色度学基础知识介绍

色度学基础知识介绍张世晓2009-5-122►►►►人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理►►►►CIE1931Yxy/CIE1931Yxy/1976UCS1976UCS色度图色度图►►►►色温、相关色温色温、相关色温►►►►混色原理混色原理►►►►色度测量方法色度测量方法►►►►我公司色度测量和修改实例我公司色度测量和修改实例大纲大纲2009-5-123人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理色彩是一种视觉感受，客观世界通过人的视觉器官形成信息，使人们产生对它的认识。人类解析颜色受光源、光线反射（透射）的主体、观察者的眼睛和脑影响2009-5-124人眼结构和视觉原理人眼结构和视觉原理锥状细胞分辨颜色杆状细胞分辨亮度细胞类型功能数量位置7百万中央黄斑和中央凹黄斑（2mm）外1亿两千万分辨波长锥状细胞分辨颜色400-700nm杆状细胞分辨亮度400-600nm杆体细胞光敏感度比锥体细胞高500倍→人的眼睛对亮度变化比色彩色彩变化更敏感2009-5-125颜色的基本特征颜色的基本特征色调(hue)物体反射的光线中以哪种波长占优势决定的，不同波长产生不同颜色的感觉。色调是颜色最重要的特征，他决定了颜色本质的基本特征饱和度(chroma)颜色的鲜明程度。在物体发射光的组成中，白色光越少则色彩饱和度越大。在颜色中加入白色越多，其饱和度越小。一般来说，在中等亮度下，颜色的饱和度是最大的。亮度(value)刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应。提高饱和度提高亮度2009-5-126CIE1931CIE1931配色函数曲线配色函数曲线对人类的眼睛研究以后，得到了CIE1931配色函数曲线。此图描述的是人眼对假想的三原色X0、Y0、Z0的感应度。原色(X0)：饱和度比光谱红还高的红紫色原色(Y0)：饱和度比520nm光谱绿还搞的绿原色(Z0)：饱和度比477nm光谱蓝还搞的蓝2009-5-127三刺激值与色度坐标三刺激值与色度坐标ZYXYyZYXXx++=++＝色度坐标三刺激值物体反射率光源能量分布配色函数中三刺激函数校正系数引入k的目的是使X,Y,Z三值不受dλ大小影响，而由Pλ及Rλ来决定。并且指定理相无荧光的标准白对所有波长的反射率均为100%，即标准白的Y值为100。波长间隔一般为20nm2009-5-128CIE1931YxyCIE1931Yxy色度图色度图`XYZ三刺激值是最基本的数据，已经包含了亮度和色度信息。其中Yxy中的Y就是XYZ中的Y，表示亮度，xy表示色度根据XYZ值绘制出了1931Yxy色度图1931系统的缺点是图表上相等的距离，不表示相同的色彩感知差别，因为人眼的感知是非线性的。ZYXYyZYXXx++=++＝2009-5-129CIE1976UCSCIE1976UCS色度图色度图`1976年制定`UCS－－UniformChromaticityScale均匀色度图u’=4X/(X+15Y+3Z)`v’=9Y/(X+15Y+3Z)提供一种在大致相同的亮度下，人的感知更统一、更均匀的色空间。ZYXX3154++31224++−yxxZYXY3159++31229++−yxyu’==v’==1976UCS色度图与1931Yxy色度图转换关系2009-5-1210色温、相关色温色温、相关色温色温的概念起源于物体被加热至不同温度时，它会表现出相对应的不同颜色。当温度升高时，物体的辐射会改变，导致颜色的变化。色相的范围可在CIE色度图上显示为一条曲线，这条线称作黑体辐射轨迹(或叫普朗克轨迹)。当温度上升时，颜色会从深红色转为橙色、黄色、白色直至最终的略带蓝色的白色。大多数的自然光源，例如太阳光、星光和火的色彩温度特性，都非常接近普朗克轨迹。