测色及计算机配色(第二版)(第一、二章).ppt

测色与计算机配色（第二版）第一章第二章作者：刘建勇Email:jianyong1964Tel:02224528430,感觉是认识的开端知识的源泉,客观世界,听觉,视觉,味觉,嗅觉,神经系统,对外界现象和事物产生认识,什么颜色？,视觉是感觉中重要的一种眼睛是一种高级的光学系统，能够反映外界物体的形状和颜色人的眼睛仅对380780nm的光波敏感颜色视觉决定于光源（illuminant）、物体（object）、观测者（observer）,太阳,视觉现象,每个人对色彩的感受不一样,错觉现象,被观察物体的背景、物体的大小和形状等常常引起人们对颜色的错觉,眼前的色环颜色相同吗?,眼前的色环颜色相同吗?,色彩视觉测试,色彩视觉测试,世界上超过2亿人在判别颜色时有视觉上的障碍超过8%的男性有这方面的障碍仅有0.5%的女性有这方面的障碍不同的测试过程会有不同的结果,人类视觉障碍率统计数据北美8.00%欧洲8.76%西欧9.31%中国6.15%日本4.50%亚洲6.00%,在生产和贸易过程中，如何避免视觉上的错误呢？我们需要一种可靠评定颜色的方式,请看“NEXT”是如何运作的？,颜色的数字信息,31组反射率值,织物样品,NEXT,NEXT颜色标准,样品,光源,电子信号,光电二极管阵列,单色光镜,反射率样品颜色的表征,NEXT,反射率数据,分光光度计,NEXT,反射率数据,波谱曲线,NEXT,反射率数据,根据色差值判断,CMC色差公式,以色差值判断颜色的视觉差异,E=0完美匹配E=0.3刚可察觉E0.8可接受E1.2拒绝,NEXT,/nm,/nm,色度学（colorimetry）研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学。以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理学等学科为基础（还应包括现代工业技术）以统一的标准，对颜色做定量的描述和控制。,本课程的学习目的和意义,学习该课程，能够掌握颜色以及颜色测量和评价的基本理论。熟悉颜色计算。了解配色的基本实施过程及影响配色结果的各种因素,使学生在今后的生产和研究工作中能够正确处理颜色的评价、远程传递和计算机配色等各种问题。,参考书测色及电子计算机配色，董振礼、郑宝海、轷桂芬编，中国纺织出版社出版测色配色CAD应用手册，“纺织工业CAD系列丛书”金远同、李勤等编著，中国纺织出版社出版色度学，荆其诚等，科学出版社出版颜色科学，何国兴，东华大学出版社出版计算机测色与配色新技术，徐海松，中国纺织出版社出版,可见光区域,第一章光与色的基础知识第一节光与色,一、光,可见光与电磁波波长的关系,l,Cosmicrays,X射线,UV,IR,电磁波,可见光波长范围物理学意义：380780nm人的颜色视觉意义：400700nm比视感度红色480560nm黃色560590nm,二、光的色散,牛頓三棱镜色彩实验,光源,可见光谱,物理学概念：复色光：由不同波长的光组合在一起的光。单色光：单一波长的光，如激光。颜色测量中光的概念与物理学概念的区别：较窄波长范围内的光（物理学中仍然认为是不同波长的光组成的复色光）在颜色测量中通常被看成是单色光。,三、物体的颜色物体显示颜色的原因：对光的选择性吸收。,/nm,R/%,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,400,500,600,700,R/%,/nm,纤维材料的折光系数、织物组织等。,如：纤维中染料的多少,还原染料皂煮前后的色光变化,物体颜色的决定因素：物体的色泽决定于吸收光的波长，如吸收400420nm的光，显示黄色；吸收560nm左右的绿光，则显示紫色。颜色的纯度决定于反射率曲线的形状。物体颜色的深浅决定于反射率的高低，这与物体中的有色物质浓度和有色物质的状态、物体的表面积大小、表面性质、照明光源以及入射角大小等物理因素有关。,超细纤维不容易染深色，原因：颜色=镜面反射的白光+内部反射的彩色。表面积大，反射白光成分比例多，颜色浅。,镜面光反射散射光反射固定式的穿透散射式的穿透,光照射至物体会产生:,A观察者,B观察者,高镜面光物体表面,光源,平滑光泽面,略平滑光泽面,A观察者,B观察者,低光泽表面物体或略粗糙的物体表面,光源,散射光反射,织物纹路表面,A观察者,B观察者,少量的镜面光反射效果,光源,散射光反射,正常的穿透,光照射至透明物体后,光波会穿透此物体而透射出光线。,一般的传送方式,透射吸收,光的散射半透明物体光照射至半透明物体后,某些波长会穿透此物体,有些色光会散射出而无法经此半透明物体透射出。,散射式的穿透,四、人的视觉系统,视网膜,眼角膜,透视膜,虹膜,瞳孔,视觉神经,眼睛,2视角1931,10视角1964,2,10,人眼睛的视觉特性：1.视角视角为被观察对象的大小对人眼睛形成的张角。其大小决定视网膜上投影的大小。CIE观测者,视角的特征：tan=A：物体面积的大小;D：物体与眼睛之间的距离。因此，视角的大小决定于：（1）物体面积的大小；（2）物体与眼睛的距离。距离一定，物体大，则视角大；同一物体，距离眼睛越近，视角越大。,视角与颜色视觉有关系吗？有！,因为感受颜色的视觉细胞在视网膜上的分布是不均衡的。,2.