色度学
第三章 光度学和色度学简介
()λe 第三章 光度学和色度学简介 §1 光度学基本概念 设光源表面S(图3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。此光源表面一个面 积元dS 的辐射情况，可以用单位时间内该面积元dS 辐射 出来的所有波长的光能量(也就是通过该面积的辐射功率) 来表示，这就是面积元dS 的辐射通量。可用ε来表示， 单位为瓦特。 于光源上任一面积元的辐射通量，不同波长的光在其 中所占的相对数值是不同的。为了表示光源面积元所辐射 的不同波长的光的相对辐射通量，我们引入分布函数e(λ) 的概念。它就是在单位时间内通过光源面λ积的某一波长 附近的单位波长间隔内的光能量。是波长`λ的函数， 它又称谱辐射通量密度。 从光源面积元dS 辐射出来的波长在λ到λ+d 间的光辐射通量为 于是，从面积元dS 发出的各种波长的光的总辐射通量为 辐射通量ε代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少，而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分，相等的辐射通量，由于波长不同，人眼的感觉也不相同。为了研究客观的辐射通量与它们在人眼所引起的主观感觉强度之间的关系，首先必须了解眼睛对各种不同波长的视觉灵敏度。人眼对黄绿色光最灵敏；对红色和紫色光较差；而对红外光和紫外光，则无视觉反应。在引起强度相等的视觉情况下，若所需的某一单色光的辐射通量愈小，则说明人眼对该单色光的视觉灵敏度愈高。设任一波长为λ的光和波长为5550的光，产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为Δελ和Δε5550，则比值 称为视见函数。图3-2是明视觉和暗视觉的相对视见函数实验图线，其纵坐标为视见函数。 ()λ λελλλd e d d =+,()λλεd e ?∞ =0()λ εελν??= 5550
光学基础之色度——三原色及CIE标准色度系统知识介绍
1.5 色度 色度学中所应用的方法和工具，都是以目视颜色匹配定律和国际上一致采用的标准为基础的。国际照明委员会（CIE ），通过其色度学委员会，推荐了色度学方法和基本的标准。 1.5.2 三原色 三原色：（红R 、绿G 、兰B ）或（品红、绿、兰） 三原色不能由其他色混合得到，三原色的波长如下： 红：700nm ，绿：546.1nm ，兰：435.8nm 由RGB 构成白光，得亮度比为L R =L G :L B =1:4.5907:0.0601 Lm/(s r ·m 2 ) 色度坐标和色品坐标 三原色坐标：R ，G ，B ，是三维色度坐标。 色品坐标(归一化坐标)：r=R R+G+B , g= G R+G+B ,b= B R+G+B , 并有 r+g+b=1 光谱三刺激值（色匹配函数） )(λr ,)(λg ,)(λb 代表匹配一种颜色，需要R 、G 、B 的比例。即取 )(λc = B b G g R r )()()(λλλ++， 就可以匹配出所要求的)(λc 颜色.并且)(λr ,)(λg ,)(λb 是有表可查的，其规律可参见图1.5－1。 图1.5－1 色匹配函数
（6）色度图及色品图 三原色坐标见图1.5－2a,色品坐标见图1.5－2b,实际色谱的色品则示于图1.5－2c 中。由图1.5－2c 可见，三原色系统的色品图中有很大部分出现负值，使用很不方便，为此，国际照明委员会建立了CIE 标准色度系统，解决了这一问题。 图1.5－2 色度及色品图 1.5.4 CIE 标准色度系统 设立标准光源和标准观察者,建立假想色度坐标 ),,(Z Y X ，归一化坐标),,(z y x 和色匹配函数),,(z y x ，以此来建立CIE 标准色度系统。 1） CIE1931标准色度系统 这一色度系统是在观测视场为2°的情况下制订出来的。 （1）标准色度坐标的变换 CIE1931标准色度系统的变换关系为： []???? ????????????????=????????????????????=??????????B G R B G R Z Y X 5943.50565.000601.05907.40002.11302.17517.17689.299.001.000106.08124.01770.02.03100.04900.06508.5 及
CIE标准色度学系统