2009-5-1211色温、相关色温色温、相关色温当光源发出的光接近但不吻合于黑体辐射时，色温的概念就需要被延伸出去，这时如果要来描述这样一类光源发射的光，就要用相关色温(CCT)的概念。黑体辐射的色温与这样一类光源发射光的色温是相接近的，相关色温是由光源色彩所在点的等温线计算所得的。等温线是一些直线，同一线上各点的颜色看起来是相同的，而Δuv表示该颜色与黑体轨迹的色差，最大的色差大小Δuv为±0.02。2009-5-1212色温、相关色温色温、相关色温室溫黑800紅3,000黃白4,000白5,000冷白8,000藍白黑體溫度(K)發出光色60,000深藍北方晴空8000～8500K陰天6500～7500K夏日正午陽光5500K複金屬燈4000～4600K下午陽光4000K冷色螢光燈4000～5000K水銀燈3750～3450K暖色螢光燈2500～3000K鹵素燈3000K鎢絲燈2700K高壓鈉燈1950～2250K光源色溫蠟燭2000K2009-5-1213混色原理混色原理加色法：从黑色开始，也就是从没有光线便没有色彩。对于发出的光可以由红绿蓝三原色以不同比例结合时产生减色法：当光线透过颜料或有色物体所吸收或减去某些波长而剩下的光线。减色法的主色为青品红黄，能组合成红绿蓝等二次色，等量的三主色组合时理论上应该成为黑色。2009-5-1214混色原理混色原理色光加色法色料减色法三原色R\G\BY\M\C色彩法则R+B=YG+B=CR+B=MR+G+B=WW+M=RM+C=BY+C=GY+M+C=W实质色光相加，加入原色光，光能量增大色料混合，减去原色光，光能量减小效果亮度增大亮度减小呈色方法同时加色法、继时加色法、空间加色法色料搀合透明色层叠合补色关系补色光增加，越加越亮补色料相加，越加越暗应用彩色电影、电视、测色计彩色绘画、摄影、印染、染色两种混色方法的比较2009-5-1215色度测量方法色度测量方法光源的三刺激値数据（X、Y、Z)＝×人眼(仪器)的配色函数曲线光源的光谱辐射值其中Y是亮度值X、Z是色度值2009-5-1216色度测量方法色度测量方法标准光源A光源色温为2856K的充气钨丝灯泡为代表，光谱能量主要集中在红外线内，看起来不如太阳光白，带橙红色B光源在A光源基础上加一组特定的滤光片，产生相关4874K的辐射，代表中午平均直射阳光，是黄色成分较多的日光C光源是在A光源基础上增加另一组特定滤光片，产生出相关6774K的辐射，它金丝于淡云天空的反射光，含蓝色成分多，曾被认为是是较好的日光代表D光源代表300-830nm内的天然日光，在试验室中勇高压氙灯或荧光灯加滤色片来模拟相当于6500K时的色温，目前常被用作彩色电视标准光源E光源是一种假想的、等量白光，相关色温为5500K，实际上并不存在，为简化色度学计算而假设的CIE标准光源2009-5-1217色度测量方法色度测量方法光谱辐射测定方法是目前最精确，也是最完整的描述色彩的方法。光谱能量分布曲线可以用来作简单的目测分析，也可以和另一种光源的曲线数据作比较。最好的应用是将光谱数据和CIE的配色函数曲线一起作积分，得到CIE三刺激值。然后将三刺激值通过公式转换，计算得出各种CIE色度坐标和亮度值，也就是我们通常所接触到的色空间。ZYXYyZYXXx++=++＝色度坐标三刺激值物体反射率光源能量分布配色函数正规化系数2009-5-1218色度测量方法色度测量方法2009-5-1219色度测量方法色度测量方法三刺激测量法：此方法测量速度快，测量范围广。传感器精度与CIE曲线的吻合度总是有限的，一些小的误差偏离会存在于测量仪器的敏感度曲线上。在测量一些整个可见光谱段放射连续能量的光源时，这些小的误差可以被忽略掉。但是，如果光谱的谱线比较特殊或带宽非常窄，那么测量就可能出现较大误差。