明视觉、暗视觉明亮条件下，人们可以分辨物体的细节和颜色。黑暗条件下，人们只能分辨物体的大致轮廓，分辨不出物体的细节和颜色。原因：人眼的视网膜中，有两种不同的感光细胞分别在不同条件下执行不同的视觉功能，这是视觉的二重性，或称明视觉、暗视觉特性。,界于明视觉和暗视觉之间，此时人的视觉功能最差，两种细胞均只有微弱的视觉功能。,解剖学和神经生理学证明，视网膜中存在杆体细胞（黑暗中分辨轮廓）和锥体细胞（明亮条件下分辨颜色和细节）。间视觉也称微明视觉。,光源,视网膜的中央窝,杆体细胞,锥体细胞,锥体细胞（约650万个）:布满在视网膜中心处（14万16万/mm2）。当视角为2时，物体像落在该处。是判断色彩变化的感应细胞。在日光下感应非常敏锐。杆体细胞（约1亿个）:布满在视网膜周围。判断明与暗变化的感应细胞。在昏暗光源下特別敏锐。,锥体细胞和杆体细胞在视网膜上的分布,3.光谱光视效率函数V(),555nm绿黄,507nm绿,4.颜色视觉（1）颜色辨认视网膜的颜色区（见右图）颜色辨认(视力正常的人可以辨认400700nm的各种颜色）红700nm640750nm橙620nm600640nm黄580nm550600nm绿510nm480550nm蓝470nm450480nm紫420nm400450nm,1,2,3,1中央窝2中间区或红绿盲区3全色盲区,贝措德布吕克效应（Bezold-Brckeeffect)人的视觉对不同波长光的颜色辨认精度不同，除了黄（572nm）、绿（503nm）、蓝（478nm）外，其他波长的颜色随光的强度而变化。,572,503,478,660,626,（2）颜色对比视场中，相邻区域的两个不同颜色的相互影响叫做颜色对比。每种颜色都可以在其周围诱导出其补色，如红绿、黄蓝等。因此，在一种颜色的背景上,观察另一种颜色，由于颜色对比，两颜色会相互影响，色调会向另外一种颜色的补色方向变化。如果两种颜色互为补色，则彼此加强饱和度。观察纺织品颜色时，应避免对比效应的干扰。,第一节光与色,（3）颜色适应人眼在颜色的刺激作用下，所造成的颜色视觉变化称为颜色适应。对某一颜色的光适应后，再观察另外一种颜色，后者的颜色会发生变化。颜色适应规律：对某一颜色光适应后，再观察其他颜色，明度会降低。饱和度变化与两颜色的色相有关。两颜色互为补色时，饱和度会提高，否则饱和度降低。,研究颜色适应规律在实际中的意义先后在两种不同的光源下观察颜色，必须考虑前一光源对视觉颜色适应的影响。在同一光源下观察颜色，周围还有其他颜色的光时，要考虑周围光颜色适应的影响。,颜色匹配的恒定性如果两种颜色用眼睛看来是一样的，即两种颜色相匹配。如果两种相匹配的颜色，即使在不同的颜色适应下观察，两种颜色仍然始终一样，这种现象叫做颜色匹配的恒定性。,第二节颜色的分类和特征,一、颜色的分类自然界的颜色可以简单地分为无彩色和有彩色两大类。1.无彩色无彩色（消色）：只有明度，无色相和彩度的颜色，包括白（最高）、灰、黑（最低）三种颜色。测色学中，将理想的“白”和绝对的“黑”也归入无彩色之列。无彩色对可见光各个波长的吸收都没有明显的选择性（图1-12所示）。,白色：各波长的反射率均大于80%。纯白理想的完全反射物体，反射率为1。黑色：各波长的反射率均小于4%。纯黑理想的完全无反射物体，反射率为0。,图1-14,2.有彩色无彩色以外的各种颜色，都称为有彩色有彩色都对可见光内某一部分波长有比较明显的吸收（如右图）。可以用反射率曲线表示有彩色吸收和反射的特征。,图1-15,反射率是指在可见光谱内光照射于物体上后所反射出的光量与标准白板反射光量的比率。实际测试的反射率值是根据分光光度仪测量色样与积分球壁的反射光量后,比较并计算出的一种数据。色样的反射率值就如同每个人的身份证号码,无法仿冒。,4006.255603.264203.355807.344401.9660016.254601.4062030.504801.2264047.475001.2166063.725201.3468076.265401.7870082.48,反射率值可视为色样的身份证明文件,色样经分光测色仪器解析后,可得到不同波长下的反射率值(以%表示)。,/nm,/nm,R/%,R/%,反射率曲线,波长/nm,蓝色样曲线,反射率曲线,波长/nm,黄色样曲线,反射率曲线,波长/nm,红色样曲线,反射率曲线,波长/nm,绿色样曲线,二、颜色的特征客观地研究颜色的特征，首先要排除干扰因素（物体形状、大小、性质、用途、背景等）的影响非相关色（例如测色仪对颜色的测量，更客观）。孟塞尔卡集是在特定背景下，以人眼的视觉观察结果为依据制定的，更接近人的感觉，但是容易受到人种、个体、情感、习惯等的影响，更主观些。,饱满(Fuller)或稀薄(Thinner)较深(Darker)或较浅(Lighter)较明亮(Brighter)或较平淡(Flatter)较鲜艳(Brighter)或较暗淡(Duller)饱和度高(MoreSaturate)或饱和度底(LessSaturate)色相(Hue),通常人们对色彩的描述,色彩的描述,无论是主观的观察，还是客观的测试，共同的研究结果是：自然界的所有颜色可以用：明度（lightness）色相（hue）饱和度（saturation）三个属性来描述。,颜色的三维空间描述,饱和度,明度,色相,颜色的三维空间描述,明度明亮或暗淡,色度浓或淡,色相红或黄,ab系统,颜色空间,1.