色彩管理与应用项目四++CIE标准色度系统

色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统项目四CIE标准色度系统教学目标能力目标•了解CIE色度学系统，理解颜色相关数值的意义；•CIE色度值与颜色视觉的关系。能根据颜色匹配实验写出颜色方程；能描述和理解CIE1931色度图；能利用色度图确定混合色主波长等色度值；能利用颜色属性以及色差数值分析颜色视觉感觉。知识目标•理解颜色匹配的方法和意义；•理解CIE1931标准色度学和CIE1964补充标准色度学系统；•理解三刺激值和色度坐标，理解CIE1931色度图；•理解主波长概念，能用作图法画出颜色主波长；•能分别用计算法和作图法得到混合色的色度值；•理解CIE1976均匀颜色空间的相关参数意义和色差公式；•解同色异谱概念及现象。色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务1颜色混合的计算一、颜色匹配•根据格拉斯曼颜色混合规律，外貌相同的颜色可以相互代替。相互代替的颜色可以通过颜色匹配实验来实现。1．颜色匹配•把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配。•在进行颜色匹配实验时，须通过颜色相加混合的方法，改变一个颜色或两个颜色的色相、明度、饱和度三特性，使两者达到匹配。一、颜色匹配2．匹配方法（1）利用颜色转盘的传统方法•三刺激值：匹配某一特定颜色所需的红、绿、蓝三原色数量。•特点：用颜色转盘进行颜色匹配不易定量，所以不适应科学研究，而只宜于颜色匹配的表演示范一、颜色匹配（2）颜色光匹配•方法：调节红、绿、蓝三原色灯光的强度比例，便产生看起来与另一侧颜色相同的混合色。•同色异谱：由三原色形成的颜色的光谱组成与被匹配的颜色光的光谱组成可能很不一致。•特点：由三原色混合的颜色只表达被匹配颜色的外貌，而不能表达它的光谱组成情况。BGR屏幕光源挡板人眼黑色挡板二、颜色方程颜色方程：C≡R(R)+G(G)+B(B)•“≡”号代表匹配，即视觉上相等。•C代表被匹配的颜色•(R)、(G)、(B)分别代表产生混合色的红、绿、蓝三原色•R、G、B分别代表红、绿、蓝三原色的数量（三刺激值）•如果被匹配的颜色很饱和，那么用三原色可能实现不了匹配，则：C+B(B)≡R(R)+G(G)C≡R(R)+G(G)B(B)•在可能具有负值方程的颜色匹配条件下，所有的颜色包括黑白系列的各种灰色和各种色相和饱和度的颜色，都能由红、绿、蓝三原色的相加混合产生（匹配）。•条件是三个原色中的任何一个不能由其余两个相加产生。三、色品坐标1．色品坐标•三原色各自在R+G+B总量中的相对比例叫做色度坐标。某一特定颜色的色度坐标r、g、b为：•由于r+g+b1，只用r和g即可表示一个颜色。C（r，g，b）•为了匹配标准白光，三原色的数量R、G、B(三刺激值)相等即RGB1。其色度坐标：r0.3333，g0.3333，b0.3333W（0.3333，0.3333，0.3333）•标定一个颜色还可以在色度图上用色度坐标定出它的位置。BGRBbBGRGgBGRRr；；四、色度图2．色度图•麦克斯韦用一个三角形色度图表示颜色，这一色度图叫做麦克斯韦颜色三角形。•现在国际上正式采用了麦克斯韦直角三角形作为标准色度图。0.20.40.60.81.0g00.20.40.60.81.0rW(G)(B)R()五、颜色相加原理•两个颜色光的相加混合色是三原色光数量的各自之和。RR1+R2；GG1+G2；BB1+B2•混合色的三刺激值为各组成色三刺激值各自之和。•颜色相加原理不仅适用于两个颜色的相加，而且可以扩展到许多颜色的相加。•一个任意光源的三刺激值应等于匹配该光源各波长光谱色的三刺激值各自之和。RR()Δ；GG()Δ；BB()Δ•对于一个光源的光谱，用特定的三原色光匹配每一波长的光谱色，所需的三刺激值比例是不同的。•对任何光源，匹配同波长光谱色的三刺激值比例关系却是固定的。色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务2CIE-XYZ色度系统•CIE标准色度学系统:现代色度学采用CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法。•色度学系统以两组基本视觉实验数据为基础。•“CIE1931标准色度观察者”数据，适用1～4视场的颜色测量。•“CIE1964补充标准色度观察者”，适用大于4视场的颜色测量。•按CIE规定，必须在明视觉条件下使用这两类标准观察者的数据。一、1931CIE-RGB色度系统•物体的颜色既决定于外界物理刺激，又决定于人眼的视觉特性。颜色的测量和标定应符合人眼的观察结果。•莱特（W.D.Wright）和吉尔德（J.Guild）实验•1931CIERGB系统标准色度观察者光谱三刺激值，简称“1931CIERGB系统标准观察者”•经实验和计算，匹配等能白光的R、G、B三原色单位的亮度比率为1.0000:4.5967:0.0601。•匹配等能白光的R、G、B三原色单位的辐射亮度比率为72.0962:1.3791:1.0000。一、1931CIE-RGB色度系统(nm)00.20.40.10.3400500600700435.6nm546.1nm700nmB()λG()λR()λ三刺激值1.光谱三刺激值曲线一、1931CIE-RGB色度系统480470490500510520530540550570580590600700380SE560-1.4-1.0-0.6-0.20.20.61.01.4XYZ0.20.61.01.41.8无亮度线SE原色＝＝＝参照点：等能白原色、、＝＝＝R700nmG546.1nmB435.8nmCIEXYZrgbX1.275-0.2780.003Y1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602＝：2.色度图二、1931CIE-XYZ色度系统1.1931CIEXYZ系统的特点•1931CIEXYZ系统避免出现了CIERGB系统中出现的负值，使色度系统更加直观。•XYZ系统保持了CIERGB系统的基本性质和关系。