]-W1{(1/3)[R]+(1/3)[G]+(1/3)[B]}=(–W1/3)[R]+(G1–W1/3)[G]+(B1–W1/3)[B]光譜色C500*相應(yīng)的色度坐標(biāo)r1、g1、b1為

本例中

r1

負值。一般情況下，r1、g1、b1不但可以為負值，而且它的絕對值不限于0到1范圍，有可能大于1，（r1+g1+b1=1）。當(dāng)前第89頁\共有130頁\編于星期五\13點光譜軌跡與色譜圖在確定了所有光譜色的色度坐標(biāo)之后，將坐標(biāo)點連接成一條馬蹄型曲線（光譜軌跡），再與長、短波兩端點連線圍成一個圖形，稱為色譜圖。色譜圖當(dāng)前第90頁\共有130頁\編于星期五\13點光譜三刺激值如果已知色光E的光譜功率分布，怎樣來確定它的三刺激值及色度坐標(biāo)呢？設(shè)：色光E的光譜功率分布為E()，光譜光效率函數(shù)V(λ),光譜色的色度坐標(biāo)r()、g()、b()。先找出→+d色光E()d的色量值dC()，色光E()d的亮度等于：當(dāng)前第91頁\共有130頁\編于星期五\13點由混合色的色度坐標(biāo)公式,得到色光E的色度坐標(biāo)為：rE=[r()dC()]/[dC()]；gE=[g()dC()]/[dC()]；bE=[b()dC()]/[dC()]或?qū)懗僧?dāng)前第92頁\共有130頁\編于星期五\13點

對于任一色光E，只要測得它的光譜功率分布E()，就能計算求得這一色光的色度坐標(biāo)。定義其中k為規(guī)化系數(shù)。于是得色光E的色度坐標(biāo)：

需要指出，光譜三刺激值函數(shù)是與所選擇的紅、綠、藍三基色有關(guān)的。光譜三刺激值在某些波段會出現(xiàn)負值。

稱為光譜三刺激值函數(shù)當(dāng)前第93頁\共有130頁\編于星期五\13點CIE1931-RGB系統(tǒng)光譜三刺激值曲線圖三基色700nm546.1nm435.6nm當(dāng)前第94頁\共有130頁\編于星期五\13點色度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換設(shè)有兩個色坐標(biāo)系：

[RGB]

和

{XYZ}三原色

R*、G*、B*

X*、Y*、Z*單位向量

[R]、[G]、[B]

{X}、{Y}、{Z}設(shè)顏色向量C*

單位向量：

[C]

{C}三刺激值：

R、G、B

X、Y、Z則顏色向量C*可表示為：C*=(R+G+B)[C]=R[R]+G[G]+B[B]

=(X+Y+Z){C}=X{X}+Y{Y}+Z{Z}當(dāng)前第95頁\共有130頁\編于星期五\13點設(shè)[X]、[Y]、[Z]是色光X*、Y*、Z*在[RGB]色坐標(biāo)系中的色度單位：

[X]=rX[R]+gX[G]+bX[B][Y]=rY[R]+gY[G]+bY[B][Z]=rZ[R]+gZ[G]+bZ[B]對{XYZ}色坐標(biāo)系按照不同的規(guī)化條件，因此有

{X}=kX[X]=kXrX[R]+kXgX[G]+kXbX[B]

{Y}=kY

[Y]=kYrY[R]+kYgY[G]+kYbY[B]

{Z}=kZ

[Z]=kZrZ[R]+kZgZ[G]+kZbZ[B]其中kX、kY、kZ為確定{X}、{Y}、{Z}單位向量的規(guī)化系數(shù)。{X}與[X]只相差一個常數(shù)，明度不同，色品相同。

當(dāng)前第96頁\共有130頁\編于星期五\13點X{X}+Y{Y}+Z{Z}=X{kXrX[R]+kXgX[G]+kXbX[B]}+Y{kYrY[R]+kYgY[G]+kYbY[B]}+Z{kZrZ[R]+kZgZ[G]+kZbZ[B]}=（kXrXX+kYrYY+kZrZZ）[R]

+（kXgXX+kYgYY+kZgZZ）[G]