明度表示物体明亮程度的一种属性。彩色光的亮度越高，人眼就越感觉明亮。在物理上表现为物体表面的光反射率越高，明度就越高。,颜色的第一维度明度,色相(Hue)红:偏蓝(bluer）或偏黄(yellower）黄:偏红(redder)或偏绿(greener)绿:偏黄(yellower)或偏蓝(bluer)蓝:偏绿(greener)或偏红(redder),2.色相色彩的描述,色相是彩色彼此相互区分的特性。在物理学中表现为可见光的光谱波长不同。在视觉上表现为红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种色调。在人的视觉中，物体表面色的色相决定于三方面：照明体光源的光谱组成；物体对光的吸收和反射特性；不同观察者的差异。,波长/nm,绿色样反射率曲线,反射率/%,颜色的第二维度色相,3.饱和度饱和度是指彩色的纯度（纯洁度）。可见光中的单色光是最饱和的彩色，饱和度为1。单色光中掺入白光成分越多，饱和度就越低。物体色的饱和度决定于该物体表面反射光谱的选择程度。对光谱某一较窄波段的反射率越高，而对其他波长无反射或反射率很低，表明有很高的光谱选择性，这一颜色的饱和度就越高。,波长/nm,绿色样反射率曲线,反射率/%,颜色的第三维度饱和度,明度、色相、饱和度三者之间不是简单的线性关系。例如明度决定颜色的浓淡；而饱和度和颜色的鲜艳度有关。但是鲜艳度不能代表饱和度，因为饱和度是色度学概念，是客观的；而鲜艳度则是主观的，受精神和心理因素影响较大。,第三节颜色的混合,两束不同波长的光叠加在一起，与两种不同颜色的颜料混合在一起，混合的规律一样吗？,红、绿、蓝三种色光混色后会形成加和反应,愈混愈白,且使用这三种色光的不同能量混合会产生出各种不同的色彩。红、绿、蓝三种色光的能量相同时产生白色。1854年由格拉斯曼(H.Grassmann)将颜色混合现象总结成颜色混合定律。,一、加法混色加法混色即各种不同颜色光的加和。三个原色光为红、绿、蓝。,加法混色红色光与绿色光,加法混色红色光、绿色光、蓝色光,加法混色红色光、绿色光、蓝色光,格拉斯曼颜色混合定律：人的视觉只能分辨颜色的三种变化，即明度、色相、饱和度。在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。并据此导出两个定律。补色定律：每种颜色都有一种相应的外貌。如果某一颜色与其补色以适当比例混合，便产生白色或灰色；如果按照其他比例混合，便产生近似比重大的颜色成分的非饱和色。,纯度高+补色=纯度低,中间色定律：任何两个非补色相混合，便产生中间色，其色相决定于两颜色的相对数量，其饱和度决定于两者在色相顺序上的远近。,3.颜色外貌相同的光，不管其光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果。并由此定律导出颜色的代替律：相似色混合后仍然相似。即若A=B；C=D则A+C=B+D或A+B=CX+Y=B则A+X+Y=C,存在同色异谱现象,4.亮度相加定律：混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和。加法混色方式：光的直接混合。观察距离很小的两个颜色时，由于人眼不能分辨而产生的混色。两个颜色频繁交替作用于人眼，如转盘式混色装置、彩电等。,荧光增白=蓝紫光（吸收紫外线转化而来）+黄光,吸收白光中的黄光，而出现蓝色，因对入射光有吸收而损失强度，故亮度下降,入射光为白光，织物对蓝紫光有弱选择吸收，因而反射光显黄色，而且强度因吸收而减弱,纺织印染实例：,二、减法混色使入射光减弱的混色过程称减法混色。光照射在物体上,通常会吸收部分色光,因此某些色光将不会反射或透射。透明物体在色彩减法混色中会包含穿透性与吸收性，但不包含散射性，如滤光片。非透明物体在色彩减法混色中有吸收性与散射性，如纺织品染色。,黄色滤光片,蓝色滤光片,透射光绿色,根据加法规律：应该是白色。实际呢？,绿色。因此此时混色规律是减法性。,通过蓝色滤光片的蓝色+通过黄色滤光片的黄色=什么效果？,减法混色三原色：黄、品红、青,减法混色品红色,减法混色品红色与黃色,减法混色品红色、黃色、青色,减法混色特点：混合后样品的亮度与加法混色相反，是降低的。减法混色的结果不容易预测（不直观）。,减法混色的应用：滤光片叠加摄影染料混合染色,CIE是一个国际性的组织,其最主要的工作是研究颜色的科学表达以及彼此之间的色差比色方法,也从事照明体的研究工作。CIE的全名为CommissionInternationaledelEclairage.又称之为国际照明体委员会。,第二章CIEXYZ表色系统,CIE,第一节引言,如何科学表达描述颜色？人在大脑中产生的视知觉可以分为明暗知觉和颜色知觉。一般把引起颜色知觉的光称为色刺激（colorstimulus)。表示由于色刺激而产生的色知觉的体系称作表色系统（colorspecificationsystem）。,色度学是从20世纪30年代才开始发展起来的一门新兴学科，它主要以颜色的表示、测量、计算为主要研究内容。色度学可以把颜色用一组特定的参数定量地表示出来。而依据这些相关参数，又可以反过来把相应的颜色复制出来。从此使颜色的评价实现了定量化。这样在对颜色的准确评价、人与人之间在颜色方面的交流、颜色的远程传递等诸多方面，都带来了极大的方便。