《显示器色彩分析一》PPT课件.ppt

2020/6/5,顯示器色彩分析,(一)色彩學原理,2020/6/5,色彩光學(ChromaticOptics),色彩光學：結合色彩量測與光度學的科學色彩工學(Colorimetry)：CIE標準色度學分光光譜學(Spectrophotometry)濃度學(Densitometry)彩色複製學(Colorreproduction)色彩印刷學(Colorprinting)色彩管理系統(CMSsystem)非成像光學(Non-imageOptics)光度學、光展量照明系統、光偏極行為光的均勻性,2020/6/5,WhatisNon-imageOptics,Geometricalopticsprojectionsystem:imageopticsilluminationsystem:non-imageopticsImageopticsdesignparameters:TT,M,aberration,f-numberevaluateparameter:MTF,relativeilluminationresearchrange：lensdesignNon-imageopticsdesignparameters:lightsource,integrator,polarizationetendue,LVevaluateparameter:uniformity,spotsize,colorresearchrange:brightness,grayscale,colorBrightness：lamp,integrator,reflector,coolingsystemColor：dichroic,colorwheelandsequentialGrayscale：LCD,DMD,GLV,TMA,2020/6/5,色彩產生三要素,(1)光源,(2)物體,(3)觀察者,2020/6/5,牛頓白光實驗,(1)稜鏡實驗：白光由單色光合成,(2)白光可分成單色光，也可合成白光,(3)單色光無法再行分光,2020/6/5,電磁波光譜,2020/6/5,物體色,2020/6/5,色彩的混合,加色混合,減色混合,色光三原色：R、G、B,色料三原色：C、M、Y,(光源色),(物體色),2020/6/5,眼睛,1.cornea角膜2.aqueoushumor眼水房水3.crystallinelens水晶體4.vitreousbody玻璃體5.retina網膜6.choroid胍絡膜7.sclera鞏膜8.opticnerve視覺神經9.fovea中央凹1cones25,000個10.papilla盲點11.oraserrate網膜前緣12.ciliarymuscle睫狀肌13.zonulefibers帶狀纖維14.iris瞳孔15.ocularconjunctiva結膜,耳側,鼻側,2020/6/5,人眼在視網膜上有桿狀和錐狀兩種細胞桿狀細胞(Rods)無法分辨色彩暗視覺,10-3cd/m2位於視網膜邊緣錐狀細胞(Cones)能分辨色彩明視覺,數個cd/m2集中位於中央凹,人眼睛對顏色的感覺,2020/6/5,人眼睛對顏色的感覺,人眼在對明視覺(Photopic)和暗視覺(Scotopic)有不同的反應函數,2020/6/5,色彩的三屬性,2020/6/5,色相,2020/6/5,明度,2020/6/5,彩度,2020/6/5,色調整理,2020/6/5,表色體系,Munsell表色體系,2020/6/5,Young(1802)-Helmholtz(1896)three-componenttheory有三種錐狀細胞各自對紅,綠,藍波段光起感應綜合反應形成對明度感應不能解釋色盲現象(紅綠色盲之黃感應,全色盲之明度感覺)Hering(1802),Opponent-colorstheory白-黑,黃-藍,紅-綠三對對立色對可解釋色盲與補色殘像的現象但無法滿意說明三原色能產生一切光譜色彩的現象Mller(1930)andJudd(1949),Zonetheory結合前兩種模型，成為目前最常用的人眼感色模型,色彩視覺理論,2020/6/5,三原色學說,400nm,480nm,540nm,570nm,600nm,700nm,rcone,gcone,bcone,2020/6/5,對立色學說,2020/6/5,Mller(1930)andJudd(1949),Zonetheory,rcone,gcone,bcone,R,G,B,C3=Ba-Ra,C2=Ga-Ba,C1=Ra-Ga,Aa=2Ra+Ga+Ba/20,C2=Ga-Ba,R-G,Y-B,W-B,Conecell,Nervecell,Cortex,brain,色彩階段學說,2020/6/5,Guild:1931,7人,用白熾燈(CT2900K)和彩色濾光片(R=700nm,G=546.1nm,B=435.8nm).Wright:1928-1929,10人.650,350,460nm.在光譜波長400-700nm之間每隔5nm做對色實驗.視角2.每人所得光譜三刺激值之平均得到r,g,b.,三原色混色實驗,配色函數實驗,2020/6/5,CIE1931年RGB系統,2020/6/5,為何選取三原色R0=700nm,G0=546.1nm,B0=435.8nm700nm是可見光譜紅色末端，波長稍微改變色相變化非常小546.1nm和435.8nm是較明顯的汞光波長等能白光(Equalenergy,CCT=5800K)用等量的(R0)、(G0)、(B0)匹配成的白光三原色單位波長均其單一的輻射能量(SE)=1.0(R0)+1.0(G0)+1.0(B0)等能白光由三原色輻射亮度(Radiance:Y)依下比例混和(R0):(G0):(B0)=72.0962:1.3791:1.0,CIE三原色及單位的決定,2020/6/5,等能白光由三原色光亮度(Luminance:F)依下比例混和LR:LG:LB=1:4.5907:0.0601,CIE標準色度系統,2020/6/5,配色函數的意義,配色函數(Colormatchingfunction),、光譜三刺激值(Spectrumtristimulusvalue)R0、G0、B0三刺激值(Tristimulusvalue),單位能量的波長l，刺激人眼的色感覺。