【教学课件】第七章CIE标准色度学系统.ppt

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1、印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()第七章第七章 CIECIE标准色度学系统标准色度学系统印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()主要内容颜色匹配实验CIE1931RGB系统CIE1931XYZ系统CIE1964XYZ补充色度学系统CIE色度计算方法颜色客观三属性印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.1 颜色匹配色匹配实验u转盘实验u色光匹配印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()转盘实验印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()色光匹配色光匹配印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑

2、元林郑元林()()印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()C=R（R）+G（G）+B（B）其中其中C 表示待配色光；（表示待配色光；（R）、（）、（G）、）、（B）代表）代表产生混合色的生混合色的红、绿、蓝三原色三原色的的单位量；位量；R、G、B分分别为匹配待配色所需匹配待配色所需要的要的红、绿、蓝三原色的数量，称三原色的数量，称为三刺激三刺激值；“”表示表示视觉上相等，即上相等，即颜色匹配。色匹配。配色方程配色方程印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()待配色待配色为单色光，其色光，其饱和度很高，和度很高，而三原色光混合后而三原色光混合后饱和度必然降低

3、，和度必然降低，无法和待配色无法和待配色实现匹配。匹配。为了了实现颜色匹配，在色匹配，在实验中中须将上方将上方红、绿、蓝一一侧的三原色光之一移到待配色一的三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使上下色，并与之相加混合，从而使上下色光的光的饱和度相匹配。和度相匹配。BUT!负刺激值印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()例如，将例如，将红原色移到待配色一原色移到待配色一侧，实现了了颜色匹配：色匹配：印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()则颜色方程色方程为:因此，因此，待配色待配色:所以

4、所以 出出现了了负值 C+B（B）=R（R）+G（G）C=R（R）+G（G）-B（B）颜色方程印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()这一一实验方法和方法和实验结果是果是现代代CIE标准色度学系准色度学系统的定量基的定量基础，也是工，也是工业上上颜色色标定、定、测量和量和计算的原始依据。算的原始依据。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.2 CIE1931RGB表色系统表色系统 CIE 1931 RGB真真实三原色表色系三原色表色系统就是根据就是根据莱特和吉莱特和吉尔德分德分别颜色匹配色匹配实验的的结果，取其果，取其光光谱三刺激三刺激值的平均的平均

5、值，作，作为该系系统的光的光谱三三刺激刺激值，全部的光，全部的光谱三刺激三刺激值又常称又常称为“标准色准色度度观察者察者”。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()三原色的三原色的单位量位量 国国际照明委照明委员会（会（CIE）规定定红、绿、蓝三原色三原色的波的波长分分别为700 nm、546.1 nm、435.8 nm，在，在颜色匹配色匹配实验中，当中，当这三原色光的相三原色光的相对亮度比例亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所就能匹配出等能白光，所以以CIE选取取这一比例作一比例作为红、绿、蓝三原色的三原色的单位量，位量，即即(R):

6、(G):(B)=1:1:1。尽管。尽管这时三原色的亮度三原色的亮度值并不并不等，但等，但CIE却把每一原色的亮度却把每一原色的亮度值作作为一个一个单位看待，位看待，所以色光加色法中所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合三原色光等比例混合结果果为白光，即白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()入(mm)光谱三刺激值光谱三刺激值 480-0.049390.039140.14494530-0.071010.203170.005497000.004100.000000.00000三刺激值举例印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林

7、郑元林()()它是它是CIE在在对等能光等能光谱色色进行匹配行匹配时用来表示用来表示红、绿、蓝三原色的三原色的专用符号。因此，匹配波用符号。因此，匹配波长为入的等能光入的等能光谱色色C()的的颜色方程色方程为：光谱三刺激值记法印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()CIE1931RGB色三刺激值曲线印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()色度坐色度坐标 在在颜色匹配色匹配实验中，中，为了表示了表示R、G、B三原色各自在三原色各自在R+G+B总量中的相量中的相对比例，比例，我我们引入色度坐引入色度坐标r、g、b印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林

