色彩學(xué)第4章 顏色的混色系統(tǒng)--CIE色度學(xué)系統(tǒng)表色法

1、第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)CIECIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) 物體顏色是光刺激人的視覺器官產(chǎn)生的反應(yīng)，要將觀察者的顏色感覺數(shù)字化，國際照明委員會(huì)(CIE)規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，這一系統(tǒng)是近代色度學(xué)的基本組成部分，是色度計(jì)算的基礎(chǔ)，也是彩色復(fù)制的理論基礎(chǔ)之一。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)是一種混色系統(tǒng)，是以顏色匹配實(shí)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)建立起來的。用組成每種顏色的三原色數(shù)量來定量表達(dá)顏色。4.1 4.1 顏色匹配顏色匹配4.2 CIE4.2 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.3 4.3 視覺的生理基礎(chǔ)視覺的生理基礎(chǔ)4.4 4.4 色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.5 4.5

2、YxyYxy與與HVCHVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.6 4.6 均勻顏色空間均勻顏色空間4.7 4.7 同色異譜同色異譜第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)4.1 4.1 顏色匹配顏色匹配n4.1.1 4.1.1 色光混合實(shí)驗(yàn)色光混合實(shí)驗(yàn)n4.1.2 4.1.2 三刺激值和色度圖三刺激值和色度圖 顏色匹配顏色匹配4.14.1 4.1 顏色匹配顏色匹配4.1.1 4.1.1 色光混合實(shí)驗(yàn)色光混合實(shí)驗(yàn)把兩種顏色調(diào)節(jié)到視覺上相同或相等的過程叫作顏色顏色匹配匹配。顏色匹配實(shí)驗(yàn)顏色匹配顏色匹配4.1Mapping the human responseRedRedGreenGreenBlueBlueWhit

3、e ScreenWhite ScreenMasking ScreenMasking Screen2222 實(shí)驗(yàn)證明：三原色的選擇是任意的，只要它們相實(shí)驗(yàn)證明：三原色的選擇是任意的，只要它們相互獨(dú)立，也就是說任何一個(gè)原色不能由其余兩個(gè)原色互獨(dú)立，也就是說任何一個(gè)原色不能由其余兩個(gè)原色相加產(chǎn)生。相加產(chǎn)生。 各種實(shí)驗(yàn)方法已表明，無法找到一組三原色能夠各種實(shí)驗(yàn)方法已表明，無法找到一組三原色能夠?qū)⒆匀唤缰械乃猩势ヅ涑鰜?。將自然界中的所有色彩匹配出來。顏色匹配顏色匹?.14.1.2 4.1.2 三刺激值和色度圖三刺激值和色度圖A. A. 三刺激值三刺激值 在顏色匹配中，用于顏色混合以產(chǎn)生任意顏色的三

4、種顏色叫做三原色三原色 。通常加色混色中使用紅、綠、藍(lán)三種顏色光為三原色是為了得到最多的混合色。顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，與待匹配色實(shí)現(xiàn)顏色匹配時(shí)所需要的三原色的數(shù)量，稱為三刺激值三刺激值，記作R、G、B。一種顏色與一組R、G、B值相對應(yīng)，R、G、B值相同的顏色，顏色感覺(外貌)必定相同。顏色匹配顏色匹配4.1 因?yàn)橐唤M特定的因?yàn)橐唤M特定的R R、G G、B B三刺激值在特定三刺激值在特定的實(shí)驗(yàn)和觀察條件下代表一個(gè)特定的顏色感覺，的實(shí)驗(yàn)和觀察條件下代表一個(gè)特定的顏色感覺，不同的不同的R R、G G、B B三刺激值代表不同的顏色感覺。三刺激值代表不同的顏色感覺。因此，所有顏色感覺的集合就構(gòu)成了一個(gè)因此，所

5、有顏色感覺的集合就構(gòu)成了一個(gè)三刺三刺激值空間，又稱為混色空間激值空間，又稱為混色空間。在這個(gè)空間中，。在這個(gè)空間中，每一個(gè)顏色感覺用空間中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)來表示。每一個(gè)顏色感覺用空間中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)來表示。任一個(gè)顏色任一個(gè)顏色C C，在三刺激值空間中可以用坐標(biāo)，在三刺激值空間中可以用坐標(biāo)原點(diǎn)為起點(diǎn)的矢量來表示，三刺激值原點(diǎn)為起點(diǎn)的矢量來表示，三刺激值R R、G G、B B就是該矢量在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量。就是該矢量在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量。顏色匹配顏色匹配4.1B. 顏色匹配方程 在三刺激值空間中，顏色可以用一個(gè)矢量來表示，這個(gè)矢量對應(yīng)的方程就稱為顏色匹配方程或簡稱為顏色方程，代表匹配顏色感覺所需要的三原