CIE标准色度学系统 国际照明委员会 (CIE) 规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法，称做CIE 标准色度学系统。CIE标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色。 任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。为了统一颜色表示方法，CIE对三原色做了规定。 光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视觉不同入测得的光谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。为了统一颜色表示方法，CIE取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为标准色度观察者。 CIE对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。 对于物体色，光源、照明和观察条件对颜色有一定影响。为了统一测量条件，CIE 对光源、照明条件和观察条件也做了规定。 一、CIE1931标准色度学系统 CIE1931标准色度学系统，是1931年在CIE第八次会议上提出和推荐的。它包括1931CIE-RGB和1931 CIE-XY Z两个系统，分别介绍如下： （一）1931CIE-RGB系统 该系统用波长分别为7×10-7米（红）、5.461×10-7米（绿）和4.358×10-7米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（R）、（G）、（B）表示。系统规定，用上述三原色匹配等能白光（E光源）三刺激值相等。R、G、B的单位三刺激值的光亮度比为1.000: 4.5907:0.0601；辐亮度比为 72.0962:1.3791:1.000。 系统的光谱三刺激值，由莱特实验和吉尔德（J·Guild）实验数据换算为既定
三原色系统数据后的平均值来确定[详见参考文献]，并定名为“1931 CIE－RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”。简称“1931 CIE－RGB系统标准观察者”。光谱三刺激值分别用、和表示 （二）1931 CIE－XYZ系统 1931 CIE－RGB系统可以用来标定颜色和进行色度计算。但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，也难以理解。因此CIE同时推荐了另一色度学系统，即1931 CIE－XYZ系统。 1931 CIE－XYZ系统选用(X)、(Y)、(Z)、为三原色。用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。该系统的光谱三刺激值已经标准化，并定名为“CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“CIE 1931标准色度观察者”。 1931 CIE－XYZ系统，是在1931 CIE－RGB系统基础上，经重新选定三原色和数据变换而确定的。 1、三原色的确定 确定1931CIE－XYZ系统的三原色 (X)、(Y)、(Z)，遵循以下原则： （1）用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值不应出现负值；（2）实际不存在的颜色在色品图上所占的面积应尽量小； （3）用Y刺激值表示颜色的亮度，同时亦表示色度；而X 和Z刺激值只表示色度，不代表亮度。这种规定给颜色标定带来了很大的方便。
CIE基本色度学分析与计算
高工LED技术中心发布时间：2009-08-04 16:07:39设置字体：大中小 色度学是门研究彩色计量的科学,其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。彩色视觉是人眼的种明视觉。彩色光的基本参数有：明亮度、色调和饱和度。明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说,彩色光能量大则显得亮,反之则暗。色调反映颜色的类别,如红色、绿色、蓝色等。彩色物体的色调决定于在光照明下所反射光的光谱成分。例如,某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势,而其它成分被吸收掉了。对于透射光,其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光,其饱和度越高,颜色就越深,或越纯;而饱和度越小,颜色就越浅,或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅,变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光阴纯色光。