,CIEXYZ表色系统，正是适应这样的要求而建立的，它是色度学中颜色的表示以及颜色相关参数计算的基础。色度学是研究颜色测量的一门涉及面很广的新兴科学，它是包括物理学、视觉生理学、视觉心理学、心理物理学在内的一门综合性学科。,第二节CIE1931RGB表色系统,现代色度学采用的是CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，统称为CIE标准色度学系统。这一系统以两组基本视觉实验数据为基础。CIE1931标准色度观察者，适用14视场的颜色测量。CIE1964补充标准色度学观察者，适用大于4视场的颜色测量。,一、颜色匹配实验颜色的匹配即把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法。根据格拉斯曼颜色混合定律，相互代替的颜色可以通过颜色匹配实验找到。颜色匹配实验方法：颜色光的匹配实验。颜色转盘实验传统方法。,C,B,R,G,A,A调节明度B蓝R红G绿C被匹配颜色,颜色转盘实验传统方法,白屏幕,黑挡屏,颜色光的匹配实验,红绿蓝,光谱,单色光镜,实验结果表明：红、绿、蓝不是唯一的三原色，只要三个颜色中任何一个都不能由其余两个颜色相加混合得到，三个颜色就可以是三原色。红、绿、蓝组成的三原色产生的颜色范围最广，是最优的三原色。三原色组成颜色的光谱组成与匹配颜色的光谱组成可能不一致同色异谱的颜色匹配。,人的眼睛,对红、黄、蓝敏感的三种视觉细胞,RGB,感觉器官,大脑,白色物体,红,绿,蓝,视觉化的三原色原理,感觉器官,大脑,红色物体,红,绿,蓝,视觉化的三原色原理,感觉器官,大脑,黃色物体,红,绿,蓝,视觉化的三原色原理,L,M,S,转换数据,大脑,红绿,黃蓝,黑(暗)白(明),锥体细胞,眼睛色彩在大脑中之处理过程,眼睛无法描述出颜色的波长范围。人眼对光的感受基本上是由红、绿、蓝三种色光组合而成的。人眼会将Y-B、R-G与明暗编码后,再由视觉神经将此讯号传送至大脑。大约有8%的男性与0.5%的女性对判色有困难，无法正确判定颜色。,观测者(人眼),二、RGB表色系统的提出根据颜色匹配实验，三原色不是唯一的，这为理论研究和实际应用带来了混乱，为了统一色度数据，CIE根据大量的实验材料，选定了三色系统的三原色。红：波长700nm，位于可见光谱长波末端。绿：波长546.1nm，水银光谱。蓝：波长435.8nm，水银光谱。上述三种单色光都容易精确产生。,700nm光谱光视效率=0.0041,546.1nm光谱光视效率=0.98433,435.8nm光谱光视效率=0.01777,V(),V(),波长/nm,等能白光E：一种连续光谱的标准白色，并且其辐射功率对于各波长均相等（E光源，色温5500K）。将等能白光E作为标准，用上述三原色混合，按照下列条件调整其光通量(亮度比率)R、G、B得到与等能白光E相匹配的白光。RGB=14.59070.0601,：,：,：,：,根据亮度相加定律：混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和，则混合白光的亮度为：1+4.5907+0.0601=5.6508(lm)lm：光通量单位1lm的频率为5401012z、辐通量为1/673的单色辐射的光通量。,为了计算方便，分别把（R）=1lm；（G）=4.5907lm；（B）=0.0601lm作为单位量“1”来看。则：白光的光通量E=1（R）+1（G）+1（B）对于任一待匹配的颜色亮度C：C=R（R）+G（G）+B（B）其中：R、G、B为混色比例，表示匹配C需要多少个（R）、（G）、（B）单位。完全可以决定C的颜色。因此在色度学中，把R、G、B称三刺激值。即一组三刺激值可以表示一个颜色。,尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光,公式：C=R（R）+G（G）+B（B）称为颜色方程式。其中R（R）、G（G）、B（B）称为颜色分量。R、G、B称为三原色亮度系数。,三、色度坐标在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在R+G+B总量中的相对比例，我们引入色度坐标r、g、b。r=R/Kg=G/Kb=B/K由于K=R+G+B故r+g+b=1这样将原来的三维空间直角坐标，变成了二维平面直角坐标。知道其中两个，第三个就可以知道。将r值对g作图，得rg色度图。,光谱色的轨迹,原色光G（0，1）,纯紫轨迹,等能光谱Er=g=1/3,自然界所有颜色,原色光R（1，0）,原色光B（0，0）,rg色度图r、g称作色度坐标舌形曲线称为光谱轨迹,z,四、CIE1931RGB表色系统物体颜色决定于什么？首先是物体对光的吸收和反射特性，即决定于反射光在可见范围内的分布（客观的）。还要决定于人眼的视觉特性（主观的）。研究色度学是为了科学表达颜色，且要符合人眼观察结果，而不同人的视觉特性又有差异，我们应当如何办？,标准色度观察者是一组数据,主要用于描述人眼对于色彩感知变化情况,它是根据W.D.Wright在1928年与J.Guild在1931年人眼对颜色的实验发展出来的理论。