6、色數(shù)量之間的關(guān)系： C(C)R(R)+G(G)+B(B)顏色匹配顏色匹配4.1C. 光譜三刺激值 匹配等能光譜中各單色光所需的三原色數(shù)量稱為光譜三刺激值，又稱為顏色匹配函數(shù)。用符號， 或r()，g()，b()表示。C ()(C) r()(R)+ g()(G)+ b()(B)， 380nm，780nmD. 色度坐標(biāo)和色度圖 三原色各自在R+G+B總量中的相對比例叫做色度坐標(biāo)，用符號r，g，b來表示。顏色匹配顏色匹配4.1色度坐標(biāo)與三刺激值的關(guān)系如下：r=R/(R+G+B)g=G/(R+G+B)b=B/(R+G+B)=1-r-g以色度坐標(biāo)r，g表示的平面圖稱為色度圖。又稱為麥克斯韋三角形。顏色匹配

7、顏色匹配4.1第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)4.2 CIE4.2 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)為了統(tǒng)一計(jì)算顏色的方法和數(shù)值，現(xiàn)代色度學(xué)采用CIE所規(guī)定的一系列顏色測量原理、條件、數(shù)據(jù)和計(jì)算方法，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。這一色度系統(tǒng)以兩組基本顏色視覺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)：CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值1-4視場CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值 大于4視場、10視場左右CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2n4.2.1 CIE1931-RGB4.2.1 CIE1931-RGB系統(tǒng)系統(tǒng)n4.2.2 CIE1931XYZ4.2.2 CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系

8、統(tǒng)4.2 CIE4.2 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.24.2.14.2.1CIE1931-RGBCIE1931-RGB系統(tǒng)系統(tǒng)A. 選擇三原色：700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B) B. 確定三原色單位：將相加匹配出等能白光(E光源)時(shí)三原色各自的數(shù)量定為三原色的單位。即從色彩角度，三原色等量（R=G=B=1)混合得到白光。白光色度r=g=b=1/(1+1+1)=0.33CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2 2視場下用上述選定三原色匹配等能光譜色的R、G、B三刺激值，用 r, g, b來表示。光譜三刺激值曲線如圖。這一組函數(shù)叫做“CI

9、E1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，簡稱“CIE1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”。以此來代表人眼2視場的平均顏色視覺特性。顏色視覺特性CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2r() g() b() (nm)435.8546.17000.0三刺激值0.40.2CIE1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2bgrbbgrgbgrrbgr光譜三刺激值與光譜色色度坐標(biāo)的關(guān)系式 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2CIE1931-RGB系統(tǒng)色度圖及(R)、(G)、(B)向(X)、(Y)、(Z)的轉(zhuǎn)換光譜軌

10、跡：注意：出現(xiàn)了負(fù)的三刺激值與色度坐標(biāo)值 加入待匹配色一側(cè)視場的原色數(shù)量為負(fù)值。 CIE1931-RGB系統(tǒng)的光譜三刺激值r, g, b 是由實(shí)驗(yàn)獲得的，本來可以用于色度計(jì)算，但由于光譜三刺激值與色度坐標(biāo)都出現(xiàn)了負(fù)值，計(jì)算起來不方便，又不易理解，因此，1931年CIE討論推薦了一個(gè)新的國際通用色度系統(tǒng)CIE1931-XYZ系統(tǒng)。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2 1931年CIE在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改用三個(gè)假想的原色X、Y、Z建立了一個(gè)新的色度系統(tǒng)。將RGB系統(tǒng)光譜三刺激值進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，變?yōu)橐訶、Y、Z三原色匹配等能光譜的三刺激值，定名為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，簡稱為“

11、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”，記作x，y，z或x () ，y () ，z () 。這一系統(tǒng)叫做“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)”或“CIE1931-XYZ”系統(tǒng)。 4.2.2 CIE1931XYZ4.2.2 CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2CIE1931-RGB系統(tǒng)色度圖及(R)、(G)、(B)向(X)、(Y)、(Z)的轉(zhuǎn)換光譜軌跡：CIE1931-XYZCIE1931-XYZ系統(tǒng)三原色的選擇考慮因素：系統(tǒng)三原色的選擇考慮因素：（1 1）要想消除負(fù)坐標(biāo)值，必須使新三原色包圍所有的顏色范圍。）要想消除負(fù)坐標(biāo)值，必須使新三原色包圍所有的顏色范圍。（2

12、2）規(guī)定）規(guī)定(X)(X)、(Z)(Z)兩個(gè)原色只代表色度，沒有亮度，全部亮度都由兩個(gè)原色只代表色度，沒有亮度，全部亮度都由Y Y刺激值刺激值承擔(dān)。承擔(dān)。（3 3）光譜軌跡曲線從）光譜軌跡曲線從540nm540nm附近到附近到700nm700nm在在r-gr-g色度坐標(biāo)圖上近似是一條色度坐標(biāo)圖上近似是一條135135直線，直線上所有的顏色都可以由這兩個(gè)單色光混合產(chǎn)生。直線，直線上所有的顏色都可以由這兩個(gè)單色光混合產(chǎn)生。（4 4） (Y)(Z)(Y)(Z)邊與光譜軌跡上波長為邊與光譜軌跡上波長為503nm503nm點(diǎn)的切線相重合點(diǎn)的切線相重合（5 5）以相等數(shù)量的三刺激值匹配等能白光來確定）以相