+（kXbXX+kYbYY+kZbZZ）[B]=R[R]+G[G]+B[B]當(dāng)前第97頁\共有130頁\編于星期五\13點

上式中，[R]、[G]、[B]兩邊的系數(shù)相等，得：

R=kXrXX+kYrYY+kZrZZ

G=kXgXX+kYgYY+kZgZZ

B=kXbXX+kYbYY+kZbZZ用矩陣表示：

式中當(dāng)前第98頁\共有130頁\編于星期五\13點確定[k]的規(guī)化條件是：白色光在[RGB]色坐標(biāo)系的色度坐標(biāo)為rW、gW、bW時，在{XYZ}色坐標(biāo)系的色度坐標(biāo)必須是1/3、1/3、1/3由此得：

從此式可求得矩陣[k]

當(dāng)前第99頁\共有130頁\編于星期五\13點CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者

現(xiàn)代色度學(xué)采用國際照明委員會(簡稱CIE)所規(guī)定的一套顏色測量原理、數(shù)據(jù)和計算方法，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。此系統(tǒng)是以兩組現(xiàn)代色度學(xué)的基本視覺實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。

CIEl931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值，適于1o～4o視場的顏色測量；

CIEl964補充標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值，適于大于4o視場的顏色測量。并且CIE規(guī)定必須在明視覺條件下使用這兩組標(biāo)準(zhǔn)觀察者的數(shù)據(jù)。當(dāng)前第100頁\共有130頁\編于星期五\13點1931CIE-RGB系統(tǒng)(2o觀察條件)

1931年CIE規(guī)定700nm的紅、546.1nm的綠和435.8nm的藍色光為三基色（后二者為汞譜線）在2o觀察條件下，在目視配色儀上，使三基色相加，與等能白色(E光源)匹配。實驗測得R、G、B三基色的亮度比率為1.0000：4.5907：0.0601（相對亮度比率）R、G、B三基色的輻亮度比率為72.0962：1.3791：1.0000當(dāng)前第101頁\共有130頁\編于星期五\13點CIE1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者

以700nm的紅、546.1nm的綠和435.8nm的藍色光為三基色，在2o觀察條件下，在目視配色儀上，使三基色相加，與等能白色(E光源)的全部光譜色匹配。每一光譜色的三刺激值，不用符號“R、G、B”表示，而是使用下面一組專用的符號，稱為CIE1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值。當(dāng)前第102頁\共有130頁\編于星期五\13點CIE1931-RGB系統(tǒng)光譜三刺激值曲線圖三基色700.0nm546.1nm435.6nm當(dāng)前第103頁\共有130頁\編于星期五\13點1931CIE-RGB系統(tǒng)色度圖當(dāng)前第104頁\共有130頁\編于星期五\13點1931CIE-XYZ系統(tǒng)

亮度僅由Y表示，X、Y、Z所形成的虛線三角形包含了整個光譜軌跡，使得光譜軌跡上和軌跡之內(nèi)的色度坐標(biāo)都成了正值。XYZ假想三原色的由來：RGB坐標(biāo)系rg當(dāng)前第105頁\共有130頁\編于星期五\13點以X、Y、Z三點對應(yīng)的色光（虛擬的）為三基色建立新的色度坐標(biāo)系，得1931CIE-XYZ色度圖。X、Y、Z三點在RGB色度圖中的坐標(biāo)是：X：r=1.2750，g=-0.2778，b=0.0028Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022在1931CIE-XYZ色度圖中，等能白光（E光源）的色度坐標(biāo)為：

xE=0.3333，yE=0.3333

當(dāng)前第106頁\共有130頁\編于星期五\13點E光源：又稱為等能白光，即P（λ）＝常數(shù)，它是一種假想而實際并不存在的光源，采用它純粹是為了簡化色度學(xué)中的計算，其相關(guān)色溫為550K。當(dāng)前第107頁\共有130頁\編于星期五\13點1931CIE-XYZ色度圖GRBR(700.0nm)G(546.1nm)B(435.8nm)三角形坐標(biāo):X+Y+Z=1,獨立坐標(biāo)數(shù)為2,選X,Y,用直角坐標(biāo)系表示.當(dāng)前第108頁\共有130頁\編于星期五\13點R(700.0nm)

G(546.1nm)

B(435.8nm)標(biāo)準(zhǔn)三基色在1931CIE-XYZ系統(tǒng)中的色度坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)三基色xyzR0.734690.265310.00000G0.273680.717430.00890B0.166540.008880.82458當(dāng)前第109頁\共有130頁\編于星期五\13點CIEl931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者