此实验是将各种波段的目标测色光源投射在白幕上,找约100个判色能力正常的人做实验,再依照每个人的判色能力让判色者自己调整R、G、B三种色光,得到观测者认为目标测色光与自己所调出的光最吻合的色光,最后收集这些人所判定出的各种不同光源的能量值而定义出人眼的三刺激值r()、g()、b()。,标准色度观察者,调整R、G、B光源，直到与左图的蓝光色对色为止,测试实验,莱特的实验条件：三原色波长650nm、530nm、460nm；10名观察者；2视场吉尔德实验条件：滤光片产生三原色波长630nm、542nm、460nm；7名观察者；2视场。CIE将两人实验中的三原色转换成波长700nm、546.1nm、435.8nm作为标准，选若干视力正常人对等能光谱逐一进行颜色匹配，得出了现在正式公布的“CIE1931RGB标准色度观察者光谱三刺激值”(教材中表2-1）“CIE1931RGB标准色度观察者光谱三刺激值”代表了人眼睛的平均视觉特性，作为标准，可以用于色度计算。,波长400nm的紫色三刺激值为r=0.00030g=-0.00014b=0.01214,波长500nm的蓝色三刺激值为r=-0.07173g=0.08536b=0.04776,光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系:例如：波长660nm红色在rg色度图上的色度坐标：因为r=0.05932g=0.00037b=0.00000所以b=0r=0.05932/(0.05932+0.00037+0.00000)=0.99380g=0.00037/(0.05932+0.00037+0.00000)=0.00620,波长660nm,红色r=0.99380g=0.00620,z,x,CIE1931RGB表色系统的特点：r()、g()、b()的值由实验得到，可以直接用于颜色计算。计算过程出现负值，计算复杂,不容易理解。因此，CIE通过了新的用于色度学计算的系统CIE1931XYZ表色系统。,例如=510nm时，r值出现负值-0.08901）,实验时需要将红光加在被匹配光上。,第三节CIE1931XYZ表色系统,CIE1931XYZ表色系统需要解决的三个问题：将CIERGB系统中的光谱三刺激值r()、g()、b()和色度坐标r、g、b均变为正值。充分发扬rg色度图中540700nm段的直线关系，使计算变简单；另外，要将光谱轨迹内的真实颜色都落在假想的三刺激值所包围的三角形内，并减少三角形内假想色的数量。用一个值直接表示亮度，计算时更方便。,一、CIERGB表色系统与CIEXYZ表色系统的转换关系要建立满足上述条件的CIE1931XYZ系统，就需要在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIERGB表色系统中的光谱三刺激值r()、g()、b()和色度坐标r、g、b均变为正值。选择的三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。,如何选择三个假想原色？包围整个光谱轨迹，如右图所示之XYZ。这样在这个XYZ系统中所得到的光谱三刺激值x()、y()、z()和色度坐标x、y、z将完全变成正值。,Y,X,其在r-g坐标体系中的位置可以用下面直线方程表示。r+0.99g1=0,把此直线作为新系统中假想原色的XY边，如右图所示。,rg色度图中540700nm段的直线关系。,最后规定XZ（右图）的亮度为零，XZ线称为无亮度线（alychne)。线上各点只有色度，没有亮度。而Y既有色度，又有亮度。这样用XYZ计算色度时的亮度计算较方便。,另外再找一条线，与光谱轨迹上波长503nm处靠近。这条直线的方程是：1.45r+0.55g+1=0,Y,Z,X,该线上各点的亮度都为“0”,无亮度线XZ在rg色度图中的位置：据CIERGB三原色亮度关系：R：G：B=1：4.5907：0.0601某一颜色的亮度方程为：Y=r+4.5907g+0.0601b若此颜色在无亮度线上，则Y=0即：r+4.5907g+0.0601b=0在rg色度图中，r+g+b=1故上式经过数学处理得：0.9399r+4.5306g+0.0601b=0XZ无亮度线方程,(X):r=1.2570g=-0.2778b=0.0028(Y):r=-1.7392g=2.7671b=-0.0279(Z):r=-0.7431g=0.1409b=1.6022,XY、XZ、YZ三条直线的交点，就是假想三原色在r-g色度图中的坐标。,二、CIE1931XYZ表色系统色度坐标参照r-g色度坐标的方法：z=Z/(X+Y+Z)x+y+z=1为了方便，将XYZ三角形转变为直角三角形，其色度坐标为x、y。逐点计算就可以得到色度图的光谱轨迹CIE1931xy色度图。,经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011BZ=0.010G+0.990B两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：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=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）只要知道某一颜色的色度坐标（r、g、b），即可以求出它们在新设想的三原色XYZ颜色空间的色度坐标x、y、z。