13、等數(shù)量的三刺激值匹配等能白光來確定XYZXYZ新系統(tǒng)的三刺激值單位。新系統(tǒng)的三刺激值單位。X=2.7689R+1.7571G+1.1302BY=1.0000R+4.5907G+0.0601BZ=0.0565G+5.5943Bbgrbgry200.1132.1667.0010.0812.0177.0bgrbgrx200.1132.1667.0200.0310.0490.0bgrbgrz200.1132.1667.0990.0010.0000.0CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2 CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線圖(nm)三刺激值z()y()x()1.51.00.5400500600

14、700CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2理想三原色在CIE1931RGB色度圖中的坐標(biāo)： r g b X 1.275 -0.278 0.003 Y -1.739 2.767 -0.028 Z -0.743 0.141 1.602CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2 光譜光視效率 能量相同而波長不同的光，對人眼所引起的亮度感覺是不同的。眼睛的靈敏度與波長的依賴關(guān)系，稱為光譜光視效率(或稱視見函數(shù))。由于人眼有明視覺和暗視覺兩種視覺功能，光譜光視效率也分明、暗兩種。 CIE(國際照明委員會(huì))分別于1924年和1951年根據(jù)不同科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)定了明視覺光譜光視效率V()和暗視覺光譜光視效率V(

15、)。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2 CIE明視覺和暗視覺光譜光視效率是光度學(xué)計(jì)算的重要依據(jù)。CIE推薦采用明視覺和暗視覺光譜光視效率V()和V()作為標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者，代表人眼的平均(光)視覺特性。按照CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者來評價(jià)的輻通量e即為光通量v。輻通量與光通量的關(guān)系式為：明視覺： 暗視覺： dVKemV780380 dVKemV780380CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2 式中式中V()V()為明視覺光譜光視效率；為明視覺光譜光視效率；V()V()為暗視覺為暗視覺光譜光視效率；光譜光視效率；v,vv,v為光通量，單位是流明為光通量，單位是流明( (lm)lm)；e()e()是以波

16、長為自變量的輻通量，單位是瓦是以波長為自變量的輻通量，單位是瓦( (W)W)；Km=683Km=683流明流明/ /瓦瓦( (lm/w)lm/w)；Km=1755Km=1755流明流明/ /瓦瓦( (lm/w)lm/w)。色度圖可用來表示所有顏色的色度特性。色度圖中心為白點(diǎn)（非彩色點(diǎn)），光譜軌跡上的點(diǎn)代表不同波長的光譜色，是飽和度最高的顏色，越接近色度圖中心（白點(diǎn)），顏色的飽和度越低。圍繞色度圖中心不同的角度，顏色的色調(diào)不同。0.8 0.8顏色光譜由來 CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的數(shù)據(jù)適用于2視場的中央視覺觀察條件(視場范圍1-4)，以此代表人的平均顏色視覺特性。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系

17、統(tǒng)4.2 CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的三刺激值以X、Y、Z表示，三種原色由于選擇時(shí)的考慮，只有Y值既代表色度又代表亮度，又稱為亮度因數(shù)，而X、Z只代表色度，與亮度無關(guān)，所以 y()函數(shù)曲線與明視覺光譜光視效率V()一致，即 y()= V()。 在使用數(shù)字描述顏色在使用數(shù)字描述顏色時(shí)，常采用時(shí)，常采用YxyYxy表色方法，表色方法，即采用色度坐標(biāo)即采用色度坐標(biāo)x x，y y表示表示顏色的色度特征，用亮度顏色的色度特征，用亮度因數(shù)因數(shù)Y Y表示顏色的亮度特表示顏色的亮度特征，這樣該顏色的外貌就征，這樣該顏色的外貌就能完全唯一地確定下來。能完全唯一地確定下來。右圖直觀地表示這三個(gè)參右圖直觀地表示這三

18、個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。數(shù)之間的關(guān)系。 Yxy立體圖 )()()()(Vzyz)()(Vy)()()()(VxyxCIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)4.2第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)4.3 4.3 CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) 補(bǔ)充色度系統(tǒng)補(bǔ)充色度系統(tǒng)4.34.3 CIE19644.3 CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) 在大面積視物觀察條件下(4)，由于桿體細(xì)胞的參與以及中央凹黃色素的影響，顏色視覺會(huì)發(fā)生一定的變化。主要表現(xiàn)為飽和度的降低及顏色視場出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：人眼用小視場觀察顏色時(shí)，顏色差異辨別力較低。當(dāng)觀察視場從2增大到10時(shí)，顏色匹配的精

19、度也隨之提高。但視場再進(jìn)一步增大，顏色匹配精度的提高就不大了。 補(bǔ)充色度系統(tǒng)補(bǔ)充色度系統(tǒng)4.3 為了適應(yīng)大視場顏色測量的需要， CIE在1964年又規(guī)定了一組“CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，簡稱為“CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”， x10 () ，y10 () ，z10 () 。這一系統(tǒng)稱為“CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)”，也叫作10視場X10Y10Z10色度系統(tǒng)。 CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值記作X10，Y10，Z10。 補(bǔ)充色度系統(tǒng)補(bǔ)充色度系統(tǒng)4.3 在色度測量與計(jì)算中要根據(jù)觀察視場的大小選擇CIE1964或CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者數(shù)據(jù)來代表人眼的平均

