(色度学)-PPT

色度学参考教材荆其诚《色度学》汤顺清《色度学》色度学本课程主要内容颜色视觉基本理论CIE标准色度学系统颜色的测量色度学的应用色度学颜色视觉基本理论一、颜色视觉现象视见度函数0.40.50.60.7m0.20.40.60.811.视见函数人眼的视觉特性和大脑视觉区域的生理功能决定了客观光波刺激人眼而引起的主观效果。不同波长的光引起人眼的感受程度是不同的，功率相同但波长不同的单色光，人眼感受的明亮程度不同，眼睛的灵敏度与波长的这种依赖关系，称为视见函数V()或称光谱光视效率。色度学一、颜色视觉现象1.视见函数人眼在日间和夜间的视见函数是不同的，如图表示了在光亮条件下人眼的日间视觉与微光条件下夜间视觉的视见函数，，日间视觉的蜂值波峰在555nm处，令此处V()=1。夜间视觉曲线向短波方向移动，峰值在507nm处。视见度函数暗视觉明视觉0.40.50.60.7m0.20.40.60.81颜色视觉基本理论色度学一、颜色视觉现象2.视见函数的定义把日间视觉的灵敏度峰值处的视见函数定义为1，即V(555nm)=1颜色视觉基本理论设在引起明亮相同感觉的条件下，某单色光的辐射通量为，而555nm的光通量为m，视见函数可以表示成如下公式:()mV色度学一、颜色视觉现象3.常见光源与视见函数颜色视觉基本理论色度学颜色视觉基本理论一、颜色视觉现象4.颜色的辨认恒定颜色线色度学5．人眼的黑白和彩色分辨能力人眼分辫景物细节的能力有一极限值，如与人眼相隔一定距离L的两个点距离为d．当d小到一定程度，人眼就分辨不出两个点的存在而感到是一个模糊的点，这时被观察的两个点与眼睛的张角称为人眼的分辨力，如以分为单位，则：=36060d/2L正常视力的人在中等照度与中等对比度情况下观察静止图象时分辨力约为1′左右。即约为0.00029弧度。ｄＬ颜色视觉基本理论一、颜色视觉现象色度学6．颜色对比和颜色适应颜色视觉基本理论一、颜色视觉现象颜色和它的补色一种颜色光和另外一种颜色光混合时如果可以形成白色或灰色，这样的一对颜色称之为互补色色度学颜色视觉基本理论二、颜色的特性与描述1、非彩色和彩色非彩色彩色色度学颜色视觉基本理论二、颜色的特性与描述2、彩色的特性明度色调饱和度色度学颜色视觉基本理论二、颜色的特性与描述3、颜色立体色调明度饱和度明度色调饱和度饱和度色度学颜色视觉基本理论二、颜色的特性与描述4、颜色混合定律格拉斯曼定律人的颜色视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、色调、饱和度两个颜色混合时，如果一个颜色成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。颜色外貌相同的光，不管它的光谱成分是否一样，在颜色混合中具有相同的效果。混合色的总亮度等于组成混合色个颜色的亮度之和色度学颜色视觉基本理论二、颜色的特性与描述4、颜色混合定律格拉斯曼定律的推论补色律：每一个颜色都有一个相应的补色。某一颜色与其补色以适当比例混合便产生白色或灰色。中间色律：任何两个非互补色混合便产生中间色，其色调决定于两颜色的相对数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。代替律：如果颜色A等于颜色B，颜色C等于颜色D，则：颜色A+颜色C=颜色B+颜色D亮度相加律：由几个颜色光组成的混合色光的亮度是各颜色光亮度之和色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验把两个颜色调整到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配实验表明，可以通过红、绿、蓝三色光不同比例的混合而匹配成任一种颜色，因而，红绿蓝称作三原色++=色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配1、颜色匹配实验色度学2．颜色视觉理论颜色视觉基本理论1807年，杨和赫姆霍尔兹根据红、绿、蓝三原色可以产生各种色调及灰色的颜色混合规律，假设在视网膜上有三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都引起一种颜色感觉。光谱的不同部分引起三种纤维不同比例的兴奋。混合色是三种纤维按特定比例同时兴奋的结果。这个学说称之为杨-赫姆霍尔兹三色学说。红色纤维绿色纤维蓝色纤维红橙黄绿青蓝紫三、颜色匹配色度学2．颜色视觉理论颜色视觉基本理论现代神经生理学发现，在人眼的视网膜中存在三种不同颜色的感受器。他们是三种感色的锥体细胞，每种细胞具有不同的光谱吸收特性。相对感光效应（%）波长(nm)三、颜色匹配色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配3、颜色方程根据格拉斯曼定律和颜色匹配试验，我们可以利用代数法则进行颜色计算。实验表明，选择波长为700nm、546.1nm、435.8nm的单色光作为颜色匹配的三原色光有如下的优点：可以匹配出较多的颜色546.1nm、435.8nm的单色光容易获得通过实验得到一个结论：白光(W)可由上述红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色光相加而得，它们的光通量比例为：ΦR：ΦG：ΦB＝1：4.5907：0.0601色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配3、颜色方程因为光通量和辐射通量之间的关系为：Φ（）=683V（）（）对所选定的三原色光，它们的V（）分别为：V（700.0nm）=0.0041…V（546.1nm）=0.9844…V（435.8nm）=0.0177…所以它们的功率之比为：R:G:B=ΦR/VR:ΦG/VG:ΦB/VB=72.0962:1.3791:1色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配3、颜色方程上式的意义为，取功率为1瓦的蓝基色光为基准，于是要配出白光，就需要1.3791瓦的绿光和72.0962瓦的红光，而白光的功率则为：1+1.3791+72.0962=74.8872W在色度学中，上述由三原色光匹配白色光的过程可以表述成如下的颜色方程[Ｗ]=1[R]+1[G]+1[b]色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配3、颜色方程而对于一般颜色C的匹配，可以写成如下颜色方程：[C]=R[R]+G[G]+B[B]上式中的R,G,B分别是三原色的数量，称作三刺激值。