8、郑元林()()三刺激值与色度坐标印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()若待配色若待配色为光光谱色，色，则上式可写上式可写为：光谱色度坐标光谱色的三刺激值与色度坐标印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()入(mm)色度坐标色度坐标 480-0.36670.29061.0761530-0.51591.47610.03987001.00000.000000.00000色度坐标举例印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()真实三原色R700.0nmG=546.1nmB=435.8nm CIE1931RGB色度图印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（

9、第三版）郑元林郑元林()()7.3 CIE1931XYZ标准色度系准色度系统印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()为什么要建立CIE1931XYZ标准色度系统？印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(1)CIE 1931 RGB系系统向向CIE 1931 XYZ系系统的的转换所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值、和色度坐标r、g、b均变为正值。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()建立建立CIE 1931 XYZ系系统

10、主要是考主要是考虑到到 为了避免了避免CIE 1931 RGB系系统中光中光谱三刺激三刺激值和色度坐和色度坐标出出现负值，就必，就必须在在（R）（G）（B）三原色的基三原色的基础上另外上另外选择三原色，由新的三原色所形成的三角形色度三原色，由新的三原色所形成的三角形色度图能能够包包含整个光含整个光谱轨迹迹 光光谱轨迹迹540nm700nm在在CIE RGB色度色度图上基本上是一段上基本上是一段直直线 规定定（X）和和（Z）的亮度的亮度为0，XZ线视为无亮度无亮度线 印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()CIE1931RGB系统中(R)、(G)、(B)三原色的相对亮度关系是

11、1.0000:4.590:0.0601某颜色C的亮度方程为：Ycr+4.5907g+0.0601b又若此颜色在无亮度曲线上，则Yc0即r+4.5907g+0.0601b0，并且r+g+b=10.9399r+4.5306g+0.0601=0即为XZ无亮度线的方程印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.1 CIE 1931 RGB系系统向向CIE 1931 XYZ系系统的的转换三角形除零亮度线以外的另外两边：选取700nm和540nm两点作为直线上的两点，求得直线方程为：r+0.99g-1=0另取一条与光谱轨迹波长503nm点相靠近的直线，这条直线的方程是1.45r+0.5

12、5g+1=0印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()以上三条直线相交，就得到X、Y、Z三点，这三点在CIE RGB色度图中的坐标是：rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602X、Y、Z即为理想三原色印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()真实三原色R700.0nmG=546.1nmB=435.8nmCIE理想三原色 r g bX:1.275 0.278 0.003Y:-1.759 2.767 0.028Z:-0.743 0.141 1.602参照光源：等能白Se印刷色彩学（第三版）印刷色

13、彩学（第三版）郑元林郑元林()()CIE1931XYZ系统和CIE1931RGB系统的色度坐标的转换关系为色度坐标之间的转换关系印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()三刺激值之间的转换关系印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()CIE1931xy色度图印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()1931 CIE-XYZ 系系统中，用于匹配光中，用于匹配光谱三刺三刺激激值的的(X)、(Y)、(Z)的数量，称的数量，称为“CIE 1931标准色度准色度观察者光察者光谱三刺激三刺激值”，也叫做，也叫做“CIEl931标准色度准色度观察者察者颜

14、色匹配函数色匹配函数”，简称称“CIE标准色度准色度观察者察者”或或“颜色匹配函数色匹配函数”，在物体色，在物体色色度色度值的的计算中代表人眼的算中代表人眼的颜色色视觉特征参数。特征参数。记为 、印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()规定函数 与明视觉光谱光效率函V()一致，即印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()光谱色度坐标已知，由下式即可求出光谱三刺激值：光谱三刺激值与色度坐标的转换印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()CIE1931XYZ 光谱三刺激值曲线印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(2)C