20、顏色視覺特性。補(bǔ)充色度系統(tǒng)補(bǔ)充色度系統(tǒng)4.3第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)4.4 4.4 CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4n4.4.1 4.4.1 三刺激值與色度坐標(biāo)的計(jì)算三刺激值與色度坐標(biāo)的計(jì)算n4.4.2 4.4.2 顏色相加的計(jì)算顏色相加的計(jì)算4.4 CIE4.4 CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.44.4.1 4.4.1 三刺激值與色度坐標(biāo)的計(jì)算三刺激值與色度坐標(biāo)的計(jì)算 光源或物體的顏色是由進(jìn)入眼睛的不同波長的光混合而成的感覺。我們把進(jìn)入眼睛的光能量隨波長的分布稱為顏色刺激函數(shù)()。()根據(jù)被測對象不同，有不同

21、的計(jì)算方法。即() 對于照明體或光源 對于透明物體 對于非透明物體 ss CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4 而人眼對不同波長的顏色刺激感覺強(qiáng)度不同，只有 ()與該波長的CIE光譜三刺激值的乘積才是由這個(gè)波長的顏色刺激所引起的顏色感覺。根據(jù)顏色相加原理，總的顏色感覺應(yīng)是各波長顏色感覺的總和。因此，三刺激值的計(jì)算公式為：X=k()x()d X10=k10()x10()d Y=k()y()d Y10=k10()y10()d Z=k()z()d Z10=k10()z10()d范圍取380-780nmCIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4 在實(shí)際計(jì)算中，用求和來近似積分，求和的表達(dá)式為： zkZykY

22、xkX或 101010101010zkZykYxkXCIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4 ( ()一般采用一般采用CIECIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體，具體采用哪種照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體，具體采用哪種照明體由被測物體的具體情況而定，例如物體是在日光下觀察時(shí)明體由被測物體的具體情況而定，例如物體是在日光下觀察時(shí)可用可用D D6565或或B B、C C照明體，而在燈光下觀察時(shí)可用照明體，而在燈光下觀察時(shí)可用A A照明體。照明體。 dyskdysk1010100100或 1010100100yskysk 式中的常數(shù)K和K10叫做歸化系數(shù)，它是將照明體(或光源)的Y值調(diào)整為100時(shí)得出的，即： CIE色度計(jì)算方法

23、色度計(jì)算方法4.4 此式中的此式中的S()= ()S()= ()。由于。由于K K是這樣定義的，于是當(dāng)是這樣定義的，于是當(dāng)()( ()()()時(shí)，時(shí)，Y Y為物體的光透過率；當(dāng)為物體的光透過率；當(dāng)()( () ()()時(shí)，時(shí)，Y Y為物體的光反射率。為物體的光反射率。 nmdzSkZdySkYdxSkX780380其中CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4相對功率相對功率反射率反射率三刺激值三刺激值紅紅顏色的光譜特性！S()()()=S()()CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4紅相對功率相對功率反射率反射率()紅 計(jì)算出物體的三刺激值以后，再按下式將其轉(zhuǎn)換為物體的色度坐標(biāo)，即：ZYXZzZYX

24、YyZYXXx或 101010101010101010101010101010ZYXZzZYXYyZYXXxCIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.44.4.2 4.4.2 顏色相加的計(jì)算顏色相加的計(jì)算A A計(jì)算法計(jì)算法 當(dāng)兩種或兩種以上已知三刺激值的顏色光相加混合，混合色的三刺激值等于各色光三刺激值之和。X=X1+X2+Xn Y=Y1+Y2+Yn Z=Z1+Z2+Zn n為組成混合色的色光數(shù)量。 CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4 混合色的色度坐標(biāo)在三刺激值計(jì)算之后就可求得 :ZYXYyZYXXx 當(dāng)已知兩種顏色的色度坐標(biāo)x，y及亮度Y而要求混合色的色度坐標(biāo)時(shí)，因?yàn)榛旌仙纳茸鴺?biāo)與已知色的色度

25、坐標(biāo)之間沒有線性疊加的關(guān)系，所以必須先求出各顏色的三刺激值，可采用下面公式：YyyxYyzZYYYyxX1CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4B B作圖法作圖法 在CIE1931 x-y色度圖上，兩種顏色相加產(chǎn)生的第三種顏色總是位于連接兩種顏色的直線上。這一新顏色在直線上的位置取決于兩種顏色的三刺激值總和的比例。按重心原理，混合色的色度點(diǎn)被拉向比例大的顏色那一側(cè)。CIE色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4P為顏色1,為顏色2，M為P+Q的混合色。C1和C2分別為顏色1和2的三刺激值之和，即： C1=X1+Y1+Z1 C2=X2+Y2+Z2根據(jù)重力中心定律：22211121ZYXZYXCCMPQMCI

26、E色度計(jì)算方法色度計(jì)算方法4.4第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)4.5 4.5 混色系統(tǒng)表色法混色系統(tǒng)表色法YxyYxy與與顯色系統(tǒng)表色法顯色系統(tǒng)表色法HVCHVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5n4.5.1 4.5.1 顏色的客觀三屬性顏色的客觀三屬性n4.5.2 HVC4.5.2 HVC與與YxyYxy兩種表色方法的數(shù)值轉(zhuǎn)換兩種表色方法的數(shù)值轉(zhuǎn)換4.5 4.5 混色系統(tǒng)表色法混色系統(tǒng)表色法YxyYxy與顯色系統(tǒng)表與顯色系統(tǒng)表色法色法HVCHVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.54.5.1 4.5.1 顏色的客觀三屬性顏色的客觀三屬性主波長、純度和亮度因數(shù)

