颜色三刺激值和色度图

颜色三刺激值和色度图1.三刺激值2.色度图3.色差4.显色指数§2.1、RGB三刺激值一、颜色的量化1.目的：颜色是一个模糊的概念，要准确的定义或测量颜色必须把颜色变成精确的物理量（模糊数学）。2.量化方法：（1）选定三原色光并规定三原色光的颜色单位量；（2）求出各个波长的单色光，在单位辐射强度下的三原色组成（光谱三刺激值，，），；（3）由实际光源光谱分布求出组成该光源的各个单色光的实际辐射强度；（4）由(2)(3)求出光源中各个波长光在实际辐射强度时的三原色组成；（5）把所有波长的三原色组成分量叠加，得到光源的三原色总量（刺激值）。rgb二、量化步骤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：RedGreenBluenm700546.1435.8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.选定三原色的单位量•等能白：SERedGreenBlueMixturenm700546.1435.8单位量（流明）1.00004.59070.06011Redunit=[R]=1.0000cd/m2;（lR）1Greenunit=[G]=4.5907cd/m2;（lG）1Blueunit=[B]=0.0601cd/m2.（lB）（亮度比和光通量比是等效的）例题3.求出光源的光谱分布，并求出各个波长的单色光的辐射强度。E380，E390，E400，……4.求出各个波长单色光的三原色分量。CE380=C380E(380)CE390=C390E(390)CE400=C400E(390)...CE780=C780E(780)E(λ)λ(nm)380390400380390400780C380C390C780CE390CE380CE780CE400C4005.把光谱中所有波长的三原色光分量叠加（积分）就得到该光源的刺激值。)(780380E)(780380E)(780380E780380E)()()(780380ECECBbGgRrBbGgRr）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（例题一个单位的颜色（C）的色品只决定于三原色的刺激值各自在R+G+B总量中的相对比例，此比值叫做色品坐标，用符号r、g、b表示。BGRRrBGRGgBGRBb且r+g+b=1，则可得)()()()(BbGgRrC单位方程)()()()(BBGRBGBGRGRBGRRCrg三、色品坐标例题负值出现的物理意义：当投射到半视场的某些光谱色，用另一半视场的三原色来匹配时，不管三原色如何调节都不能使两半视场颜色达到颜色匹配，只有在光谱色的半视场内加入适量的三原色之一才能达到颜色匹配，加在光谱色半视场的原色就用负值来表示。光谱三刺激值RGB三刺激值的缺点在CIE1931—RGB系统的基础上改用三个假想的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值，定名为“CIEl93l标淮色度观察者光谱三刺激值”，简称为CIE1931标准色度观察者”。这一系统叫做“CIE1931标准色度系统”。ClE1931标准色度系统用相等数量的三原色刺激值匹配出等能白E来定各原色刺激值单位。等能白点在r-g坐标系统内为r＝0.3333,g＝0.3333在x-y坐标系统内为x＝0.3333,y＝0.3333知道了三原色和等能白点在r–g坐标系和x–y坐标系中的位置后，经过坐标转换，可求得XYZ系统和RGB系统三刺激值之间的转换关系式BGRX1302.17517.17689.2BGRY0601.05907.40000.1BGZ5943.50565.00RGB和XYZ坐标转换：同样经过坐标转换，也可以找到它们之间的色品坐标转换关系式bgrbgrx20063.113240.166697.020000.031000.049000.0bgrbgry20063.113240.166697.001063.081240.017697.0bgrbgrz20063.113240.166697.099000.001000.000000.0CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线图由于在XYZ选择原色时就考虑到只有Y值既代表色品又代表色度，而X，Z只代表色品，所以函数曲线与明视觉光谱光效率V()一致。)(y)()(Vy由光谱分布P(λ)可得色度的三刺激值。780380780380780380780380780380780380)()()()()()()()()()()()(dzPKdzPKZdxPKdxPKXdyPKdyPKYx（λ），y（λ）z（λ）——CIE1931光谱三刺激值700()()400100kSyd用如图装置，在数字电压表1、2上直接读出色度值x和y。原理：光线经过多层有色玻璃滤色片后，在光电池上产生的光电流Ix、Iy、Iz的比值正比与三刺激值X、Y、Z。电流电压转换器毛玻璃数字电压表1数字电压表2积分放大器漫射型白漆滤色片与光检测器IxIyIz二、色度图ZYXZzZYXYyZYXXxx+y+z=1图1-22CIE色度图三.主波长和颜色纯度颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜色的色调。在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的色度点（即色度坐标），连接两点做一直线，并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的主波长。样品的颜色接近主波长光谱色的程度，称为该样品颜色的颜色刺激纯度（兴奋纯度）。