•色度图和光谱三刺激值是色度学的实际应用工具，几乎一切色度学的计算和延伸都是由此出发的。•1931CIEXYZ系统将匹配等能光谱各种颜色的三原色数值标准化，定名为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”。这一系统叫做“CIE1931标准色度学系统”或“1931CIEXYZ系统”。二、1931CIE-XYZ色度系统2.建立1931CIEXYZ系统的因素•在这个新系统中，光谱轨迹上以及轨迹以内的色度坐标都成为正值。•光谱轨迹540～700nm在RGB色度图上基本上是一段直线，用这段直线上的两个颜色相混合可以得到两色之间的各种色光。•规定X和Z两原色只代表色度，没有亮度，光度量只与三刺激值Y成比例。•亮度方程：Cr+4.5907g+0.0601b•三条直线相交点为X、Y、Z，其坐标为：X：r＝1.2750，g＝0.2778，b＝0.0028Y：r＝1.7329，g＝2.7671，b＝0.0279Z：r＝0.7431，g＝0.1409，b＝1.6022二、1931CIE-XYZ色度系统3.三刺激值转换公式•三刺激值转换公式：X2.7689R+1.7517G+1.1302BY1.0000R+4.5907G+0.0601BZ0R+0.0565G+5.5943B二、1931CIE-XYZ色度系统4.色度坐标转换公式•1931CIERGB系统色度图与1931CIEXYZ系统色度图的色度坐标转换关系如表。刺激RGB系统色度坐标XYZ系统色度坐标nmrgbxyz(R)700.01000.734690.265310.0000(G)546.10100.273680.717430.00890(B)435.80010.166540.008880.82458光源B0.360.340.260.348420.351610.29997二、1931CIE-XYZ色度系统5．CIE1931标准色度观察者•在1931CIEXYZ系统中，用于匹配等能光谱刺激的X、Y、Z三原色数量叫做“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，也叫做“CIE1931标准色度观察者颜色匹配函数”，简称“CIE1931标准色度观察者”。•Y(l)V(l)。•色度坐标和光谱三刺激值关系：)()()()()()()()()()(VyzZVYVyxX二、1931CIE-XYZ色度系统6.CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线CIE1931标准观察者光谱三刺激值曲线分别代表匹配各波长等能光谱刺激所需要的红、绿、蓝三原色的量。二、1931CIE-XYZ色度系统7．CIE1931色度图二、1931CIE-XYZ色度系统•CIE1931色度图是根据1931CIEXYZ系统绘制出来的。•x、y色度坐标分别相当于红、绿原色的比例，z1(x+y)。•弧形曲线是光谱轨迹。•从光谱的红端到540nm一带的绿色，光谱轨迹几乎是直线。此后光谱轨迹突然转弯，颜色从绿转为蓝—绿，蓝—绿色又从510nm到480nm伸展开来，带有一定的曲率，蓝和紫色波段却压缩在光谱轨迹尾部的较短范围。•光谱轨迹的这种特殊形状是由人眼对三原色刺激的混合比例所决定的。•连接400nm和700nm的直线是光谱上所没有的由紫到红的颜色，即不能由真实光线产生的颜色。•光谱轨迹曲线以及连接光谱轨迹两端所形成的马蹄形内包括一切物理上能实现的颜色，而坐标系统的X、Y、Z原色点都落在这个区域之外，在物理上不可能实现的。二、1931CIE-XYZ色度系统•y0的直线与亮度无关，即无亮度线。•颜色三角形中心的E是等能白光，由三原色各三分之一产生，其色度坐标为：xE0.3333，yE0.3333，zE0.3333•C点为CIE标准光源C，相当于中午阳光的光色。•任何颜色在色度图中都占一确定位置。•从色度图还可推算出由两种颜色相混合所得出的各种中间色的主波长和饱和度。•任何两个波长光相混合所得出的混合色或落在光谱轨迹上，或在光谱轨迹所包围的面积之内，而绝不会落在光谱轨迹之外。三、CIE1964补充标准色度学系统当视角增大时，由于杆状细胞的参与以及中央窝黄色素的影响，颜色视觉将会发生一定的变化，主要表现为饱和度的降低以及颜色视场出现不均匀的现象。为了适合10大视场的色度测量，CIE于1964年又另外规定了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激”和相应的色度图。这一系统称为“CIE1964补充标准色度学系统”。三、CIE1964补充标准色度学系统1．CIE1964补充标准色度学系统•经过多名观察者在10视场上进行观察测试，经加权处理，得出了“1964补充标准色度观察者光谱三刺激”•三原色光为R(645.2nm)、G(526.3nm)、B(444.4nm)•观察者三刺激值用R10()、G10()、B10()表示。三、CIE1964补充标准色度学系统2.CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值曲线(nm)4005006007000z10()x10()三刺激值0.51.01.52.02.5三、CIE1964补充标准色度学系统3.CIE1964补充标准色度观察者色度图400y104704804905005105205305405505605705805906006106207000.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0x10E380440三、CIE1964补充标准色度学系统4．比较•光谱三刺激曲线比较•色度图的比较•人眼用小视角观察颜色时，辨别颜色差异的能力较低。当观察视角从2增大至10时，颜色匹配的精度也随之提高。但视场再进一步增大，则颜色匹配的精度的提高就不大了。(nm)CIE1931CIE1964400yy与104704804804904905005005205205405405605605805806006106207007000.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0xx与10E380440CIE1931色度图CIE1964