27、主波長、純度和亮度因數(shù)A.A.主波長主波長 一般情況下，物體表面色所反射的能量集中部位的波長就是該顏色的主波長，主要用來表示物體色的色相。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5 從色度圖中白點(diǎn)W(x0,y0)向樣品色色度點(diǎn)S(x，y)作直線并延長交光譜軌跡上一點(diǎn)L，這一點(diǎn)光譜色的波長就是該顏色樣品的主波長d，主波長光譜色與白光按一定比例混合可以匹配出樣品色。補(bǔ)色波長記作-d或cYxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5 除作圖法外，還可以用計(jì)算法。 計(jì)算方法是根據(jù)樣品色的色度坐標(biāo)以及照射光源C的坐標(biāo)計(jì)算直線的斜率，然后查讀出直線與光譜軌跡的交點(diǎn)，定出主波長。 計(jì)算時(shí)需要查閱CIE標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、C、E（等

28、能光源）恒定主波長線的斜率表。該方法計(jì)算精度可達(dá)1nm以內(nèi)。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5B. B. 純度純度 色純度表示樣品色與其主波長光譜色的接近程度，以符號Pe表示。色純度可大致反映顏色的飽和度。 用白點(diǎn)到樣品點(diǎn)的距離WS與白點(diǎn)到主波長點(diǎn)的距離WL之比來表示，即WLWSPeZYXZYXPeYxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5當(dāng)Pe=1時(shí)，表明樣品色就是光譜色，飽和度最高。當(dāng)Pe=0時(shí)，表明樣品色就是白色，是非彩色，飽和度為0。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5C.C.亮度因數(shù)亮度因數(shù) 印刷品表面色的明暗程度，直接用三刺激值中的Y值來表示，通常稱為亮度因數(shù)（或簡稱亮度），用百分?jǐn)?shù)表示。Y

29、xy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.54.5.2 HVC與Yxy兩種表色方法的數(shù)值轉(zhuǎn)換（1 1）首先將亮度因數(shù)）首先將亮度因數(shù)Y%Y%用查表的方法求出與之對應(yīng)的孟用查表的方法求出與之對應(yīng)的孟塞爾明度值塞爾明度值V V。（2 2）依此明度值）依此明度值V V，找出與之對應(yīng)的，找出與之對應(yīng)的CIECIE色度圖色度圖（3 3）按已知的色度坐標(biāo)）按已知的色度坐標(biāo)x,yx,y在該明度值在該明度值V V的色度圖上描點(diǎn)，的色度圖上描點(diǎn)，求求H H和和C C值。值。（4 4）最后綜合起來就是所求色樣的）最后綜合起來就是所求色樣的HVCHVC值，從而完成由值，從而完成由Y,x,yY,x,y表色法到表色法到HVCHVC

30、表色法的轉(zhuǎn)換。表色法的轉(zhuǎn)換。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5A. A. 亮度因數(shù)亮度因數(shù)Y Y與孟塞爾明度值與孟塞爾明度值V V的轉(zhuǎn)換原理的轉(zhuǎn)換原理 孟塞爾第孟塞爾第1010級明度值由理想的完全漫反射體代表，級明度值由理想的完全漫反射體代表，其反射率為其反射率為1.1.然而沒有一種材料的表面具有完全漫反射然而沒有一種材料的表面具有完全漫反射的性質(zhì)。實(shí)用中，這一系統(tǒng)的所有的性質(zhì)。實(shí)用中，這一系統(tǒng)的所有Y Y值都是以氧化鎂作為值都是以氧化鎂作為標(biāo)準(zhǔn)的，并規(guī)定氧化鎂的亮度因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的，并規(guī)定氧化鎂的亮度因數(shù)Y=100Y=100，而氧化鎂的實(shí)，而氧化鎂的實(shí)際反射率約為際反射率約為97.5%,97.5%

31、,因此，孟塞爾第因此，孟塞爾第1010級明度值的亮度級明度值的亮度因數(shù)因數(shù)Y0 =100/0.975=102.57Y0 =100/0.975=102.57。根據(jù)視覺實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果，。根據(jù)視覺實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果，孟塞爾明度值與亮度因數(shù)之間的關(guān)系如圖所示孟塞爾明度值與亮度因數(shù)之間的關(guān)系如圖所示Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5 Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5 圖中的曲線表明，亮度因數(shù)圖中的曲線表明，亮度因數(shù)Y Y與明度值與明度值V V之間是非線之間是非線性關(guān)系。它們之間的函數(shù)關(guān)系，可用五次多項(xiàng)式表示：性關(guān)系。它們之間的函數(shù)關(guān)系，可用五次多項(xiàng)式表示： 上式的最佳觀察條件是以上式的最佳觀察條件是以Y Y2