通过上式的变换，对光谱色或一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能白光的色度坐标仍然是（0.33，0.33），没有改变。,三、CIE1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值CIE1931XYZ光谱三刺激值x()、y()、z()又称为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“CIE标准色度观察者”，在物体颜色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。,CIE1931XYZ系统光谱三刺激值与CIE1931RGB系统光谱三刺激值之间的转换关系（CIE推荐）：x()=2.7696r()+1.7518g()+1.13014b()y()=1.0000r()+4.5907g()+0.0601b()z()=0.0000r()+0.0565g()+5.5942b(),CIE标准色度观察者光谱三刺激值x()、y()、z()曲线，分别代表匹配等能光谱在不同波长所需要的三原色光的数量。无负数,波长400nm的紫色三刺激值为x=0.0143y=0.0002z=0.0362,波长500nm的蓝色三刺激值为x=0.0049y=0.3230z=0.2720,若X代表x()所占的总面积；Y代表y()所占的总面积；Z代表z()所占的总面积。则X、Y、Z代表匹配等能白光E时所需要的原色光(X)(Y)(Z)的数量。也就是等能白光的三刺激值。,匹配等能白光E所需要的原色光Z的数量,/nm,三刺激值,表2-2的分布系数即CIE标准色度观察者光谱三刺激值x()、y()、z()，代表匹配等能光谱在不同波长所需要的三原色光的数量。色度坐标x()、y()、z()，代表不同波长的等能光谱在CIE1931xy色度图中的坐标位置。,X=69.74;Y=74.79;Z=12.57;则x=69.74/157.1=0.44y=74.79/157.1=0.47,x=0.44y=0.47,2视角1931,10视角1964,2,10,CIE1931标准观察者各个参数适合视场范围在14，主要是锥体细胞在起作用，其与日常观察习惯有差距。因此需要更接近实际观察条件的新标准。,第四节CIE1964XYZ补充色度学系统,CIE标准色度观察者,。,。,CIE1964XYZ补充色度学系统是一套适合10大视场的新标准，不仅视网膜中央凹的锥体细胞发挥作用，而且中央凹周围的杆体细胞也发挥一定的作用，更接近人的实际视觉特性。同CIE1931标准色度学系统一样，不仅有CIE1964RGB系统补充色度观察者光谱三刺激值（表2-3、图2-7），也有CIE1964补充色度观察者光谱三刺激值和色度图（表2-4、图2-8、图2-9,转换方法与CIE1931RGB系统向CIE1931XYZ系统转换的方法相同）。且两种系统光谱三刺激值曲线非常类似（不重合）。,表明视网膜上中央凹外部的杆状细胞对波长短的光波感受性更强,CIE1964RGB系统向CIE1964XYZ系统的转换关系：x10()=2.7696r10()+1.7518g10()+1.13014b10()y10()=1.0000r10()+4.5907g10()+0.0601b10()z10()=0.0000r10()+0.0565g10()+5.5942b10()CIE1964补充色度学系统色度图光谱轨迹：x10()=x10()/x10()+y10()+z10()y10()=y10()/x10()+y10()+z10()z10()=z10()/x10()+y10()+z10(),CIE1964补充色度学系统色度图等能白光的色度坐标仍然是:（0.33，0.33）CIE1931色度图与CIE1964色度图一样吗？,光谱色在各自的光谱轨迹上位置不同（特别是480600mm）唯一重合色度点等能白光E。在2视场下匹配的颜色，在10视场不一定匹配。210视场颜色匹配精度最高。,第五节色度的计算方法,色度计算包括：三刺激值X、Y、Z色度坐标x、y主波长和纯度（与色的三个属性相联系，用于把颜色具体化）,波长,蓝色光,1nm=1x10-9m=1/1000000000m,一、标准照明体和标准光源自然光源,400nm,540nm,700nm,c：光速：频率：波长,c=,自然光源,太阳,钨丝灯泡,CWF冷白荧光灯,一些常见的光源,习惯上这些光都称为“白光”。但是在色彩的定量研究中是不严格的，1931年CIE建议，以等能量光谱作为白光的定义，等能白光的意义是：以辐射能作纵坐标，光谱波长为横坐标，则它的光谱能量分布曲线是一条平行横轴的直线。即：S（）=c（常数）等能白光分解后得到的光谱称为等能光谱，每一波长为的等能光谱色色光的能量均相等。,在色度学中，人们为了使颜色测量的结果便于传递，因而提出了标准光源的概念。光源：物理学中，指发光的物理辐射体。如灯、太阳等。大体上可分为自然光源和人造光源。标准光源：色度学中指符合颜色测量要求的光源。标准照明体：标准光源后提出的新概念，仅仅表示一种特定的光谱能量分布，这种分布是根据颜色测量的要求设定的（不一定由一个光源提供或能由特定光源实现）。