色度图上，用光源点到样品色度点的距离与光源点到主波长色度点（或补色波长色度点）的距离的比率来表示色彩的饱和度），简称纯度。如图，M和O分别为样品颜色（M）和CIE光源C的色度点，连接两色度点，其直线的延长线与光谱轨迹相交与519.4nm处，519.4nm就是样品M的主波长。图1-23主波长计算示意图O：光源色度点M：样品色度点L：M的主波长色度点0000yyyyxxxxOLOMPe纯度：图1-24纯度计算示意图例：图中，颜色（M）的色度坐标为（x=0.223、y=0.503），光源O的色度坐标为（x0=0.310、y0=0.316），求颜色（M）在光源O的照射下的兴奋纯度。样品颜色（M）的主波长519.4nm查等能光谱轨迹色度坐标表，光谱色519.4nm的色度坐标值约为：yλ=0.834则有：361.0316.0834.0316.0503.000yyyyPe即样品颜色（M）的兴奋纯度为36.1％BACK图1-25例题四.色温黑体轨迹上的各点代表不同温度的黑体的光色，温度由接近1000K开始升高时，颜色由红向蓝变化。因此人们就用黑体对应的温度表示它的颜色。当某种光源的色品与某一温度下的黑体色品相同时，则将黑体的温度称为此光源的色温。图1-26黑体轨迹示意图相关色温当某种光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近，或者说在色品图上相差距离最小时，用该黑体的温度表示此光源的色温称为相关色温。1-27黑体相关色温示意图颜色宽容度：在色度图上，把人眼感觉不出颜色变化的范围称为颜色宽容度。宽容度大小反映出人眼的色品分辨力。在CIE-1931xy色度图的不同位置上，颜色的宽容量不一样，如蓝色部分宽容量最小，绿色部分最大。CIE-1931xy色度图的缺点1960年CIE制定了均匀色度标尺图，简称CIE1960UCS图。利用CIE图表示色差，在视觉上获得差别大致相等的不同颜色，在空间上也大致相同。UCS图可由CIE1931色度图转换过来，其中x、y和u、v之间的互换公式为：31224yxxu31226yxyv均匀色标制CIE1960UCS颜色宽容量线段图CIE1960UCS色度图均匀色度图下的黑体轨迹曲线色温计算步骤1.将测量得到的LED器件色度坐标（x，y）换算成均匀色度图坐标（u，v）。2.查色温表得到坐标（u，v）两边等色温线有关数据，若（u，v）正好落在黑体轨迹或某条相关色温线上，则该落点对应的温度即为被测器件色温。3.若（u，v）落在两条色温线之间，用内插法分别求出θ1、θ2。uv普朗克轨迹相邻等色温线交点CIE照明体CCT等色温线iCCT等色温线i+1θ2θ1被测光源色度坐标图1-30相关色温（CCT）计算图uv普朗克轨迹相邻等色温线交点CIE照明体CCT等色温线iCCT等色温线i+1θiθi+1被测光源色度坐标图1-30相关色温（CCT）计算图θx1)(11kkTTixxi211)(11kkTTiiii1121)11(1iiiTTTCCT首先用与上述方法类似的步骤查表找到与光源色坐标S(u,v)最近邻的两条等温线T1和T2,设两色温线与黑体色轨迹的垂足分别为D1(ub1,vb1)、D2(ub2,vb2)。从光源色温坐标点S(u,v)向D1、D2做垂线,设垂足为D(ub,vb)。设L1=DD1,L2=DD2,根据下面的内插方法可计算出过垂足点D(ub,vb)的等色温线Tc:211211*)11(11LLLTTTTc21211)()(vbvbububL22222)()(vbvbububL六、色差和显色指数1、色差：两种颜色的差值。2、显色指数：物体在光源照明下所呈现颜色的真实性。测量方法：把待测光源照射在标准样品上，观察标准样品的反射光谱就可以计算样品反射所显示的颜色。再把标准照明体照射在物体上，得到标准反射光谱或标准颜色，计算两种颜色的色差可以表示显色指数。3.CIEl964均匀颜色空间用明度指数W*、色度指数U*和V*三个参数来表示颜色的空间位置：W*=25Y1/3–17（1≤Y≤100）U*=13W*(u-uo)V*=13W*(v-vo)式中：u和v是LED器件发光光谱在CIEl960均匀色度空间的色度坐标，uo和vo则是标准等能白光光源在CIEl960均匀色度空间的色度坐标。CIE1964WUV色差公式在CIEl964均匀颜色空间中的两个颜色（U*1V*1W*1）和（U*2V*2W*2）色差为：Euv=[(W*)2+(U*)2+(U*)2]1/2U*=U*1—U*2V*=V*1—V*2W*=W*1—W*2色差单位：E=1NBS单位（最佳条件下人眼恰可察觉色差的5倍）标准照明体是指特定的光谱功率分布，这种标准的光谱功率分布不必由一个光源直接提供，也不一定能真正地实现。标准光源是符合标准照明体规定的光谱功率分布的物理发光体。CIE先用相对光谱功率分布定义了标准照明体，同时还规定了标准光源，以实现标准照明体的相对光谱功率分布。4.显色指数（a）选择标准照明体和色样CIE标准照明体：标准照明体A:代表绝对温度2856K的完全辐射体(黑体)的辐射。它的色度坐标点落在CIE1931色度图的黑体轨迹。标准照明体B：代表相关色温大约为4874K的直射日光，它的光色相当于中午的日光，其色度点紧靠黑体轨迹。标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光。它的光色近似阴天天空的日光，其色度点位于黑体轨迹的下方。标准照明体D：代表各种时相的日光的相对光谱功率分布，又名典型日光或重组日光。IlluminantD65Daylight400500600700IlluminantAIncandescent400500600700IlluminantF2CoolWhiteFluorescent400500600700色样八个标准色样：六个特殊色样。国家标准：第十五个特殊色样。（1）测得待测LED的光谱分布P（λ）以及色