32、0%20%的中性灰色為背景。的中性灰色為背景。孟塞爾明度值孟塞爾明度值V V與亮度因數(shù)與亮度因數(shù)Y Y之間的數(shù)值關(guān)系如表所示。之間的數(shù)值關(guān)系如表所示。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.55432000840. 0021009. 02305. 02311. 02219. 1VVVVVYV109876543210Y102.5778.6659.1043.0630.0519.7712.006.5533.1261.2100B.B.色度坐標(biāo)色度坐標(biāo)x,yx,y與色相與色相H H、彩度、彩度C C的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 在孟塞爾顏色系統(tǒng)中，對于明度值相同的在孟塞爾顏色系統(tǒng)中，對于明度值相同的顏色樣品只有色相和彩度兩維坐

33、標(biāo)的變化，這顏色樣品只有色相和彩度兩維坐標(biāo)的變化，這在在CIE1931色度圖上，就意味著只有色度坐標(biāo)色度圖上，就意味著只有色度坐標(biāo)x、y的不同，的不同，在孟塞爾新標(biāo)系統(tǒng)中，按照在孟塞爾新標(biāo)系統(tǒng)中，按照1919的的9 9個(gè)明度等級，根據(jù)視覺實(shí)驗(yàn)，分別在個(gè)明度等級，根據(jù)視覺實(shí)驗(yàn)，分別在CIECIE色度色度圖上繪制出恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡線。圖上繪制出恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡線。這這9 9張恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡圖就是我們張恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡圖就是我們將將CIE1931CIE1931色度學(xué)系統(tǒng)色度學(xué)系統(tǒng)( (YxyYxy表色法表色法) )與孟塞爾系與孟塞爾系統(tǒng)（統(tǒng)（HVCHVC表色

34、法）相互轉(zhuǎn)換的依據(jù)。表色法）相互轉(zhuǎn)換的依據(jù)。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5 分析這分析這9 9張不同明度的色度圖可以看出，在明度值為張不同明度的色度圖可以看出，在明度值為4/4/、5/5/、6/6/時(shí)，彩度軌跡的數(shù)量最多，比明度值時(shí)，彩度軌跡的數(shù)量最多，比明度值9/9/時(shí)占色度圖更時(shí)占色度圖更大的面積。這意味著，在中等明度值大的面積。這意味著，在中等明度值4/4/6/6/時(shí)有產(chǎn)生最大飽時(shí)有產(chǎn)生最大飽和度表面色的可能性，而在明度值和度表面色的可能性，而在明度值9/9/時(shí)（亮度因數(shù)時(shí)（亮度因數(shù)Y=79Y=79），），不可能有非常飽和的顏色，特別是在色度圖的藍(lán)、紫、紅部不可能有非常飽和的顏色，特

35、別是在色度圖的藍(lán)、紫、紅部分更是如此。隨著明度的降低，每一恒定的彩度軌跡圈急劇分更是如此。隨著明度的降低，每一恒定的彩度軌跡圈急劇增大，依據(jù)在明度值增大，依據(jù)在明度值1/1/時(shí)（亮度因數(shù)時(shí)（亮度因數(shù)Y=1.210Y=1.210），彩度），彩度/4/4的的軌跡已經(jīng)包括明度值軌跡已經(jīng)包括明度值9/9/的全部顏色，這表明人眼分辯飽和度的全部顏色，這表明人眼分辯飽和度的能力隨明度的降低而降低，明度值為的能力隨明度的降低而降低，明度值為1/1/時(shí)，在色度圖中黃、時(shí)，在色度圖中黃、綠部分只剩下很少幾個(gè)恒定彩度軌跡，這表明，在明度降低綠部分只剩下很少幾個(gè)恒定彩度軌跡，這表明，在明度降低時(shí)，黃、綠色只有很低的

36、飽和度。時(shí)，黃、綠色只有很低的飽和度。 練習(xí)題 求品紅求品紅Y=24.69Y=24.69，x=0.4020 x=0.4020，y=0.2410y=0.2410的實(shí)地印的實(shí)地印刷色樣的孟塞爾刷色樣的孟塞爾HVCHVC值（即孟塞爾標(biāo)號）值（即孟塞爾標(biāo)號）Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5C.YxyC.Yxy與與HVCHVC兩種表色方法的討論兩種表色方法的討論（1 1）恒定主波長并不等于恒定色相恒定主波長并不等于恒定色相。在明度相同的彩度在明度相同的彩度圖中，恒定色相軌跡上的顏色，當(dāng)其彩度改變時(shí)，它圖中，恒定色相軌跡上的顏色，當(dāng)其彩度改變時(shí)，它的主波長亦不相同。的主波長亦不相同。主波長并不能準(zhǔn)確代表

