光度学与色度学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,-,*,2-1,选定三原色,1、,其中任何一种原色不能被其他两种原色匹配,2、三色之间的光谱间隔大，匹配色覆盖的颜色最多,3、容易实现,CIE确定：,Red,Green,Blue,nm 700 546.1 435.8,为标准三原色,这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出來。,是采用汞弧光谱中经滤波后的单一谱线获得，色度稳定而准确，配出彩色也较多。,2 CIE标准色度学系统,-,2-1 选定三原色2 C,1,2-2,选定三原色的单位量,匹配等能白：S,E,Red,Green,Blue,Mixture,波长（nm）700 546.1 435.8,单位量（,cd/m,2,）,1.0000 4.5907 0.0691 5.6508,1,Red,unit=,R,=1.0000,cd/m,2,;,1,Green,unit=,G,=4.5907 cd/m,2,;,1,Blue,unit=,B,=0.0691 cd/m,2,.,（亮度比和光通量比是等效的）,-,2-2 选定三原色的单位量-,2,2-4 等能白光的光谱色品坐标,在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、G、B来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B总量的相对比值表示颜色，,即。,色度坐标,：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。,对等能白光的光谱色而言，其色度坐标为：,由此即可得出,：,r+g+b=1,即色品坐,标rgb,中,只有兩,个独立,因此可用二維空,间,表示彩色光的色品。,对于等能,白光,R=G=B=1,因此,等能,白光的色坐,标为r=g=b=1/3,-,2-4 等能白光的光谱色品坐标 在颜色科学中,3,2-6,由相对光谱功率分布求任一颜色的三刺激值,如果已知色光C的光谱功率分布，怎样来确定它的三刺激值及色度坐标呢？,设：颜色C,E,光谱功率分布为E(,)，（如下图）,由颜色的混合规律：C,E,=C,E380,+C,E390,+C,E400,+C,E780,而,：,C,E380,=C,380,E(,380,),C,E390,=C,390,E(,390,),C,E400,=C,400,E(,390,),.,.,.,C,E780,=C,780,E(,780,),E(,),(,nm,),380 390 400,380 390 400,780,C,380,C,390,C,780,C,E,390,C,E,380,C,E,780,C,E,400,C,400,-,2-6由相对光谱功率分布求任一颜色的三刺激值如果已知色光C,4,求任一颜色的三刺激值,结合：,代入：C,E,=C,E380,+C,E390,+C,E400,+C,E780,并考虑E(,)所对应的波长间隔,得：,-,求任一颜色的三刺激值结合：-,5,求任一颜色的三刺激值,由C,E,=R,E,（R）+G,E,（G）+B,E,（B）,所以颜色C,E,的,三刺激值,为：,其,色品坐标,为：,-,求任一颜色的三刺激值由CE=RE（R）+GE（G）+BE（B,6,求任一颜色的三刺激值,所以根据,CIE1931-RGB标准色度观察者,如果已知任一颜色的,光谱功率分布,就可以计算出该,颜色的三刺激值和色品坐标,这样就实现了颜色的“,量化,”表示，从而建立了颜色评价的“,客观”标准,-,求任一颜色的三刺激值所以根据CIE1931-RGB标准色度观,7,3 CIE1931-XYZ标准色度学系统,3-1,CIE1931-RGB标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色度观察者的转换,RGB,系,统,在某些,场,合下,例如被匹配顏色的,饱,和度很高時,三色系,数,就不能同,时取,正,而且由于三原色都,对,混合色的亮度有,贡献当,用顏色方程計算,时,就很不方便。,希望有一,种,系,统,能滿足以下的要求,(1),三刺激值均,为,正,(2),某一,原,原色的刺激值,正好代表混合色的亮度,而另外,两种,原色,对,混合色的亮度沒有,贡献,。,(3),当,三刺激值相等,时,混合光仍代表,标,准,(,等能,),白光。,这样,的系統在以,实际,的光譜色,为,三原色,时,是找不到的,于是就出現了以假想色,为,三原色的,XYZ,表色系統。,-,3 CIE1931-XYZ标准色度学系统3-1,8,亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。,XYZ假想三原色的由来：,-,亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含,9,色度坐标的转换,三条直线在RGB系统中的直线方程：,XZ直线为无亮度线。即：,1.0000r+4.5907g+0.0601b=0,又由：r+g+b=1,代入上式得：,0.9399r+4.5306g+0.0601=0,XY直线为：r+0.99g-1=0,YZ直线为：1.45r+0.55g+1=0,-,色度坐标的转换三条直线在RGB系统中的直线方程：-,10,X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是：,X：r=1.2750，g=-0.2778，b=0.0028,Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279,Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022,在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标也为：,x,E,=0.3333，y,E,=0.3333。,-,X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是：-,11,3 CIE1931-XYZ标准色度学系统,3-1,CIE1931-RGB标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色度观察者的转换,RGB,系,统,在某些,场,合下,例如被匹配顏色的,饱,和度很高時,三色系,数,就不能同,时取,正,而且由于三原色都,对,混合色的亮度有,贡献当,用顏色方程計算,时,就很不方便。