匹配成的颜色光通量或光功率为：Φc＝(R+4.5907G+0.0601B)光瓦＝680(R+4.5907G+0.0601B)流明＝（72.0962R+1.3791G+B)瓦色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配[]()[]()[]()[]CrRgGbB3、颜色方程如果利用三原色光匹配成光谱色光，颜色匹配方程为：方程中()r()g()b被称作光谱三刺激值。光谱三刺激值是常量，可以通过颜色匹配试验获得。它们在颜色测量中有着非常重要的意义。色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配3、颜色方程色度坐标在色度学中，对于某以颜色，引入色度坐标的概念，它所反映的是这一颜色中三原色的相对比例，设某一颜色[C]可以表示成如下形式：[C]=R[R]+G[G]+B[B]令m=R+G+C，且：r=R/m，g=G/m，b=B/m，则颜色[C’]=r[R]+g[G]+b[B]和[C]所表示的颜色是一致的。r，g，b称作色度坐标。r、g、b中只有两个是独立变量：b=1-r-g。色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配3、颜色方程色度坐标1.00.90.80.70.60.50.40,30.20.10.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0(G)(R)(B)(W)色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配4、利用三原色进行光谱色匹配实验莱特和吉尔德分别利用不同的三原色进行匹配光谱色的试验，并绘制出了光谱色的色度坐标（r，g），如下三个图分别是莱特试验的结果、吉尔德试验的结果以及转换成标准三原色的结果：红绿蓝650nm530nm460nm红绿蓝630nm542nm460nm红绿蓝700nm546.1nm435.8nm色度学颜色视觉基本理论三、颜色匹配5、色度图在直角坐标系中，以r为横坐标，g为纵坐标表示的颜色的图像称作色度图。自然界中任一颜色对应色度图上一个坐标。色度坐标的b值可以如下算出：b=1-r-g色度学颜色视觉基本理论四、颜色相加原理问题：现有两个颜色[C1]和[C2]，它们的三原色匹配方程分别是：[C1]=R1[R]+G1[G]+B1[B][C2]=R2[R]+G2[G]+B2[B]求[C1]和[C2]混合以后颜色[C]的色度坐标。根据格拉斯曼颜色混合定律，混合色[C]中三原色数量分别为：R=R1+R2G=G1+G2B=B1+B2混合色[C]的颜色匹配方程应该是：[C]=(R1+R2)[R]+(G1+G2)[G]+(B1+B2)[B]色度学颜色视觉基本理论四、颜色相加原理因而，混合色的色度坐标为：121212121212121212121212RRRrRGBRRGGBBGGGgRGBRRGGBBBBBbRGBRRGGBB色度学颜色视觉基本理论四、颜色相加原理[](){()[]()[]()[]}CSrRgGbB如果我们已知光谱三刺激值：()r()g()b根据上述原理，我们可以计算出任意已知光谱功率分布的光的颜色设某光源的功率谱为S()，其中任一波长的光颜色匹配方程为：显然，这一颜色的三原色数量为：()()(),()()(),()()()RSrGSgBSb色度学颜色视觉基本理论四、颜色相加原理()()()()()()()()()RRSrGGSgBBSb光源S()的颜色是由所有光谱色混合而成的，所以光源颜色的三原色数量应该是：上式也可以写成如下两种形式：()()()()()()RkSrGkSgBkSb()()()()()()RkSrdGkSgdBkSbd色度学CIE标准色度学系统一、CIE1931标准色度学系统CIE——CommissionInternationaldel'Eclairage(国际照明委员会)的缩写词。1、1931CIE-RGB系统三原色：R=700nmG=546.1nmB=435.8nm光谱三刺激值色度学CIE标准色度学系统一、CIE1931标准色度学系统1、1931CIE-RGB系统特点：()r()g()b为实验直测数据，便于色度学颜色的直接计算但色度图上很大一部分颜色的色度坐标为负值，不宜直观理解物理意义明确。光谱三刺激值的负值出现表明用有限的色光光源不能表现全部的色彩。色度学CIE标准色度学系统一、CIE1931标准色度学系统2、1931CIE-XYZ系统为了使的色度图在表观上显得更加直观，同时在计算上更加方便，国际照明委员会在1931CIE-RGB系统的基础上，进行了如下几个方面的改变：（1）选取三个假设的三原色X、Y、Z选取的基本原则是这个三个原色所形成的三角形色度图能够包含整个光谱轨迹。色度学CIE标准色度学系统一、CIE1931标准色度学系统2、1931CIE-XYZ系统（2）规定（X）和（Z）的亮度为零，X,Z仅代表颜色的色度，颜色的亮度由Y表示，Y同时也代表色度。无亮度线：原色X和Z色度坐标的连线XZ称作无亮度线亮度方程：Y(c)=r+4.5907g+0.0601b无亮度线方程：0.9399r+4.5306g+0.0601=0色度学CIE标准色度学系统一、CIE1931标准色度学系统2、1931CIE-XYZ系统（3）540nm—700nm基本是一条直线，光谱色基本是由红原色和绿原色匹配而成，所以新原色的红(X),(Y)色度坐标的连线与540nm—700nm的直线重合。这段直线方程可以表示为：r+0.99g-1=0色度学CIE标准色度学系统一、CIE1931标准色度学系统2、1931CIE-XYZ系统（4）确定新三原色的另一条直线是与光谱轨迹503nm处相切的直线。1.45r+0.55r+1