37、人的色相主波長并不能準(zhǔn)確代表人的色相視知覺。視知覺。（2 2）純度并不對應(yīng)于相等的飽和度純度并不對應(yīng)于相等的飽和度。純度的概念是把整純度的概念是把整個(gè)光譜顏色的純度人為的規(guī)定為個(gè)光譜顏色的純度人為的規(guī)定為100.孟塞爾新標(biāo)系統(tǒng)孟塞爾新標(biāo)系統(tǒng)表明，各恒定彩度軌跡圈隨明度值的增大而趨于縮小。表明，各恒定彩度軌跡圈隨明度值的增大而趨于縮小。也就是說，一個(gè)在視覺上彩度固定的顏色，它在明度也就是說，一個(gè)在視覺上彩度固定的顏色，它在明度值高的色度圖上的位置，更接近中性色度點(diǎn)，因而具值高的色度圖上的位置，更接近中性色度點(diǎn)，因而具有較低的純度，而同一顏色在明度值低的色度圖上就有較低的純度，而同一顏色在明度值低

38、的色度圖上就有較高的純度。有較高的純度。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5 孟塞爾新標(biāo)系統(tǒng)的色相孟塞爾新標(biāo)系統(tǒng)的色相H，明度值，明度值V和彩度和彩度C反映了物體顏色的心理規(guī)律，它們分別代表了人的反映了物體顏色的心理規(guī)律，它們分別代表了人的顏色視覺對色彩判斷的主觀感覺特性，而主波長，顏色視覺對色彩判斷的主觀感覺特性，而主波長，純度和亮度因數(shù)所反映的是顏色的客觀物理性質(zhì)，純度和亮度因數(shù)所反映的是顏色的客觀物理性質(zhì)，是外部刺激的特征。二者之間是緊密聯(lián)系的，但并是外部刺激的特征。二者之間是緊密聯(lián)系的，但并不能準(zhǔn)確相等。不能準(zhǔn)確相等。Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5Yxy與與HVC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換4.5（

39、3 3）YxyYxy與與HVCHVC表色法在使用上的區(qū)別表色法在使用上的區(qū)別。自然界的顏色可。自然界的顏色可以分為：以分為： HVC HVC表色法只能用在表面色，其余均要用表色法只能用在表面色，其余均要用Y,x,yY,x,y表色法表色法自然顏色自然顏色光源色光源色物體色物體色表面色（光從物體表面反射呈色）表面色（光從物體表面反射呈色）透射色（光透過物體呈色）透射色（光透過物體呈色）第四章第四章 顏色的混色系統(tǒng)顏色的混色系統(tǒng)4.6 4.6 均勻顏色空間均勻顏色空間均勻顏色空間均勻顏色空間4.6n4.6.1 4.6.1 尋找均勻顏色空間的目的尋找均勻顏色空間的目的n4.6.2 CIE1976L4.

40、6.2 CIE1976L* *a a* *b b* *均勻顏色空間及色差公式均勻顏色空間及色差公式n4.6.3 CIE1976L4.6.3 CIE1976L* *u u* *v v* *均勻顏色空間及色差公式均勻顏色空間及色差公式 4.6 4.6 均勻顏色空間均勻顏色空間均勻顏色空間均勻顏色空間4.64.6.1 4.6.1 尋找均勻顏色空間的目的尋找均勻顏色空間的目的 CIEXYZCIEXYZ色度系統(tǒng)解決了顏色的定量描述與計(jì)算的問色度系統(tǒng)解決了顏色的定量描述與計(jì)算的問題，但它的色度空間在視覺上是不均勻的，空間中相同題，但它的色度空間在視覺上是不均勻的，空間中相同的距離所帶來的視覺上差異是不同的

41、。的距離所帶來的視覺上差異是不同的。均勻顏色空間均勻顏色空間4.6 麥克亞當(dāng)顏色寬容量示意圖:在在CIEx-y色度圖中以色度圖中以不同位置上橢圓的大小和不同位置上橢圓的大小和方向表示顏色寬容量方向表示顏色寬容量 我們把人眼感覺不到我們把人眼感覺不到顏色差異的變化范圍叫做顏色差異的變化范圍叫做顏色的寬容量顏色的寬容量。均勻顏色空間均勻顏色空間4.6萊特顏色寬容量示意圖均勻顏色空間均勻顏色空間4.6 在如印刷等需要處理物體表面色的行業(yè)，經(jīng)常遇到的問在如印刷等需要處理物體表面色的行業(yè)，經(jīng)常遇到的問題是需要去鑒別顏色的差別，要題是需要去鑒別顏色的差別，要用數(shù)量來描述顏色的差用數(shù)量來描述顏色的差別別，簡

42、稱為簡稱為色差色差。 因此，需要尋找一個(gè)因此，需要尋找一個(gè)均勻顏色空間均勻顏色空間，使得該空間中的每，使得該空間中的每一個(gè)點(diǎn)代表一種顏色，空間中的距離大小與視覺上色彩感覺一個(gè)點(diǎn)代表一種顏色，空間中的距離大小與視覺上色彩感覺差別成正比，差別成正比，相同的距離代表相同的色差相同的距離代表相同的色差。均勻顏色空間均勻顏色空間4.6尋找更加均勻的顏色空間尋找更加均勻的顏色空間 顏色空間的坐標(biāo)是可以任意選擇的顏色空間的坐標(biāo)是可以任意選擇的。 各色空間坐標(biāo)之間可以采用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行相互變換，各色空間坐標(biāo)之間可以采用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行相互變換，而不會(huì)改變其本身的物理意義而不會(huì)改變其本身的物理意義。 新的顏色空間