色调与饱和度又合称为色度,它即说明彩色光的颜色类别,又说明颜色的深浅程度。 应强调指出,虽然不同波长的色光会引起不同的彩色感觉,但相同的彩色感觉却可来自不同的光谱成分组合。例如,适当比例的红光和绿光混合后,可产生与单色黄光相同的彩色视觉效果。事实上,自然界中所有彩色都可以由三种基本彩色混合而成,这就是三基色原理。 基于以上事实,有人提出了一种假设,认为视网膜上的视锥细胞有三种类型,即红视谁细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。黄光既能激励红视锥细胞,又能激励绿视锥细胞。由此可推论,当红光和绿光同时到达视网膜时,这两种视锥细胞同时受到激励,所造成的视觉效果与单色黄光没有区别。 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
色度学基础知识
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 色度学基础知识 一、 概述 色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的理论与技术的科学， 是以物理光学、 视觉生理、视觉心理、心理物理等学科领域为基础的综合性科学。 在现代工业和科学技术发展中， 存在着大量有关色度学的问题， 颜色与人民生活 的衣食住行密切相关。颜色的测量和控制在一些工农业生产中极为重要， 在许多部门颜 色是评定产品质量的重要指标， 如染料、涂料、纺织印染、 塑料建材、医学试剂、食品 饮料、灯光信号、造纸印刷、电影电视、军事伪装等等， 这一切都是由于颜色科学的建 立， 才使色度工作者能以统一的标准， 对颜色作定量的描述和控制。 在纺织印染、染料和涂料等行业天天与颜色打交道， 过去全凭目测评定， 评定结 果无法记述， 储存。 并受观察者的身体状况、情绪、年龄等影响很大。 随着电子技术 和计算机技术的迅速发展， 测色仪器的测色准确性、重演性和自动化程度大大提高。现 在又有在线检测对提高产品质量， 减少不合格品率更为有用。 为此测色技术在各行各业 日益得到广泛应用。 色彩的感觉是一个错综复杂的过程， 单从物理观点来考虑， 色彩的产生有三个 主要因素： 光源，被照射的物体和观察者。 二.、 光和颜色 1、 光源 光由光源体发出， 太阳光是我们最主要的光源。光辐射是一种电磁辐射波， 包括 无线电波、紫外光、红外光、可见光、X 射线和γ射线等。 我们人类所能见到的光只是电磁波中极小的一部分，其波长范围是380--700nm （纳 米）称为可见光谱。 在可见光谱范围内， 不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉： 700nm 为红色， 580nm 为黄色， 510nm 为绿色， 470nm 为蓝色。单一波长的光表现为一种颜色， 称为 单色光。 物体在不同光源照射下会呈现不同的颜色， 为此国际照明委员会（CIE ）规定了如 下
基础光色度学术语定义
光度学术语定义 1.光通量 在光度学中，光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。辐射通量以光谱光视函数V（λ）（即视见函数，见可见光）为权重因子的对应量。设波长为λ的光的辐射通量为Φe（λ）。对应的光通量为： Φv（λ）＝KmV（λ）Φe（λ） 式中Km为比例系数，是波长为5550埃的光谱光视效能，也叫最大光谱光视效能，由Φe 和Φv的单位决定。光通量的SI单位为流明，Km＝683流明／瓦。复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。 2.发光强度 点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作Iv，即Iv＝dΦv／dΩ。发光强度的SI单位为坎德拉，是光度学中的基本单位，1979年第十六届国际大会通过的坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为540×1012赫兹的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为1／683瓦／球面度。 3.光亮度 光亮度表示单位面积上发光强度。辐射亮度的光度学对应量，其定义为： lv=(div)/dscosθ 式中dS为面光源上的面积元，θ为面元法线与观察方向间的夹角，div是面元在观察方向的发光强度。