,希望有一,种,系,统,能滿足以下的要求,(1),三刺激值均,为,正,(2),某一,原,原色的刺激值,正好代表混合色的亮度,而另外,两种,原色,对,混合色的亮度沒有,贡献,。,(3),当,三刺激值相等,时,混合光仍代表,标,准,(,等能,),白光。,这样,的系統在以,实际,的光譜色,为,三原色,时,是找不到的,于是就出現了以假想色,为,三原色的,XYZ,表色系統。,-,3 CIE1931-XYZ标准色度学系统3-1,12,亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。,XYZ假想三原色的由来：,-,亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含,13,色度坐标的转换,三条直线在RGB系统中的直线方程：,XZ直线为无亮度线。即：,1.0000r+4.5907g+0.0601b=0,又由：r+g+b=1,代入上式得：,0.9399r+4.5306g+0.0601=0,XY直线为：r+0.99g-1=0,YZ直线为：1.45r+0.55g+1=0,-,色度坐标的转换三条直线在RGB系统中的直线方程：-,14,X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是：,X：r=1.2750，g=-0.2778，b=0.0028,Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279,Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022,在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标也为：,x,E,=0.3333，y,E,=0.3333。,-,X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是：-,15,色度坐标的转换,由此得到RGB系统和XYZ系统三刺激值的转换关系为,X,=2.7689,R,+1.7517,G,+1.1302,B,Y,=1.0000,R,+4.9507,G,+0.0601,B,Z,=0.0000,R,+0.0565,G,+5.5943,B,色品坐标r(,),g(,),b(,)与x(,)y(,)z(,)转换关系为,-,色度坐标的转换由此得到RGB系统和XYZ系统三刺激值的转换关,16,3-2,系统的光谱三刺激值,依据光谱三刺激值与色品坐标之间的关系有,并且国际照明委员会规定：CIE1931XYZ系统的Y(,),与光谱光视效率V（,）相一致：,所以有：,-,3-2 系统的光谱三刺激值依据光谱三刺激值与色品坐,17,由,CIE1931XYZ系统色品图,可知：,光谱轨迹曲线以及链接光谱轨迹两端的直线所构成的马蹄形内，包含了所有物理上能实现的颜色,（只要选取适当的原色）,人的视觉不能区分700770nm的光谱色的差别，所以他们有相同的色品坐标点。,540700nm的光谱轨迹基本上与XY直线重合，所以用540nm和700nm的光谱色可以匹配出他们之间的饱和度较高的光谱色,-,由CIE1931XYZ系统色品图可知：-,18,链接400nm 与700nm两点的连线称为紫线，是由400nm 与700nm的光谱色按不同比例混合的颜色,Y=0的直线（XZ),是无亮度线，靠近这条线的坐标点表示较低的视觉亮度，色品图表示，在相同的辐射能量下，蓝紫色的可视亮度较低,色品图的中心为白色（灰色）区域，所以越靠近中心的颜色饱和度越低，,经过中心白色点直线连接的颜色互为补色。,-,链接400nm 与700nm两点的连线称为紫线，是由400n,19,5 CIE色度计算方法,5-1,光源色的色度计算：,如果已知光源的,相对,光谱功率分布为P（,）,则该,光源的颜色三刺激值,按下式计算：,其中：,为归化系数，,其,物理意义,是,将光源的,Y值调整到100.即,-,5 CIE色度计算方法5-1 光源色的色度,20,该光源的色度坐标为：,注意：Y=100 是光源的归化亮度，不是光源的实际亮度（由相对光谱功率分布不能求出光源的实际亮度），光源的实际亮度应有光源实际的光谱功率P(,)分布算出：,需要用积分球测量,-,该光源的色度坐标为：-,21,5-2,物体色的色度计算：,设照亮物体的,光源的相对光谱功率分布,为p(,),不透明物体的表面光谱反射比,(,),透明物体的光谱透射比,(,),则：进入人眼睛的相对光谱功率分布（颜色刺激函数）为 p(,),(,)（反射体），或p(,),(,)（透射体）,其,颜色三刺激值,分别为：,-,5-2 物体色的色度计算：设照亮物体的光源的相对光谱功率分,22,其中,因此,或,分别代表物体反射或投射光源亮度的百分比,-,其中-,23,该物体色的色度坐标为,则该物体色的色度坐标与亮度表示为（x,y）Y,注：,1、在计算中根据具体要求使用,CIE1931标准色度观察者,或者,CIE1960标准色度观察者,2、,按计算精度要求取10nm,5nm或1nm,-,-,24,C,1,:Y,1,（,亮度）,色坐标 x,1,y,1,C,2,:Y,2,（,亮度）,色坐标 x,2,y,2,C,3,:色光C,1,和C,2,相加,求：x,3、,y,3、,Y,3,颜色混合计算,5-3,色光相加(计算法),-,C1:Y1（亮度）颜色混合计算 5-3 色光,25,5-3颜色相加计算,混合色的三刺激值等于参混色的三刺激值之和：,若有：,C,1,（X,1,、Y,1,、Z,1,），C,2,（X,2,、Y,2,、Z,2,）,C（X、Y、Z）=C,1,+,C,2,则：,X=X,1,+X,2,Y=Y,1,+Y,2,X=Z,1,+Z,2,混合色的色品坐标与参混色的色品坐标之间没有线性叠加关系,若 已知参混色的色品坐标和亮度（x、y、Y）,则需先计算出各自的三刺激值，然后相加：,由：,X/x=Y/y=Z/z=X+Y+Z,x+y+z=1,得：,X,=x,Y/y Y=Y Z,=z,Y/y=(1-x-y),Y/y,例：（P70、P72),-,5-3颜色相加计算混合色的三刺激值等于参混色的三刺激值之和,26,混合色的色坐标计算：,因为：x/,X=y,/Y,=X+Y+Z z=1-x-y,C,1,:X,1,=Y,1,x,1,/y,1,Z,1,=Y,1,z,1,/y,1,=Y,1,（1-x,1,-y,1,）/y,1,C,2,:X,2,=Y,2,