色度学

色盲测试辨别图中数字是什么?色度学色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学，它是一门本世纪发展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学。色度学是一种主观的科学,它以人类的平均感觉为基础,以对光强的度量来说,物理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量,而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。色度学确切的讲它是研究人眼对颜色感觉规律的一门科学。以对光强的度量来说,物理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量,而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。辐射能量很大的波长很长的红光对人来说却没有辐射能量很小的黄光亮,人们就认为黄光的强度比红光大。在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成分有着直接的关系。所以说在人们眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。每个人的视觉并不是完全一样的。在正常视觉的群体中间，也有一定的差别。目前在色度学上为国际所引用的数据，是由在许多正常视党人群中观测得来的数据而得出的平均结果。国际照明委员会(CIE)国际照明委员会(CommissionInternationaleedI'Eclairage-CIE)主要研究照明的专业术语、光度学和色度学的国际学术研究机构。设在巴黎。早在1924年前就已从事标准色度学系统的研究，1931年根据莱特(W.D.Wright)在1928-1929年和吉尔德(J.Guild)在1931年研究三原色的角度观察效果，加以平均，规定了CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值，并据以绘制出偏马蹄形曲线的*色度图，称为“1931CIE-RGB系统色度图”，后经修改被推荐为1931CIE-XYZ系统，为国际通用色度学系统，称为“CIE标准色度学系统”，所作的图则称“CIE1931色度图”。1964年又综合斯泰尔斯(W.S.Stiles)和伯奇(J.M.Bruch)以及斯伯林斯卡婭(N.I.Speranskaya)1959年发表的研究结果，制定了CIE1964补充色度学系统以及相应的色度图，为世界各国广泛采用，据以进行色度计算和色差计算。1964年又提出了“均匀颜色空间”的三维空间概念，1976年加以修订，并正式被采用。CIE为此还提出了确定的参照光源，称“CIE标准光源”。颜色：红色700nm橙色620nm黄色580nm绿色510nm青色480nm蓝色470nm紫色420nm两个相邻颜色之间有一系列的过渡色。颜色的三要素色调：色调指色彩的类别如红、黄、绿、蓝等。饱和度：指颜色的鲜艳程度，通常用色光与白光的比例来定量表示。明度：人眼对颜色明暗程度的感觉。格拉斯曼颜色混合定律(Grassmann'slaw)人的视觉只能分辨颜色的三种变化：色调、明度和饱和度。在由两个色光的混合匹配中，如果其中一个色光连续变化，则混合色的外貌也会发生连续变化。外貌相同的色光（具有相同的色相、明度和饱和度），不管它们的光谱组成是否一致，在颜色混合中具有相同的效果。换言之，凡在视觉效果上相同的颜色都是等效的。混合色光的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和。相加混色三基色是这样的三种颜色，它们相互独立，其中任一色均不能由其它二色混合产生。它们又是完备的，即所有其它颜色都可以由三基色按不同的比例组合而得到。有两种基色系统：一种是加色系统，其基色是红、绿、蓝；另一种是减色系统，其三基色是黄、青、紫（或品红）。不同比例的三基色光相加得到彩色称为相加混色，其规律为：红＋绿＝黄红＋蓝＝紫蓝＋绿＝青红＋蓝＋绿＝白相减混色主要用于美术、印刷、纺织等。根据人眼上述的彩色视觉特征，就可以选择三种基色，将它们按不同的比例组合而引起各种不同的彩色视觉。这就是三基色原理的主要内容。颜色匹配实验颜色转盘颜色光的匹配实验颜色方程若以(C)代表被匹配的颜色﹐(R)﹑(G)﹑(B)代表三原色﹐而以C﹑R﹑G﹑B分別代表它们的数量﹐則颜色匹配可用颜色方程表示﹕C(C)=R(R)+G(G)+B(B)当三原色之一(例如B)必须加在被匹配的颜色上時﹐颜色方程可表示为﹕C(C)+B(B)=R(R)+G(G)这一方程在色度学中可表示成﹕C(C)=R(R)+G(G)-B(B)CIE-RGB光谱三刺激值是317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380nm到780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。实验时，匹配光谱每一波长为的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，称为CIE-RGB光谱三刺激值,它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号．因此，匹配某波长的等能光谱色的颜色方程为BbGgRrCCIE-RGB光谱三刺激值色度图色度计算公式dddzSkZySkYxSkX)()()()()()(780380780380780380zSKZySKYxSKXCCCdySKC)()(/100780380色坐标公式ZYXZzZYXYyZYXXx1zyx色品坐标与色品图1931年CIE-RGB系统标准色度观察者)(r)(g)(b1931CIE-RGB系统色度图1931CIE-XYZ系统亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。