光亮度的SI单位为坎德拉／米2。光亮度的其他常用单位有熙提和朗伯， 1熙提＝104坎德拉／米2， 1朗伯＝104/π坎德拉／米2。光亮度一般随观察方向而变，若一辐射体的光亮度是与方向无关的常量，则其发光强度与cosθ成正比，此规律称为朗伯定律，这种辐射体称为朗伯辐射体或余弦辐射体。黑体是理想的余弦辐射体。 4.光照度 英文名称：illuminance 单位受照面积上接收到的光通量，单位为lm／㎡，称勒克斯(lx)。发光强度为1lm的点光源在离光源的距离为r处的照度为:Ev=(Iv/r2)cosi 式中i为光沿r方向射到受照面时的入射角（与表面法线夹角）。入射光垂直入射时，cosi＝0，Ev＝Iv／r2 ，此即光照度的平方反比律。 5.光射出度 从辐射源单位表面积发出的光通量。漫反射面受光照后，其光出射度与光照度成正比，比例系数小于1，称漫反射系数。光出射度（luminous exitance）光出射度是表征光源自身性质的一个物理量。光源的光通量除以光源的面积就得到光源的光出射度值。光出射度用lumen/㎡表示，但与照度测试和lux不同，光出射度中的面积是指光源的面积，而不是被照射的面积。平板发射会测试该值。 6.光谱分布 光度量（）在给定波长处的光谱密集度是包含该波长的无穷小的波长间隔内的光度量与相应的波长间隔之商。 Xv、λ=dXv(λ)/dλ Xv代表任一种光度量。光通量的光谱密度集度的单位为流明/纳米（lm/nm）,光照度的光谱密度集度的单位为勒克斯/纳米（lx/nm）,余下类推。 某光度量的光谱密集度与波长的函数关系叫做某光度量的光谱分布。
色度学知识大全
颜色 苹果是红的，柠檬是黄的，天是蓝的，这就是我们大家以日常用语对颜色的判断。我们用色调这一术语在色彩世界里把颜色区分为红、黄、蓝等类别。还有，虽然黄和红是两种截然不同的色调，但是把黄和红混合在一起就产生了橙色（有时称之为黄-红）：混合黄和绿产生黄-绿；混合蓝和绿则产生蓝-绿，等等。把这些色调衔接排列，就形成如图1所示的色环。 当比较各种颜色的亮度（颜色的明亮程度如何）时，颜色就有明亮和深暗之分。例如，将柠檬的黄色和葡萄柚的黄色来说，毫无疑问，柠檬的黄色就比较明亮。把柠檬的黄色和欧洲甜樱桃的红色相比，显然，也是柠檬黄比较明亮。可见，颜色亮度的测量与色
调无关。现在，让我们来看一看图2。图2是图1沿A（绿）B（紫红）直线切开的剖面图。可以看出，亮度沿垂直方向变化，越往上去，色彩越明亮，越往下去，则越深暗。 再来说说黄色。柠檬的黄色和梨的黄色相比较又如何？你可能会说柠檬的黄色更明亮一些，但除此以外还有一个大的差别就是柠檬的黄色显得鲜艳，而梨的颜色则显得阴晦。这种差别称之为色饱和度或鲜艳度。从图2可以看出，紫红和绿两色的饱和度分别由中心向两侧随水平距离的增加而变化。离中心越近，色彩越阴晦；离中心越远，则越鲜艳。图3标出了一些常用的描述色彩亮度和色饱和度的形容词。至于这些形容词表达了什么，请再看一下图2。
能把色调、亮度、色饱和度的关系以直观的方式来表达得清清楚楚。
色彩和光的知识 测量仪器
如果我们测量苹果的颜色，我们得到下列结果：
过去已有好几个人想出多种方法，常常是通过复杂的公式用数量来表示颜色，其目的是使每个人能够更容易地和更准确地做色彩信息交流。这些方法试图提出一种用数字来表示颜色的方法，就好象我们表示长度和重量一样。例如在1905年，美国画家A.H.孟塞尔发明一种表示颜色的方法，这种方法利用大量按照颜色的色调（孟塞尔色调）、亮度（孟塞尔值）和色饱和度（孟塞尔饱和度）分类的色纸片，用来和样品色作目视比较。后来，经过许多进一步实验，该系统经过更新，创立了孟塞尔新表色系统，也就是现在在用的孟塞尔系统。在该系统中，任何给定的颜色按照它的色调（H），亮度值（V）和饱和度（C），表示为一个字母/数字组合（HV/C），并利用孟塞尔色卡作目视测定。其他用数字表示颜色的系统是由国际照明委员会（CIE）研究出来的。其中最为著名的两种系统为Yxy系统和L*a*b*系统。前者是于1931年根据CIE规定的三刺激值XYZ发明出来的，后者是由1976年发明的，以给出更为均匀的相对于视差的色差。这两种色空间*已在全世界用于色彩交流。 *色空间：这是一种用某种符号（例如数字）来表示某物体或某种光源颜色的方法。
LED的色度学特性