15、IE 1931 XYZ色度色度图与与Yxy数字表色方法数字表色方法y=0的直线与亮度没有关系，即无亮度线，光谱轨迹的短波端紧靠这条线，虽然补充短的光的刺激能够引起视觉上的反应，产生蓝紫色的感觉，但是380420nm这一段补充的辐通量在视觉上只能够引起微弱的反应。xy色度图印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()颜色三角形中心E处是等能白光，又三原色各1/3产生，其色度坐标为：x=0.33，y=0.33，z=0.33。C点的CIE标准光源C的色度坐标点；印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()任何颜色在色度图中都占有一个确定的位置；印刷色彩学（第三版）印刷

16、色彩学（第三版）郑元林郑元林()()靠近补充末端700770nm的光谱波段范围具有一个恒定的色度值；印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()光谱轨迹540700nm这一段，在颜色三角形上的坐标是x+y=1，这是一条与XY便重合的直线。它表明，在这段光谱范围内的任何光谱色，都可以通过540nm和700nm这两种色光以适当的比例混合而成；印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()光谱轨迹380nm540nm这一段是曲线，在此范围内两种颜色的色光混合，不能够获得两者之间位于光谱轨迹上的颜色，而只能获得光谱轨迹所包含的的面积只内的混合色；印刷色彩学（第三版）印刷色

17、彩学（第三版）郑元林郑元林()()增加两种颜色的色光的波长间隔，直到这两种色光相混合显示出无色相的白光，则称这两种颜色为互补色。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()色度图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征。但是，前面曾经讨论过，色度坐标只规定了颜色的色度，而未未规定定颜色的亮度色的亮度，不能不能够唯一地确定唯一地确定一个一个颜色色CIE1931Yxy数字表色方法印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()所以若要唯一地确定某颜色，还必须指出其亮度特征，也即是Y的大小。我们知道光反射率=物体表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0所以亮度因数Y=100印刷色

18、彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()由物体三刺激值计算Yxy的公式为：由Yxy计算物体三刺激值：印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.4 CIE 1964 XYZ补充色度学系充色度学系统人眼观察物体细节时的分辨力与观察时视场的大小有关。与此相似，人眼对色彩的分辨力也受视场大小的影响。实验表明：人眼用小视场（4）观察颜色时辨别差异的能力较低，当观察视场从2增大至10时，颜色匹配的精度和辨别色差的能力都有增高；但视场再进一步增大时，则颜色匹配的精度提高就不大了。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()1931CIEXYZ系统是在2视场

19、下实验的结果。因此，只适用于4的视场范围。由于这一原因，1964年CIE又补充规定了一种10视场的表色系统，称为“CIE1964补充色度学系充色度学系统”。这两种系统中的三刺激值和色度坐标的概念完全相似，只是数值不同。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()2和10视场的三刺激值曲线CIE1964三刺激值曲线印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()2视场与10视场xy色度坐标图CIE1964XYZ色度图印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()CIE 1964 XYZ三刺激三刺激值与色度坐与色度坐标为了区别起见，在10视场下的这些物理量

20、均加写下标“10”，可以表示为X10、Y10、Z10、x10、y10、z10。其色度坐标的计算式可写成：且有：x10+y10+z101印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.5.1颜色三刺激值XYZ的计算7.5CIE色度计算方法(1)确定光源及其相对光谱能量分布确定光源及其相对光谱能量分布。物体表面的颜色受照射光源的能量分布的影响，因此，在测量物体表面颜色时，应首先说明所使用的光源。如，CIE标准光源A、B、C、D50、D65等，可以查教材表22或按GB/T3978中的规定取值。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（

21、第三版）郑元林郑元林()()(3)确定标准观察者当视场是2（4）视场时，使用CIE1931XYZ标准观察者若是10（4）视场，则使用印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(4)颜色的三刺激值的计算XYZ色度学系统中颜色的三刺激值X、Y、Z按下式计算：或印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()在实际计算时，用上面的积分公式计算起来非常不方便，故用求和公式代替积分：印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(5)色坐标的计算或印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.5.2颜色相加的计算在已知两种或两种以上颜色的色品