因此，三滤光片测色仪通常不适用于测量谱线特殊的光源或谱线带宽非常狭窄的光源(如高压放电灯、LED)两种色度测量方法比较分光型测量法：分光型测量法是测量光源光谱能量分布的最理想仪器，不仅能测量辐射度值或光度值，还可以测量色度值。这种仪器测量光源的辐射光谱，并计算得到所需的参数。无论是使用光栅分光，还是用棱镜分光，仪器测得的光源数据都是一致的。无热能辐射体，能量分布带宽非常狭窄的一些物体，都只能使用分光辐射度计测量。但其测量速度较慢，价格高和携带不方便00.20.40.60.811.238043048053058063068073078000.20.40.60.811.238043048053058063068073078000.20.40.60.811.21.41.61.82380430480530580630680730780x2yz2009-5-1220我公司使用色度测试仪器及其测试项目我公司使用色度测试仪器及其测试项目我公司使用色度测试仪器色彩辉度计：1～12,000,000cd/m2辉度精度：±2％(5cd/m2以上)±4％(1～5cd/m2)色度精度：±0.03分光放射计0.1～300,000cd/m2辉度精度：±2％(1cd/m2以上)±3％(0.1～1cd/m2)色度精度：±0.005编号评价项目使用设备测试结果表示方法1Flicker三轴平台量测系统(BM-7A)F=flicker(dB)=20Log(Af/Am)(Af为时域信号在示波器上经过FFT变换后转变为频域信号后在half-frame-frequency的信号强度)2ResponseTime三轴平台量测系统(BM-7A)Responsetime定义为显示画面从白画面转变为黑画面的时间(上升时间Tr)与从黑画面转变为白画面的时间(下降时间Tf)之和。3Brightness,ContrastRatio&Uniformity三轴平台量测系统（SR-3A）BrightnessUniformity:(Lmin/Lmax)X100%；测量9点黑画面/白画面辉度4CrossTalk三轴平台量测系统（SR-3A）|U-U‘|/U*100%U：画面辉度为白画面辉度一半的辉度U’：中心区域变为黑画面时的辉度5GammaCurve三轴平台量测系统（SR-3A）G=（L（GL）-L（0））/（L（TOP）-L（0））GL:graylevel辉度随灰阶变化的曲线6Chromaticity三轴平台量测系统（SR-3A）量测R,G,B,W图片记录各图片色度记录白，红，绿，蓝的色坐标值，计算NTSC值并记录于文档中7Transmittance三轴平台量测系统（SR-3A）测量样品中心点的辉度；移开样品，测量背光中心点的辉度；只提供背光电源时透过cell的辉度/背光辉度8V-TCurve三轴平台量测系统（SR-3A）依次改变灰阶使得cell两端的电压差变化，记录样品中心点辉度大小，将量测的辉度转变为穿透率，做出穿透率与cell两端电压差的曲线图，定义横，纵坐标依次为电压和穿透率9Vgh,VglMargin三轴平台量测系统（SR-3A）稳压供应Vgh，Vgl的电压在-12v到-1v的范围内变化,CR为90％MAX时的电压值对比Vgl建议值，得到两者的电压差，此即为Vglmargin；稳压供应Vgl,Vgh的电压在1v到20v的范围内变化，CR为90％MAX时的电压对比Vgh建议值，得到两者的电压差，此即为Vghmargin色度仪器测试适用项目2009-5-1221色度修改实例色度修改实例ColorxyYRed0.5990.30618.9Green0.3170.54265.4Blue0.1360.14018.2White0.2980.32834.2例：3.5CF改版色度坐标值（CF+ITO，Clight）ColorxyYRed0.6380.34323.4Green0.3180.55062Blue0.1370.14518.5White0.3060.3434.5改版前改版后2009-5-1222THANKS