,不同的光源，由于发光物质不同，其光谱能量分布也不同。一定的光谱能量分布表现为一定的光色，光源光色的变化用色温描述。色温可以定义为：当某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。色温以温度的数值来表示光源颜色的特征。,光源色温度黑体：有一个中空的加热空间(在实验室内)。将黑体逐渐加热由冷至热,其外表会由红蓝白。此黑体的温度变化状况是SPD(光源能量分布）的来源。钨丝式(白热式)灯泡很类似黑体。色温以K表示。,常见光源色温色温是光源的重要指标，一定的色光具有一定的相对能量分布：当黑体连续加热，温度不断升高时，其相对光谱能量分布的峰值部位将向短波方向变化，所发的光带有一定的颜色，其变化顺序是红、黄、蓝、白。,同一物体在不同光源下会显现不同颜色,光源会影响人对颜色的判断,L*=43.2C*=54.5H*=32.5,L*=43.5C*=53.2H*=28.5,光源对颜色的影响,标准样,标准样,批次样,批次样,不同光源影响色样的变化D65光源A光源CWF光源,不同的光源有不同的光谱能量分布及颜色，在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化。为了统一对颜色的认识，首先必须要规定标准的照明光源。因为光源的颜色与光源的色温密切相关，所以CIE规定了四种标准照明体的色温标准。标准照明体A、标准照明体B、标准照明体C、标准照明体D65及标准照明体D。,标准照明体A：代表完全辐射体在2856K发出的光（Xo=109.87，Y0=100.00，Z0=35.59）；标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光（X0=99.09，Y0=100.00，Z0=85.32）；标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光，光色近似阴天天空的日光（X0=98.07，Y0=100.00，Z0=118.18）；标准照明体D65：代表相关色温大约为6504K的日光（X0=95.05，Y0=100.00，Z0=108.91）；标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其他日光。,为了实现CIE规定的标准照明体的要求，还必须规定标准光源，以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分布。CIE推荐下列人造光源来实现标准照明体的规定：标准光源A：色温为2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。标准光源B：色温为4874K，由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。光色相当于中午日光。标准光源C：色温为6774K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光。,光源,照明体,光源和照明体,波长/nm,对于模拟典型日光的标准照明体D65CIE还没有推荐相应的标准光源。现在研制的三种模拟D65人造光源分别为：带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯。它们的相对光谱能量分布与D65有所符合，带滤光器的高压氙弧灯提供了最好的模拟，带滤光器的白炽灯在紫外区的模拟尚不太理想，荧光灯的模拟较差。,l,400,700,标准光源的光谱能量分布,nm,nm,ILLA,D65,/nm,纺织行业常用照明体A：钨丝灯光源，色温约2856K,在对色灯下比色时通常使用此光源。C：太阳光源，平均色温约6774KCWF：冷白日光灯光源，色温约4200KD65：太阳光源，平均色温约6500KF11、TL84：高效能日光灯光源TL83：高效能日光灯光源msILL：英国玛莎专用照明UL3000：美国商店照明,D65国际标准人工日光TL84欧洲、日本商店光源TL83暖白商用光源CWF冷荧光、美国商店光源U30美式商用光源UV紫外灯光源F夕阳光、比色参考光源A美式橱窗射灯,物体色三刺激值匹配物体反射色光所需要红、绿、蓝三原色的数量为物体色三刺激值，即X、Y、Z也是物体色的色度值。物体色彩感觉形成的四大要素是光源、颜色物体、眼睛和大脑，物体色三刺激值的计算涉及光源能量分布S()、物体表面反射性能()和人眼的颜色视觉x()、y()、z()三方面的特征参数。,二、三刺激值X、Y、Z和色度坐标x、y的计算计算基本公式：X=kS()x()()d()Y=kS()y()()d()Z=kS()z()()d()X10=k10S()x10()()d()Y10=k10S()y10()()d()Z10=k10S()z10()()d(),常数调整因数,标准照明体的相对光谱功率分布,2视场标准色度观察者光谱三刺激值,10大视场标准色度观察者光谱三刺激值,K=100/S()y()()d(),物体的分光反射率,X=REx,400,700,Y=REy,Z=REz,400,700,400,700,式中:R物体的反射率值；E光源能量值；x、y、z人眼三刺激值。,计算X、Y、Z值的方法：实际中用求和来近似积分。