1 LED的色温 色温是按绝对黑体来定义的，当光源发出的光的颜色和绝对黑体辐射时所呈现的颜色完全相同时，则此时黑体的绝对温度（单位为开尔文）就称此光源的色温，色温用于量度光线的颜色组成成分，如果光谱成分中短波光线所占的比例增加，长波光线所占比例减少，光就偏蓝，色温就升高；反之，光谱成分中长波比例增加，短波光线所占比例减少，光就偏红，色温就低。 2 LED的色品、明度及色品图 波长与理论单色光的颜色是一一对应的，但对于复色光来说，这一对应关系就不成立了，为了较全面的描术LED的发光颜色，必须引入颜色的色品（色调及饱和度）和明度或色品图。色调、饱和度和明度三个感觉量一起决定了颜色的特征。 （1）色调 色调用于标志LED光颜色的区别。实验证明，自然界的大多数颜色都可用某一单色光和白光按一定比例配成，则此单色光的波长(称主波长) 就是该颜色的色调。非单色光和白光按一定比例配成的颜色的色调可用非单色光的补色波长(主波长)表示。 （2）饱和度
饱和度用来标志颜色的纯洁程度。单色光所呈现的颜色是饱和度最高的颜色。单色光掺入白光成份越多，就越不饱和，掺入白光成份越少，就越饱和。饱和度= 单色光流明数/（单色光流明数+白光流明数） （3）明度（亮度） 明度用来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 （4）色品图 现代色度学采用国际照明委员会(简称CIE)所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。在这个系统中，CIE1931色品图占有相当重要的地位。它明确表示了颜色视觉的基本规律以及颜色混合的一般规律，是色度学的实际应用工具。 CIE1931色品图中，舌形色品图的围线上各点代表光谱色，下缘直线上各点代表非光谱色(即品红色)。它是以三个虚拟基色量(X、Y、Z)为标准规定出来的。其所以如此选择，是首先考虑了以下两个要求：其一、是使任意色的三色系统中的三色系数a、b、c均为正值；其二，是使三色系数中的Y值就是〔x〕的流明数。于是有关明度的色度学信息只存在于标准基色系数Y中。由于每个颜色总与一个明度感觉相关联，从而每个实际颜色必定给出一个正值的流明数。因此，在色品图中，所有实际色量都在Y=0平成的上方。
色度学的基本知识
色度学的基本知识 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，是物理光学，视觉生理，视觉心理等科学为基础的综合性科学。彩色电视技术中的色度学是研究自然界景物的颜色，如何在彩色电视系统中分解，传输，并在彩色电视机屏幕上正确的复显出来。名词解释： 同色异谱：也就是说一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一种颜色可以有不同的光谱分布合成。彩色电视机的颜色复显技术正是利用同色异谱概念，在颜色复显过程中，不是重复原来景物的光谱分布，而是利用几种规格化的光源进行配制。以求在色感上得到等效效果。如在彩电的复显中用的是R，G，B三基色光谱（因为R，G，B三基色可以混合出自然界中绝大多数颜色）的合成来复显原来景物的颜色。 绝对黑体：是指在辐射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。当绝对黑体被加热时，就会发射一定的光谱，这些光谱表现为特定的颜色。 色温：当绝对黑体发射出与某一光源相同特性的光时，绝对黑体所必须保持的温度，便叫某光源的“色温”。 1931CIE-XYZ计色系统 现代色度学采用CIE（国际照明委员会）所规定的一套色测量原理，数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。 白色可分为好多种，有偏红的白色（暖白色），偏蓝的白色（冷白色）等。在彩色电视系统中，为了分解，重现彩色图象，通常也要选择一种白色作为分解，重现颜色的基准白。为了清楚的描述不同的白色，通常把1931CIE-XYZ图中把白色用色度坐标（x，y）来表示，也可以用相关色温和最小分辨的颜色差来表示。图中斜竖线称为布朗克轨迹等色温线，与其垂直的斜线称为最小可分辨的颜色差（Minimum Perceptible Colour Difference，简称MPCD），MPCD为零的斜竖线称为黑体（Black body）轨迹，又称布朗克轨迹。布朗克轨迹上各点呈现的白色代表了绝对黑体在不同绝对温度下呈现的白色
色度学实验