需要用的加上的再加上的所混合匹配而成的,2020/6/5,CIE1931(R、G、B)色度圖,Normalization:r+g+b=1,光譜的三刺激值，可轉換成色度座標，而繪製成色度圖,2020/6/5,X=2.7689R+1.7517G+1.1302BY=1.0000R+4.5907G+0.0601BZ=0.0000R+0.0565G+5.5943B,(R,G,B)表色系統中某些值為負值，造成計算的不便(X,Y,Z)均正值Y值正好代表光的通量(明度)(X,Y,Z)和(R,G,B)表色系統的轉換公式,CIE1931(X,Y,Z)色彩系統,2020/6/5,Y值與明度L的關係,從等能白光的觀念得知(如前),LR:LG:LB=1:4.5907:0.0601,亮度可表示,如上頁,所以色彩三屬性(色相、明度、彩度)三刺激值的Y值即可表示成明度的指標,2020/6/5,Normalize(X,Y,Z)toget(x,y,z)x+y+z=1,CIE的色度座標(x,y,z),2020/6/5,(X,Y,Z)-System,CIE1931(X,Y,Z)色彩系統,2020/6/5,(R,G,B)-System,444.4nm,526.3nm,645.2nm,lB,lG,lR,CIE1964年標準色彩系統,2020/6/5,(X,Y,Z)-System,CIE1964(X,Y,Z)色彩系統,2020/6/5,Grassman配色定律,對稱定律(Symmetrylaw)比例定律(Proportionalitylaw)色彩加成(Coloraddition)色彩減除(Colorsubtraction)轉移定律(Transitivelaw)色彩匹配(Colormatch),2020/6/5,色彩方程式,C：代表匹配的色刺激R0、G0、B0：用來匹配色刺激的三原色光R、G、B：C色刺激的三刺激值,若以積分來表示,色彩刺激函數,光源光譜函數,物體穿透或反射函數,2020/6/5,X=14.27Y=14.31Z=51.52,色度座標計算,X,Y,Z：CIE1931三刺激值,：CIE1931光譜三刺激值k：為歸一化係數(normalizingfactor),光源色時,物體色時,k為光源的Y值調整到100的係數,2020/6/5,標準光源的色彩座標,OnthebasisoftheCIE1931standardobserverIncidentradiantpowerfromtheCIEstandardilluminantD65,2020/6/5,色彩混合兩色混合,假設C1及C2兩色混合C1的色度座標值為(x1,y1)，亮度單位為Y1C2的色度座標值為(x2,y2)，亮度單位為Y2混合成C的色度座標值為(x,y)，亮度單位為Y依據亮度加成定律可知色彩混合重心定律C1的比重為可知,2020/6/5,色彩混合多色混合,假設C1及C2.Cn多色混合C1的色度座標值為(x1,y1)，亮度單位為Y1C2的色度座標值為(x2,y2)，亮度單位為Y2：Cn的色度座標值為(xn,yn)，亮度單位為Yn,2020/6/5,x,Just-noticeablechromaticitydifferences恰可察覺色度差,Wright1941,2線段長短(已放大10倍)代表人眼感覺不出色彩變化的範圍(即稱為色彩寬容量),x,y,色差,2020/6/5,x,y,MacAdam1942以25個色度點為中心測試橢圓(已放大10倍)代表此點色彩寬容量橢圓大小表示人眼色度分辨極限,CIE(x,y)isnotauniformcolorspace.,色差,2020/6/5,L*:LightnessYn:Yvalueofilluminant(usually100),均勻的明度規格,反射率對人眼並非均勻空間，Y值與反射率成正比，Y值為非均勻空間將Y值轉換以得到均勻的視覺規格(Visualscale)明度(Lightness),2020/6/5,ColordifferenceE*ab,CIELAB均勻色彩系統,Y值為非均勻空間，X,Z也轉成為Vx,Vy,Vz(Musnsell明度函數值)Vx-Vy為紅綠變化Vy為明度變化Vz-Vy為黃藍變化,2020/6/5,CIELAB均勻色彩系統,2020/6/5,L*Lightness,C*Chroma,HuedifferenceH*uv,hHueangle,CIELCH均勻色彩系統,2020/6/5,CIE1976：色彩轉換後表現區域(u,v)代表物體色彩均勻色彩空間任意兩點間的距離直接表示色差,6500,8500,CIELUV均勻色彩系統,ColordifferenceE*uv,2020/6/5,Thermalradiation:輻射體會有一個固定的溫度TBlackbody:在任何溫度下能夠全部吸收任何波長輻射的物體Idealblackbody,黑體輻射,2020/6/5,黑體輻射與光譜,隨著溫度增加，黑體的輻射能量也增加，輻射光顏色也有變化輻射的最大能量往短波長移動,2020/6/5,色溫,將黑體輻射當成光源，隨光譜及色彩，引入色溫的概念色溫的三種形式：分布溫度(Distributiontemperature)色溫度(Colortemperature)相關色溫度(Correlatedcolortemperature),2020/6/5,x,y,色溫度與相關色溫度,2020/6/5,Planckianlocus,Thechromaticitypoint(us,vs)liesbetweenthelinesi=jandi=j+1.djanddj+1isthedistancebetweenpoint(us,vs)andthelinesi=jandi=j+1respectivelyTheCCTof(us,vs)isTc,相關色溫度計算,2020/6/5,色溫與光源色彩行為,各種光源之色溫比較,色溫在色度圖上的軌跡圖,2020/6/5,演色性與色表,演色性(Colorrendering)：光源照射到物體時，人眼對物體的色彩效果色表(Colorappearance)：人眼直接對光源所感受到的色彩效果,演色性的定義,2020/6/5,光源不分色：光的顏色以色溫表示光源經分合光系統：光的顏色以色域空間表示,光源分色後的光譜圖,(A)氙燈,(B)超高壓汞燈,2020/6/5,色域空間(ColorGamutMapping),色域空間代表色彩能力的表現範圍曲線內代表A、B兩物體可表現的色彩範圍A：綠光偏黃B：綠光極純,A,B,6500,8500,