43、的三個(gè)坐標(biāo)一定要由原來的新的顏色空間的三個(gè)坐標(biāo)一定要由原來的X X、Y Y、Z Z三刺激值三刺激值換算得出。換算得出。均勻顏色空間均勻顏色空間4.619601960年年 CIE1960UCSCIE1960UCS均勻色度圖均勻色度圖 CIE1964WCIE1964W* *U U* *V V* *均勻色空間均勻色空間19761976年年 CIE1976LCIE1976L* *u u* *v v* *色空間色空間(CIE LUV)(CIE LUV) CIE1976LCIE1976L* *a a* *b b* *色空間色空間(CIE LAB)(CIE LAB) 國際印刷領(lǐng)域采用國際印刷領(lǐng)域采用CIE

44、LCIE L* *a a* *b b* *均勻色空間系統(tǒng)作為印刷均勻色空間系統(tǒng)作為印刷色彩的顏色匹配與評價(jià)的方法色彩的顏色匹配與評價(jià)的方法。這一勻色空間的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)顏這一勻色空間的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)顏色的色差大于視覺的識(shí)別閾限（恰可察覺）而又小于孟塞爾色的色差大于視覺的識(shí)別閾限（恰可察覺）而又小于孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級的色差值時(shí)，能較好的反映物體色的心理感系統(tǒng)中相鄰兩級的色差值時(shí)，能較好的反映物體色的心理感受效果。受效果。 均勻顏色空間均勻顏色空間4.64.6.2 CIE1976L4.6.2 CIE1976L* *a a* *b b* *均勻顏色空間及色差公式均勻顏色空間及色差公式 CIE1976L*a*b

45、*均勻顏色空間用明度指數(shù)L*，色度指數(shù)a*，b*三維坐標(biāo)系統(tǒng)來表示：310310*310310*310*20050016116ZZYYbYYXXaYYLCIEL*a*b* CIEXYZ式中：X、Y、Z：顏色樣品的三刺激值；X0，Y0，Z0：CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的三刺激值。 均勻顏色空間均勻顏色空間4.6L*a*b*均勻顏色空間示意圖均勻顏色空間均勻顏色空間4.6紅綠黃藍(lán)黃綠橙紫藍(lán)綠黑白+a*-a*-b*+b*L*=10L*=0灰均勻顏色空間均勻顏色空間4.6均勻顏色空間均勻顏色空間4.6均勻顏色空間均勻顏色空間4.6 2*2*1*31*18016116baCabtgHYYLn彩度色相角明度色相角的

46、范圍在0-360，以正a*軸作為0。均勻顏色空間均勻顏色空間4.62*2*2*2,*1 ,*2,*1 ,*2*1*2*1*2*1*2*2*2*)()()()()()(abababababababababCLEHhhhCCCbbbaaaLLLbaLE色相差色相角差彩度差色度差明度差總色差 色差就是指用數(shù)值的方式表示兩種顏色給人色彩色差就是指用數(shù)值的方式表示兩種顏色給人色彩感覺上的差別。感覺上的差別。均勻顏色空間均勻顏色空間4.6均勻顏色空間均勻顏色空間4.6 式中：假定1為樣品色，2為標(biāo)準(zhǔn)色明度差L*=L1*-L2* 正值時(shí)表示樣品色比標(biāo)準(zhǔn)色淺， 負(fù)值時(shí)則表示樣品色深，明度低。色度差a*=a1*

47、-a2* 正值表示樣品色比標(biāo)準(zhǔn)色偏紅， 負(fù)值表示樣品色偏綠。 b*=b1*-b2* 正值表示樣品色比標(biāo)準(zhǔn)色偏黃， 負(fù)值表示樣品色偏藍(lán)。均勻顏色空間均勻顏色空間4.6色相角差H*=H1*-H2* 正值表示樣品色位于標(biāo)準(zhǔn)色的逆時(shí)針 方向上。 負(fù)值表示樣品色位于標(biāo) 準(zhǔn)色的順時(shí)針 方向上。 較多。含“白光”或“灰分”彩度低，標(biāo)準(zhǔn)色為負(fù)值，表示樣品色比若少；含“白光”或“灰分”比標(biāo)準(zhǔn)色彩度高，為正值，表示樣品色00*2,*1 ,*ababababCCCC均勻顏色空間均勻顏色空間4.6 19391939年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局采納了賈德等的建議而推年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局采納了賈德等的建議而推行行 色差計(jì)算公式，并按此公式計(jì)算顏色差色差計(jì)算公式，并按此公式計(jì)算顏色差別的大小，以絕對值別的大小，以絕對值1 1作為一個(gè)單位，稱為作為一個(gè)單位，稱為“NBSNBS色差單色差單位位”。一個(gè)一個(gè)NBSNBS單位大約相當(dāng)于視覺色差識(shí)別閾值的單位大約相當(dāng)于視覺色差識(shí)別閾值的5 5倍。倍。如果與孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級的色差值比較，則如果與孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級的色差值比較，則1NBS1NBS單位單位約等于約等于0.10.1孟塞爾明度值，孟塞爾明度值，0.150.15孟塞爾彩度值，孟塞爾彩度值，2.52.5孟塞爾孟塞爾色相值（彩度為