色度学实验 颜色科学在彩色显示、印刷、纺织以及摄影美术行业的作用是巨大的。人眼对物体色彩的视觉感受涉及到物理学（物体的自发光、透射光或反射光形成颜色刺激）、生理学（感光细胞响应与传输，颜色刺激转变为神经信号）、心理学（颜色感知的响应）等等方面。我们所说的色度学是对颜色刺激进行物理测量、数学计算并定量评价的学科，它不涉及神经响应、传输及颜色感知。国际上颜色的定量表述有多种系统，如用色卡表述的孟塞尔表色系统、国际照明委员会推荐的CIE 表色系统等，各系统之间一定条件下可以转换。本实验主要介绍常用的CIE 表色系统，它是基于加色法混色系统发展而来的。 一、实验目的： 1． 了解色度学的基本知识。 2． 初步掌握颜色相加混合与相减混合及颜色匹配等方法。 3． 掌握颜色定量测量与表述方法。 二、实验原理： 1． 三色加法混合与RGB 表色系统中色度坐标的确定 在如图1所示的颜色匹配实验中，利用红[R]、绿[G]、蓝[B]三原色混合匹配颜色 [C]时，可表示为 [C]=R [R]+G [G]+B [B] （1）式 式中[R]、[G]、[B]为原刺激（如取λR =700.0nm ，λG =546.1nm ，λB =435.8nm ），其与基础刺激（等能光谱白光）相匹配时的 光度量L R 、L G 、L B 称为色度学单位。R 、G 、B 分别为匹配 色光 [C]时[R]、[G]、[B]的数量，若匹配 [C]时[R]、[G]、 [B]的光度量分别为P R 、P G 、P B ，则R =P R /L R 、G =P G /L G 、 B =P B /L B ，R 、G 、B 称为三刺激值，对于基础刺激（等能光谱白光）有R =G =B =1 实验表明颜色匹配遵循以下两个法则（格拉斯曼法则）： 比例法则：若[ C 1]= [C 2]，则α[C 1]= α[C 2] 加法法则：若[C 1]= [C 2]、[C 3]= [C 4]，则[C 1]+ [C 3]= [C 2]+ [C 41423显然色光增减、合成时的表述与通常的数学式子完全等价。 我们可以对一定辐射功率（1W ）、波长为λ的单色刺激[C λ]进行匹配可得出： [B][G ][R]][C λλλλb g r ++= λλλb g r 、、是该单色光的光谱三刺激值，称为色匹配系数，作为波长的函数得到的)λ()λ()λ(b g r 、、称为色匹配函数。当某光刺激的光谱功率分布函数P (λ)已知时，各单色光λ、带宽d λ处的功率为P (λ) ?d λ，在格拉斯曼法则指导下，该光刺激的三刺激值可以由下式来求出： ???== = vis vis vis d P B d g P G d r P R λ λλλ λλλλλ)()()()()()( （2）式 值得注意的是色匹配函数是在色匹配实验的基础上确定的，它与原刺激、基础刺激的选取有关，原刺激、基础刺激改变色匹配函数也会改变。 为直观表示三刺激值，可以建一个如图2所示的三维直角坐标系，以[R]、[G]、[B]作为轴的单位向量，那么由三刺激值确定的向量可以代表颜色刺激[C]，更简化一点，可以选取该向量与单位平面R +G +B =1的交点（r +g +b =1）在[R][G]平面的垂直投影点（r ,g ）来表示色[C]，r 、g 、b 可由下式求得：
色度学基本概念
色度學基本概念 5-1色覺的三種屬性(attribute) 光波進入人眼睛到達視網膜上時，引起的色覺具有三種屬性，即「色彩」、「飽和度」及「亮度」。 色彩(hue) 引起視覺的色光，可能是由數種波長的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近缸、橙、黃、綠、藍、紫等純光譜色中的那一種，這種屬性稱為「色彩」；而最接近的光譜色，一般也稱之為色光的「色彩」。太陽光譜中各色光的色彩，可以用其波長表示。因此單一波長的光，就稱為「單色光」。黑色與白色都沒有色彩，介於黑與白中間的灰色，也不具有色彩，或者說它們的色彩未定。 飽和度(saturation) 色彩與飽和度合稱為「色品」。「飽和度」指的是顏色偏離灰色、接近純光譜色的程度。黑、白、灰色的飽和度最低(0%)，而純光譜色的飽和度最高(100%)。純光譜色與白光混合，可以產生各種混合色光，其中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。 亮度(brightness) 「亮度」指的是光所產生的亮暗感覺。就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色則最不亮，灰色則居中。如果由明而暗，製作一系列代表不同等級亮度(稱為灰階)的灰色方塊(如下圖)，則一有色方塊(下圖第二列為黃色)的亮度，可以在同一白光照射下，忽略其色彩與飽和度屬性，藉由視覺比較，找出亮暗感覺相近的灰色方塊，而以該灰色方塊的亮度為其亮度。 5-2色度學(colorimetry) (1)Luminous flux 光通量(與亮度對應) (2)Dominant wave length 主波長(與色彩對應) (3)Purity 純度(與飽和度對應)
(2)+(3)=chromaticity (色度) 一瓦特的任何色光，均可由任意選定的三種不同色彩(如紅、綠〃藍)的色光，以一定比例的光通量(R、G、B)混合，而引發相同的色覺: (R,G,B)3C V(λ)[lm/W/]=R+G+B R,G,B可能為負(負值表示是與待測定的色光混合)。以下為各單色光的R、G、B 值。