光譜三刺激值均為正值當(dāng)前第110頁\共有130頁\編于星期五\13點波長/nm(λ)(λ)(λ)x(λ)y(λ)3800.0013680.0000390.0064500.1741100.0049603850.0022360.0000640.0105500.1740100.0049803900.0042430.0001200.0200500.1738000.0049203950.0076500.0002170.0362100.17735600.0049204000.0143100.0003960.0678500.1733400.0048004050.0231900.0006400.1102000.1730200.0047804100.0435100.0012100.2074000.1725800.0048004150.0776300.0021800.3713000.1720900.0048304200.1343800.0040000.6456000.1714100.0051004250.2147700.0073001.0390500.1703000.0057904300.2839000.0116001.3856000.1688800.0069004350.3285000.0168401.6229600.1669000.0085604400.3482800.0230001.7470600.1644100.0108604450.3840600.0298001.7826000.1611000.0137904500.3362000.0003961.7721100.1733400.0048004550.3187000.0480001.7441000.1509900.0227404600.2908000.0600001.6692000.1439600.0297004650.2511000.0739001.5281000.1355000.0398804700.1953600.0909801.2876400.1241200.0578004750.1421000.1126001.0419000.1095900.086840CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值和色品坐標(biāo)當(dāng)前第111頁\共有130頁\編于星期五\13點4800.0596400.1390200.8129500.0912900.1327004850.0579500.1693000.6162000.0687100.2007204900.0320100.2080200.4651800.0453900.2949804950.0147000.2586000.3533000.0234600.4127005000.0049000.3230000.2720000.0081700.5384205050.0024000.4073000.2123000.0038600.6548205100.0093000.5030000.1582000.0138700.7501905150.0291000.6082000.1117000.0388500.8120205200.0632700.7100000.0782500.0743000.8338005250.1096000.7932000.0572500.1141600.8262105300.1655000.8620000.0421600.1547200.8058605350.2257500.9148500.0298400.1928800.7816305400.2904000.9540000.0203000.2296200.7543305450.3597000.9803000.0134000.2657800.8243205500.4334500.9949500.0087500.3016000.6923105550.5120501.0000000.0057500.3373600.6588505600.5945000.9950000.0039000.3731000.6244505650.6784000.9786000.0027500.4067400.5896105700.8721000.9520000.0021000.4440600.5547105750.8425000.9154000.0018000.4787000.5202005800.9163000.8700000.0016500.5124900.486590當(dāng)前第112頁\共有130頁\編于星期五\13點5850.9786000.8163000.0014000.5447900.4544305901.0263000.7570000.0011000.5751500.4242305951.0567000.6949000.0010000.6029300.3965006001.0622000.6310000.0008000.6270400.3724906051.0456000.5668000.0006000.6482300.3513906101.0026000.5030000.0003400665760.0334010.6150.9384000.4412000.0002400.6800800.3197506200.8544500.3810000.0001900.6915000.3083406250.7514000.3210000.0001000.7006100.2993006300.6424000.2650000.0000500.7079200.2920306350.5419000.2170000.0000300.7140300.2859306400.4479000.1750000.0000200.7190300.2809306450.3608000.1382000.0000100.7230300.2769506500.2835000.1070000.0000000.7259900.2740106550.2187000.0816000.0000000.7282700.2717306600.1649000.0610000.0000000.7299700.2700306650.1212000.0445800.0000000.7310900.2689106700.0874000.0320000.0000000.7319900.2680106750.0616000.0232000.0000000.7327200.267280當(dāng)前第113頁\共有130頁\編于星期五\13點6800.0467700.0170000.0000000.7334200.2665806850.0329000.0119200.0000000.7340500.2659506900.0227000.0082100.0000000.7343900.2656106950.0158400.0057230.0000000.7345900.2654107000.0113590.0041020.0000000.7346900.2653107050.0081110.0029290.0000000.7346900.2653107100.0057900.0010910.0000000.7346900.2653107150.0041090.0014840.0000000.7346900.2653107200.0028990.0010470.0000000.734690.0.2653107250.0020490.0007400.0000000.7346900.2653107300.0014400.0005200.0000000.7346900.2653107350.0010000.0003610.0000000.7346900.2653107400.0006900.0002490.000000.0.7346900.2653107450.0004760.0001720.0000000.7346900.2653107500.0003320.0001200.0000000.7346900.2653107550.0002350.0000850.0000000.7346900.2653107600.0001660.0000600.0000000.7346900.2653107650.0001170.0000420.0000000.7346900.2653107700.0000830.0000300.0000000.7346900.2653107750.0000590.0000210.0000000.7346900.2653107800.0000420.0000150.0000000.7346900.265310總和