【正文】 nm， 460nm，三刺激值單位以三原色相加匹配 NPL(英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的縮寫 )白色光源 ， 認(rèn)為三原色的刺激值相等定出相對(duì)亮度單位為 lR : lG : lB， 測(cè)得光譜三刺激值數(shù)據(jù) 。 CIE 1931RGB系統(tǒng)建立在萊特 ()和吉爾德 ()的顏色匹配實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上： ? 萊特在 2?圓形視場(chǎng)內(nèi) , 選擇 650nm(R)/530nm (G)/460nm(B)三單色光作為三原色匹配等能光譜 。 可能性： 實(shí)驗(yàn)證明不同觀察者視覺特性有差異 ， 但對(duì)正常顏色視覺的人差異不大 ， 故可根據(jù)一些觀察者的顏色匹配實(shí)驗(yàn) ， 確定一組匹配等能光譜色的三原色數(shù)據(jù) — “ 標(biāo)準(zhǔn)色度觀察三刺激值 。 任意色光都由單色光組成的，如果各單色光的光譜三刺激值預(yù)先測(cè)得，根據(jù)混色原理就能計(jì)算出該色光的三刺激值來 。 光譜三刺激值又稱為顏色匹配函數(shù) ， 其數(shù)值只決定于人眼的視覺特性 。 則將比值 lR︰ lG︰ lB定為三刺激值的相對(duì)亮度單位 ， 即色度學(xué)單位 。 四、三刺激值和色品圖 1．三刺激值 在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，與待測(cè)色達(dá)到色匹配時(shí)所需要的三原色的數(shù)量，稱為三刺激值（即顏色匹配方程式的 R/G/B值 ) ? 三原色的選定應(yīng)使任何一種原色不能由其余兩種原色相加混合得到。 顏色匹配 三、顏色匹配方程 )()()()( BBGGRRCC ???其中 ， (C)代表被匹配顏色單位 ， (R)， (G)， (B)代表產(chǎn)生混合色的紅 、 綠 、 藍(lán)三原色單位 。即 一個(gè)單位量的顏色與另一個(gè)單位量的顏色相同，則這兩種顏色數(shù)量同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同倍數(shù)則兩顏色仍為相同。 即凡是在視覺上相同的顏色都是等效的 。 Grassmann)總結(jié)出顏色混合的定性性質(zhì) — 格拉斯曼定律，為現(xiàn)代色度學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。第 5章 色度學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ) 顏色匹配 CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) CIE 色度計(jì)算方法 均勻顏色空間 特色異譜程度的評(píng)價(jià) CIE光源顯色指數(shù)計(jì)算方法 其它表色系統(tǒng) 顏色匹配 顏色混合可是顏色光的混合 , 也可是染料的混合 , 這兩種混合方法所得結(jié)果不的 , 前者稱為 相加混合 , 后者為顏色 相減混合 。 (1) 人的視覺只能分辨顏色的三種變化 (如明度 /色調(diào) /飽和度 ) (2) 在由兩個(gè)成份組成的混合色中 ， 如果一個(gè)成份連續(xù)地變化 ， 混合色的外貌也連續(xù)變化 。 (4) 混合色的總亮度等于組成混合色的各種顏色光的亮度總和 — 亮度相加定律 。即 DCBA ?? , DBCA ???→ DCBA ?? , DBCA ???→ BA ? nBnA ?→ 根據(jù)代替律可知 ， 只要在感覺上顏色是相同的 ， 便可以互相代替 ， 所得的視覺效果是相同的 ， 因而可以利用顏色混合的方法來產(chǎn)生或代替所需要的顏色 。 R， G， B， C分別代表紅 、 綠 、藍(lán)和被匹配色數(shù)量 。最常用的是紅、綠、藍(lán)三原色。 顏色匹配 2．光譜三刺激值 在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中 , 待測(cè)色光也可是某一種波長(zhǎng)的單色光(亦稱為光譜色 )， 對(duì)應(yīng)一種單色光可得到一組三刺激值 R、 G、B。 匹配方程表示為 )()()( BbGgRrC ???? 任何顏色的光都可以看成是不同單色光混合而組成的，所以光譜三刺激值能作為顏色色度計(jì)算的基礎(chǔ)。 計(jì)算方法是將待測(cè)光的光譜分布函數(shù) ，按波長(zhǎng)加權(quán)光譜三刺激值，得出每一波長(zhǎng)的三刺激值，再進(jìn)行積分，就得出該待測(cè)光的三刺激值 )(??積分的波長(zhǎng)范圍為可見光波段，一般從 380nm至 760nm 四、三刺激值和色品圖 1 2 1 2 1 2 , , R R R G G G B B B? ? ? ? ? ?( ) ( ) , ( ) ( ) , ( ) ( )R k r d G k g d B k b d? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?4．色品坐標(biāo)和色品圖 (C=1) )()()()( BBGR BGBGR GRBGR RC ?????????一個(gè)單位的顏色 (C)的色品只決定于三原色的刺激值各自在R+G+B總量中的相對(duì)比例 — 色品坐標(biāo) ， 用符號(hào) r, g, b表示 。 ” 困難性： 由于選用的三原色不同及確定三刺激值單位的方法不一致 ， 因而數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一 。 三刺激值單位為：相等數(shù)量的 G和 B原色匹配 494nm的藍(lán)綠色 , 相等數(shù)量的 R和 G原色匹配 , 得出相對(duì)亮度單位為 lR : lG : lB。 一、 CIE 1931RGB系統(tǒng) 兩實(shí)驗(yàn)的平均值定出匹配等 能光譜色的 RGB三刺激值 , 用 表示 ， 稱為 “ CIE 1931 RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察一刺激值 ” ， 簡(jiǎn)稱“ CIE 1931 RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者 ” ， 代表人眼 2?視場(chǎng)的平均 顏 色 視 覺 特 性 ， 稱為 CIE 1931RGB色度系統(tǒng) 。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算確定 ， 匹配等能白光的 (R)， (G)， (B)三原色 CIE所做的修正 單位的亮度比率為 ? ? 輻亮度比率為 ? ? 光譜三刺激值與光譜色色品坐標(biāo)的關(guān)系為 bgrggbgrrr?????? 。 色品圖的三角形頂表示紅 (R)、 綠 (G)、 藍(lán) (B)三原色；負(fù)值的色品坐標(biāo)落在原色三角形之外；在原色三角形以內(nèi)的各色品點(diǎn)的坐標(biāo)為正值 。 二、 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) A. 規(guī)定 (X)、 (Z)兩原色只代表色度 ， 沒有亮度 ， 光度量只與三刺激值 Y成比例 。 即整個(gè)光譜軌跡完全落在 X， Y， Z所形成的虛線三角形內(nèi) 。 等能白點(diǎn)在 rg坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)為 : r =， g = 在 xy坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)為 : x =， y = F. 采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法 ， 可得 XYZ系統(tǒng)和 RGB系統(tǒng)三刺激值間及色品坐標(biāo)的關(guān)系 ??????????????BGZBGRYBGRX二、 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) ????????????????????????bgrbgrzbgrbgrybgrbgrx20 99 20 01 20 20 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的特點(diǎn) ① 由于在 XYZ選擇原色時(shí)就考慮到只有 Y值既代表色品又代表亮度 ,而 X， Z只代表色品，所以 函數(shù)曲線與明視覺光譜光視效率 一致，即 。 光譜軌跡曲線以及連接光譜兩端點(diǎn)的直線所構(gòu)成的馬蹄形內(nèi)包括了一切物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色 。 ⑦ 光譜軌跡 380－ 540nm一段是曲線 ， 其間一對(duì)光譜色的混合不能產(chǎn)生二者之間位于光譜軌跡上的顏色 ， 而只能產(chǎn)生光譜軌跡所包圍面積內(nèi)的混合色 。 0, ??? zyxCIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的特點(diǎn) ⑧ 連接色度點(diǎn) 400nm和 700nm的直線稱為紫紅軌跡 ， 亦稱紫線 。 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的特點(diǎn) 由于三原色選擇不同，以及規(guī)定三原色刺激值單位的方法不同會(huì)出現(xiàn)許多不同的色度系統(tǒng)，任何兩個(gè)色度系統(tǒng)都可以互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法實(shí)質(zhì)上是一個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。 三、色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 )()()()()()()( ZZYYXXBBGGRRCC ?????? ))(())(())(()( BZBYBXBGZGYGXGRZRYRXRC zyxzyxzyx ????????????????????????????????????????ZYXBBBGGGRRRBGRzyxzyxzyx 通常 , 往往知道新系統(tǒng)三原色在舊坐標(biāo)系統(tǒng)中的色品坐標(biāo)：rx， gx， bx， ry， gy， by， rz， gz， bz， 則 式中 ， 如果知道一種顏色 (例如參照白 )在新舊坐標(biāo)系統(tǒng)中的三刺激值 R0， G0， B0和 X0， Y0， Z0， 代入上式就可求得 Cx， Cy， Cz。 一般地 ， 4個(gè)已知點(diǎn)選擇 3個(gè)原色點(diǎn)及參照白點(diǎn) 。 這是由于大面積視場(chǎng)觀察條件下 ， 桿體細(xì)胞的參與以及中央窩黃色素的影響 ， 顏色視覺會(huì)發(fā)生一定的變化 。 