现代色度学-第一章 光与彩色视觉
绪论 Introduction
色度学
[基本色度学-basic colorimetry] 色度学是研究人类颜色视觉规律、颜色测量的理论和技术的科学。 从十九世纪30年代到80年代结束，色度学建立了光源、颜色测 量及条件、标准观察者及察条件、色空间、色差、色貌属性等一整 套理论，并得到国际组织广泛采用。 基本色度学这套理论只能描述 简单环境下刺激，与色度学最终解 决复杂环境下颜色度量问题还有很 长的距离。人眼对颜色感知不仅与 视觉细胞接受到颜色本身的刺激有 关，而且与周围的颜色、照度、背 景等环境有关，不同媒体上的颜 色，由于周围环境不同，相同的刺 激，人眼的颜色感觉不同。
[先进色度学-advanced colorimetry] 进入90年代，出现了解释各种色貌现象(color appearance phenomena：Simultaneous Contrast, Crispening and Spreading(扩增现象), Bezold-Brucke Hue Shift, Abney Effect, Hunt Effect, Helmholtz-Kohlrausch Effect, Stevens Effect, Helson-Judd Effect, Bartleson-Breneman Equations, Discounting-the-Illuminant)、不同媒体间颜色传递和数字视 频、其他工业应用的需求等（Vienna Experts Symposium (1996)、Industrial Demand Uniformity of Practice (like CIELAB) ），对基本色度学提出了扩展要求。这些现象表 明，视场(the visual field)的各个方面对刺激色貌的影响。 色貌模型(color appearance models: CAM)就是要解决特 定的照明、背景和观察环境等参数下的CIE色度参数(如三 刺激值)进行色貌属性参数(如明度、彩度、色相) 计算或预 测的一组数学表达式或数学模型，与基本色度学对应即 advanced colorimetry[1]。
色度学基础
第一节色度学基础 色度学与人类工程学 色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以认为是客观的科学, 是与人类无关的。而色度学却是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属于人类工程学范畴, 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。色度学既然是建立在人眼的反应基础上, 对于别的动物就不适用了。好在人类的不同人种之间对光的感受没有太大的区别, 因此色度学是和人种无关的。 绝对亮度( Lv) 的定义是: ( 坎德拉/ 平米) 其中θ 是发光表面法线与给定方向夹角的余弦。由于多数情况下是垂直于发光表面观察的, 所以亮度可理解为单位面积的发光强度( di 为微发光强度, ds 为微发光面元) 。 1 坎德拉的发光强度是频率为540×1012赫兹的光源在每球面度中强度为1/683 瓦的光辐射。由此可见, 亮度与电磁波的辐射强度这个物理量成正比。又由于人眼的感色性的关系, 又与光的波长密切相关。 由于人眼在不同的亮度环境下会自动调节瞳孔的大小, 使进入眼睛的光强总在一个亮度范围之内。因此除了在超出人眼调节范围之外的极暗或极亮的环境之外, 使用相对亮度来表述图像或图片更为方便。例如, 尽管电视屏幕的白场、灯光下的白纸和阳光下的白纸的亮度很不一样, 但都将其定义为100% 的相对亮度。考虑到在电子出版领域的应用, 后面使用亮度这个术语时, 都是表示相对亮度。 亮度和明度 物体的亮度在计算机内都要以整数的方式表示, 例如最亮的为100, 最暗的就是0, 中间还有许多过渡亮度。为了计算方便, 计算机内通常都以 2 的多少次方来表示一个亮度范围。例如0～31、0～63、0～127、0～255。现在最常用的是0～255, 即256 级亮度, 但其他几种方式也常使用; 例如有许多彩色显示卡的32K 色显示方式, 它的亮度等级就是0～31, 共32 级。 由于亮度成了不连续的过渡, 就很有可能使人查觉出亮度的跳跃。32 级亮度就很容易查觉出跳跃, 256 级亮度则很难查觉出跳跃。如果将32 级亮度的灰色块连续显示在屏幕上, 会发现较暗的部分跳跃比较厉害, 较亮的部分则显得连续得多。这个现象很早就被人们发现了。