XYZ假想三原色的由来：X、Y、Z三点在rg图中的坐标是：X：r=1.2750，g=-0.2778，b=0.0028Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022在1931CIE-XYZ色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标为：xE=0.3333，yE=0.3333。1931CIE-XYZ色度图CIEl931-XYZ标准色度观察者1931CIE-XYZ色度图参考白N色刺激C:主波长=D处的波长;饱和度(兴奋纯度):pe=NC/ND.色刺激C’:补色波长=D’处的波长;饱和度(兴奋纯度):pe’=NC’/ND.颜色三属性的计算1、色相的计算2、饱和度的计算CIE1964补充色度学系统单纯原色的混合物，在整个视场低于10o时出现不均匀现象，工业上配色总是在比2o视场更大的范围。为了适合于10o大视场的色度测量，1964年CIE规定了一组CIEl964补充标准观察者光谱三刺激值和相应的色度图，这一系统称为CIEl964补充标准色度学系统。在CIEl964补充色度学系统色度图中，等能白光的色度坐标：x10E=0.3333，y10E=0.3333，z10E=0.3333。研究表明，观察视场增加到10o辨色精度能提高，但视场进一步增大就不再提高了。CIEl964与CIEl931三刺激值曲线比较CIE1964色度图与CIEl931色度图比较CIE标准照明体A、B、C、DCIE推荐了四种标准照明体A、B、C、D和三种标准光源A、B、C。1、CIE标准照明体标准照明体：指一定的光谱功率分布，这种标准的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接提供，也不一定能用一个光源来实现。标准照明体A：相当于绝对黑体在加温到2856K时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可根据普朗克辐射定律计算：标准照明体A色度点正好落在CIEl931色度图的黑体轨迹上。1、CIE标准照明体标准照明体B：相当于相关色温4874K的直射阳光，光色相当于中午阳光，其色度点紧靠黑体轨迹。标准照明体C：相当于相关色温为6774K的平均阳光，光色近似阴天天空的日光，其色度点在黑体轨迹上方。标准照明体D65：相当于色温约为6504K的日光，其色度点在黑体轨迹的上方。标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其他日光。CIE标准光源标准光源：指用来实现标准照明体光谱功率分布的光源，CIE规定用下述人工光源来实现标准照明体。标准光源A：熔凝石英壳或玻璃壳带石英窗口的充气钨丝灯，以产生色温为2856K的辐射。标准光源B：在A光源前加一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温4874K的辐射。标准光源C：A光源另加一组戴维斯-吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温6774K的辐射。戴维斯-吉伯逊滤色液系用硫酸钠、甘露醇吡啶、蒸馏水，或硫酸钻铵、硫酸钠、硫酸、蒸馏水等不同的分量配合而成。模拟D65的人工光源的种类现在正在研制三种模拟D65的人工光源：带滤光器的高压氙弧灯：带滤光器的高压氙弧灯提供了最好的模拟，国际上最好能达到AA级；带滤光器的白炽灯和荧光灯：带滤光器的白炽灯只在紫外区的模拟尚不理想，最好达到AD级；荧光灯的模拟过去一直较差，只达到CD级。Daylight荧光灯：随着稀土荧光粉的发展，荧光灯的模拟可达到BB级。标准照明体A的测量和标准相对光谱功率400500600700800050100150200250波长/nmSASA测相对功率光谱介绍4005006007000.000.050.100.150.200.25紫色相对功率波长/nm4005006007000.000.050.100.150.200.250.000.050.100.150.200.25黄色波长/nm相对功率CIE标准照明和观测条件0／4545／0CIE标准照明和观测条件0／dd／0CIE均匀颜色空间人眼对光谱颜色的差别感受性人眼对颜色的恰可分辨范围麦克亚当的颜色椭圆形宽容量范围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*=25Y1/3–17U*=13W*(u-uo)V*=13W*(v-vo)式中：u和v是颜色样品的色度坐标，uo和vo则是所采用光源的色度坐标。CIEl976L*u*v*均匀颜色空间L*=116(Y/Yo)1/3-16(Y/Yo0.008856)L*=903.3(Y/Yn)(Y/Yn0.008856)u*=13L*(u’–uo’)v*=13L*(v’–vo’)式中X、Y、Z为颜色样品的三刺激值；u’=u、v’=1.5v为颜色样品的色度坐标；Xo、Yo、Zo为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到人眼中的三刺激值，即Yo=100；uo’、vo’为照明体的色度坐标。TheCIE1976UCS色度图(u’,v’图)u’=4x/(-2x+12y+3),v’=9x/(-2x+12y+3)CIE1976u,v色调角huv、饱和度suv、彩度C*uvtghuv=(v’-v’n)/(u’-u’n)=tg(v*/u*)suv=13[(u’-u’n)2+(v’-v’n)2]1/2C*uv=[(u*)2+(v*)2]1/2=L*suvCIE19312°色度图CIE1976UCS色度图CIE1976La*b*色彩空间