三原色分別為 (R), (G), (B)的單色光 。 實(shí)驗(yàn)亮度較低 , 約為前者亮度的 1/30~1/40, 沒有排除桿狀細(xì)胞作用 。 確定了 1964年 CIE－ R10G10B10系統(tǒng)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值 。 例如 ， 在490nm~500nm一帶 ， 兩張圖上的坐標(biāo)值在波長(zhǎng)上相差達(dá) 50nm以上 ， 其他相同波長(zhǎng)的坐標(biāo)值也都有差異 ，僅只在 600nm處的光譜色坐標(biāo)值大致相近 。 當(dāng)觀察視場(chǎng)從 2?增大至 10?時(shí) ， 顏色匹配的精度隨之提高 。 167。 被測(cè)物體是非自發(fā)光物體時(shí) ， 透明體或不透明體的顏色刺激函數(shù) ?(?)分別為 式中 ， ? (?)為物體的光譜透射比； ?(?)為物體的光譜輻亮度因數(shù)； ?(?)為物體的光譜反射比； S(?)照明光源的相對(duì)光譜功率分布 ， 一般采用 CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體 ， 例如物體在日光下觀察時(shí)可用 D65或 B、 C照明體 ， 而在燈光下觀察時(shí)可用 A照明體 。 二、顏色相加的計(jì)算 當(dāng)兩種已知色品坐標(biāo)和亮度值的顏色相加混合后，混合色的色品坐標(biāo)可用計(jì)算法和作圖法求得。新顏色在直線上的位置決定于這兩種顏色的三刺激值總和的比例。 并不是所有的顏色都有主波長(zhǎng) ， 色品圖中連接白點(diǎn)和光譜軌跡兩端點(diǎn)所形成的三角形區(qū)域內(nèi)各色品點(diǎn)都沒有主波長(zhǎng) 。 在色品圖上標(biāo)出樣品 S2的位置 ， 由 S2點(diǎn)向 O點(diǎn)引一直線 ， 延長(zhǎng)與光譜軌跡相交 ， 交點(diǎn)處的光譜色波長(zhǎng)就是樣品的補(bǔ)色波長(zhǎng) ?c (S2的 ?c=530nm)。 A. 興奮純度 興奮純度用 CIE x, y色品圖上兩個(gè)線段的長(zhǎng)度比表示 。 計(jì)算自發(fā)光體主波長(zhǎng)和興奮純度時(shí)通常選用等能白 (E點(diǎn) )作為白點(diǎn)，對(duì)于非發(fā)光體的物體色則用 CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體作為參照白光 (如 A， B， C， D65), 樣品的主波長(zhǎng)和興奮純度隨所選用的白點(diǎn)不同會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。 用主波長(zhǎng)和色純度表示顏色色品比只用色品坐標(biāo)表示顏色色品的優(yōu)點(diǎn)在于能給人以具體的印象 ， 能表明顏色的色調(diào)及飽和度的大致情況 。 顏色分辨力 確定色差必須對(duì)人眼的顏色分辨能力進(jìn)行研究 。 顏色分辨力 (2) 波長(zhǎng)和色純度的分辨力 對(duì)亮度相同但波長(zhǎng)不同的單色光波長(zhǎng)分辨力可用專門裝置測(cè)量 。 波長(zhǎng)分辨力隨視場(chǎng)的增大而升高 ， 10?視場(chǎng)的波長(zhǎng)分辨力比 2?視場(chǎng)高 3倍 。 黃波段以 570nm為最差 ， ?Pc =。 (3) 色品分辨力 顏色之間的差異是它們?nèi)咦兓木C合結(jié)果 ， 故需研究綜合分辨能力 ， 尤其是顏色的色品分辨力 。 麥克亞當(dāng)實(shí)驗(yàn) ：在 CIE xy色品圖上不同位置選擇了 25個(gè)色品點(diǎn) , 以色品點(diǎn)為中心 , 測(cè)定 5至 9個(gè)方向上的顏色匹配范圍 , 用顏色匹 的標(biāo)準(zhǔn)偏差定出顏色的寬容量 ， 連成代表顏色寬容量的近似橢圓 ( 圖中橢圓按實(shí)驗(yàn)結(jié)果放大 10倍繪制 ) 。 光譜軌跡藍(lán)色端的顏色密度大于綠色端約 300~400倍 。 均勻明度標(biāo)尺 (1) 均勻明度標(biāo)尺 均勻明度標(biāo)尺的建立是基于兩種視覺實(shí)驗(yàn)方法 , 研究對(duì)象是從黑到白的一系列中性色樣品 (實(shí)驗(yàn)方法將在后面孟塞爾系統(tǒng)中詳述 )。 所謂亮度因數(shù)是在規(guī)定的光照條件下 , 給定的方向上 , 物體表面的亮度與同一光照下完全反射漫射體的亮度之比 。CIE 1964均勻顏色空間的明度標(biāo)尺關(guān)系式較簡(jiǎn)單 , 便于使用 , 從圖上可以看出 , 它 (曲線 3)與孟塞爾明度標(biāo)尺 (曲線 2)的曲線基本重合 , 也是一個(gè)很均勻的明度標(biāo)尺 。 但是要找到這樣理想的色品圖是困難的 , 因?yàn)槔硐刖鶆虻纳穲D不是一個(gè)平面而是曲面 , 且不能用歐氏幾何空間來描述 , 一般假定具有黎曼幾何形式 。 以 u, v作為新色品圖的色品坐標(biāo) 。三維坐標(biāo)的公式是 ?????????????)(*13*)(*13*)1001(1725*003/1vvWVuuWUYYWZYXYvZYXXu31563154??????u、 v是顏色樣品的色品坐標(biāo)。視場(chǎng)的物體應(yīng)根據(jù) CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三刺激值計(jì)算 W*， U*， V*。 在 CIE xy色品圖的