例如：,等间隔波长法选择坐标法,由于采用的近似处理方法不同，因此三刺激值有不同的计算方法。,Y10=kS()y10()(),Y=kS()y()(),X10=kS()x10()(),n,i=1,X=kS()x()(),n,i=1,n,i=1,n,i=1,Z、Z10的计算同上。,1.等间隔波长法,X=kS()x()(),n,i=1,：对有色光谱以为大小进行等间隔分割，然后带入上式计算。一般IE规定120，分割越小，计算越复杂，越精确。通常，计算时S()x()、S()y()、S()z()给出数值，根据所测()计算即可。,以下式为例说明：,等间隔波长法是现代测色仪器的计算基础。右图为计算示意图,D65光源,样品反射率曲线,标准观察者光谱三刺激值,标准观察者光谱三刺激值,标准观察者光谱三刺激值,所计算样品的光谱三刺激值X、Y、Z,书表2-6为计算示例,2.选择坐标法目的：简化计算过程，但是会损失计算精度。方法：选定适当的波长，使积分计算式中的S()x()、S()y()、S()z()为常数A、B、，则：X=kS()x()()=kA()=fx()Y、Z同理。fx、fy、fz为常数，对于给定30个波长数据的fx30=3.268、fy30=3.333、fz30=3.938。,教材中表2-7的计算：(x)、(y)、(z)是在380780nm内，各自选择的30个波长值。(x)、(y)、(z)是所选定波长下，样品的反射率值。将(x)、(y)、(z)求和，然后乘以fx30=3.268、fy30=3.333、fz30=3.938就可以求出X、Y、Z。,克夫（DEKerf）对两种三刺激值计算方法的精度进行了比较研究。两种方法的准确性比较（NBS标准单位，20个样品的平均误差）等间隔波长法选择坐标法=5nm=10nm（30个坐标）0.040.291.54,资料来源：美国国家标准局,三、主波长和色纯度的计算我们已经学习了用数字来表示颜色的法，那么：Y=30.05,x=0.3927,y=0.1892Y=3.130,x=0.4543,y=0.4573分别是什么颜色？,鲜艳的带蓝光红色,暗黄色,为了把颜色具体化，使X、Y、Z表色系统实用化，结合颜色的三个属性（色相、明度、饱和度）提出了主波长、兴奋纯度等概念。主波长：用某一光谱色按照一定比例与一个确定的标准照明体（A、B、C、D、D65）相混合而匹配出样品色，该光谱色的波长就是样品色的主波长。兴奋纯度：样品的颜色接近同一主波长光谱色的程度，表明该样品颜色的纯度。,1.主波长的计算颜色的主波长大致相当于日常生活中观察到的色调。已知样品的色度坐标（x,y）和标准照明体的色度坐标（x0,y0），就可以计算样品的主波长。计算方法：作图法计算法,作图法1.x-y图上标出样品和标准照明体的色度点。,2.连接两点作直线。,3.向样品色度点外侧延长直线，与光谱轨迹相交。,4.相交点上光谱色的波长就是样品色的主波长。,但是，图中所示紫色三角形中的颜色无主波长。,如图中N点无主波长，可以通过反方向延长直线，与光谱轨迹相交，该交点是该颜色的补色波长。表示为495.7nm或495.7C。,计算法：根据连接光源点和样品点的直线斜率，查表CIE1931色度图标准照明体A、B、C、E恒定主波长线斜率表（附录），计算(x-x0)/(y-y0)以及(y-y0)/(x-x0)后查表（附录）。见教材例1、例2。,2.兴奋纯度样品的颜色接近同一主波长光谱色的程度，表明该样品颜色的纯度。当用标准光源点到样品色度点的距离与标准光源点到光谱色度点的距离之比表示纯度时，称兴奋纯度。,例如：Pe=OM/OLPe=(x-x0)/(x-x0)=(y-y0)/(y-y0),讨论：样品的主波长和兴奋纯度随所选用标准光源的不同而不同。因为x0、y0发生了变化。,当主波长与x轴近似平行时，y、y0、y接近或相等时，式(y-y0)/(y-y0)误差大或失效。此时可以使用式(x-x0)/(x-x0)。,同样当主波长与y轴近似平行时，x、x0、x接近或相等时，式：(x-x0)/(x-x0)误差大或失效。此时可以使用式：(y-y0)/(y-y0),标准光源的兴奋纯度为0Pe=(x-x0)/(x-x0)=(y-y0)/(y-y0)=(x0-x0)/(x-x0)=(y0-y0)/(y-y0)=0光谱色的兴奋纯度为1Pe=(x-x0)/(x-x0)=(y-y0)/(y-y0)=(x-x0)/(x-x0)=(y-y0)/(y-y0)=1,教材例3,已知：M(x=0.2231,y=0.5032）,C(x0=0.3101,y0=0.3162);x、y未知，但是可以查表2-2得到：由于=519.4nm,故:x=0.0743,y=0.8338,因此：Pe=(x-x0)/(x-x0)=(0.2231-0.3101)/(0.0743-0.3101)=0.37Pe=(y-y0)/(y-y0)=(0.5032-0.3162)/(0.8338-0.3162)=0.37,说明：样品M的颜色除了用色度坐标(x=0.2231,y=0.5032）表示外，也可以用主波长=519.4nm；兴奋纯度Pe=0.37来表示。而且能够大概判断其色调和饱和程度。,但是，主波长与色调只是大体相当，并不意味着恒定地对应。同样颜色的兴奋纯度与颜色饱和度也仅仅是相当，并不是相同。即等纯度并不一定对应等饱和度。,各种颜色在色度图上的位置如下图所示。,