22、坐标和亮度的情况下，可以根据颜色混合定律得出混合色的色品坐标和亮度值，主要有计算法和作图法两种方法。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(1)计算法求出混合前各颜色的三刺激值。求混合色的三刺激值印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()求混合色的色品坐标印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(2)作图法印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.6颜色的客观三属性主主 波波 长(Dominant Wavelength,d)(Dominant Wavelength,d)兴奋纯度度(Excitable Purity

23、,Pe)(Excitable Purity,Pe)亮度因数亮度因数(Luminance Factor,Y%)(Luminance Factor,Y%)印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()在在x,yx,y色度色度图中中,将光源的色度点与将光源的色度点与样品品色的色度点用一直色的色度点用一直线相相连,并从并从样品色色度品色色度点向外延伸与光点向外延伸与光谱轨迹相交迹相交,这一点一点处的波的波长就是就是样品色的主波品色的主波长。注意：注意：对于品于品红色区色区颜色的主波色的主波长，由于无品，由于无品红光光谱色，所以，用其反向延色，所以，用其反向延长线交点主波交点主波长的的负值

24、表示表示,称称为补色主波色主波长。7.6.1主波长印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.6.2 色色纯度度(1)兴奋纯度度 兴奋纯度度是指是指该颜色接近同一主波色接近同一主波长的程的程度。在度。在x,y色度色度图的的样品色主波品色主波长线上，用光上，用光源色度点至源色度点至样品色度点的距离与光源色度点品色度点的距离与光源色度点至光至光谱色度点的距离比色度点的距离比值的的百分比百分比来表示。来表示。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()(2)色度纯度 色度色度纯度度是用样品色和样品色主波长光谱色的亮度比来表示的，用符号Pc来表示。设样品色及其主波长

25、光谱色的三刺激值中，Y值分量分别为Y1和Yd，则色度纯度为：印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()将代入上式中，可得：印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()通常将刚好能被识别的色度纯度的差值Pc称为恰可觉差值（也称识别阈，justnoticeabledifference,记作JND），下图是1982年Wyszecki和Stiles对波长为650nm的单色光求出的识别阈，对其它波长也可得到相同的结果。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()兴奋纯度就是主波度就是主波长光光谱色的三刺激色的三刺激值之和与之和与样品品色三刺激色三刺激值之

26、和的比之和的比值。参照白光O、样品色M、样品色主波长光谱色L的三刺激值之和分别为S0、S1、Sd，三刺激值中的X值分别为X0、X1、Xd，对应的色品坐标分别为x0、x1、xd印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.6.3 亮度因数亮度因数亮度因数：亮度因数：印刷品表面的明暗程度。印刷品表面的明暗程度。用用颜色三刺激色三刺激值中的中的Y值百分数来表示，百分数来表示，即即Y%。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()1(x,y)2?(x0,y0)(x,y)12印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()颜色的心理三属性和客色的心理三属性和

27、客观三属性三属性是彼此是彼此联系而又相互区系而又相互区别的表示的表示颜色色的两种方法。的两种方法。颜色三属性关系印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()7.6.4HV/C和Yxy的转化HV/CYxy查阅相关表格YxyHV/C亮度因数亮度因数Y与孟塞与孟塞尔明度明度值V表表7-14色度坐色度坐标x、y与色相与色相H、彩度、彩度C的的转换印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()Yxy与HVC关系恒定主波长不等于恒定色相纯度（兴奋纯度）并不对应于相等的饱和度孟塞尔新标系统的色相H、明度值V和彩度C反映了物体颜色的心理规律。它们分别代表了人的颜色视觉对色彩判断的主观感觉特性，而主波长，纯度和亮度因数所反映的是颜色的客观物理性质，是外部刺激的特征。二者之间是紧密联系的，但并不能准确相等。印刷色彩学（第三版）印刷色彩学（第三版）郑元林郑元林()()作业教材P108：113