测试人员用一组深浅不同的灰卡, 让被测试者选一张介于最深和最浅之间的灰卡, 结果大多数人选出的灰卡亮度只有18%! 继续这种测试, 在黑色和中间灰之中、中间灰和白色之中……, 直到人们无法区分两种灰卡的深浅为止。将选出的灰卡按由深到浅的顺序排好, 再实测它们的亮度, 发现它的编号(L) 与亮度(Y) 的关系为: L=116( Y )1/3 -16 100 其中L=0～100, Y=0～100。此近似关系经CIE( 国际照明工程师协会) 组织规范化为以上的明度公式。明度是一种心理亮度的度量单位, 同样一幅照片, 如果用32 级等差明度来表示质量要比32 级等差亮度好得多。要达到同等表现质量, 用亮度表示要比用明度多用150% 以上的数据量, 即255 级亮度约只相当于100 级的明度, 在实际使用中, 如果用明
色度学的基本知识
色度学 色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以认为是客观的科学, 是与人类无关的。而色度学却是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属于人类工程学范畴, 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。我们用色度学来评价的结论就是这种综合效果。 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。 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。就技术应用理论上来说，已具备足够的代表性和可靠的准确性。 国际照明委员会(CIE) 国际照明委员会(Commission Internationale ed I'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CIE 1931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“1931 CEL-RGB系统色度图”，后经修改被推荐为1931 CIE-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“CIE 1931色度图”。1964年又综合斯泰尔斯(W.S. Stiles)和伯奇(J.M.Bruch)以及斯伯林斯卡娅(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”。 眼睛的剖视结构 ▲虹膜(Iris):
色度学实验报告 - 中国海洋大学
色度学实验研究 姓名：学号：年级专业：物理学同组者： 研究光源或经光源照射后物体透射、反射颜色的学科称为色度学。这是一门有着广泛应用的学科，目的是对人眼能观察到的颜色进行定量的测量。 色度学本身涉及物理、生理及心理等领域的知识，是一门交叉性很强的边缘学科。人眼对物体色彩的视觉感受涉及物理学(物体的自发光、透射光或反射光形成颜色刺激)、生理学(感光细胞响应与传输，颜色刺激转变为神经信号)、心理学(颜色感知的响应)等方面。我们所说的色度学是对颜色刺激进行物理测量、数学计算并定量评价的学科,它不涉及神经响应、传输及颜色感知。 为了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量，从而能使用光学仪器对色光进行测量，以消除那些因人而异、含混不清的颜色表达方式。 国际上颜色的定量表述有多种系统，如用色卡表述的孟塞尔表色系统、国际照明委员会推荐的CIE表色系统等,各系统之间一定条件下可以转换。本实验主要介绍常用的CIE表色系统，它是基于加色法混色系统发展而来的。 【实验目的】 (1)了解色度学的基本知识。 (2)初步掌握颜色相加混合、相减混合及颜色匹配等方法。 (3)了解并掌握测色原理。 (4)掌握颜色定量表示方法及色度坐标的测定。
【实验仪器】 TCC-1型三色合成仪、WDM1-3光栅单色仪、光电接收装置和微电流计、高压汞灯、镀膜滤色片、照度计、CIE1931色度图等。 【实验原理】 对颜色的描写一般是使用色调、饱和度和明度这三个物理量。色调是颜色的主要标志量，是各颜色之间相互区别的重安参数。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及其他的一些混合色均是因色调的不同而加以区分。饱和度是指颜色的纯洁程度，可见光谱中的单色光最纯;如果单色光中混杂白光后,其纯度将会下降。明度是指物体的透射反射程度。对光源来讲，相当于它的亮度。 1.颜色匹配和颜色三刺激值 实验表明，人眼对相同强度、不同波长的光照引起的反应是不同的，这包括色调和明度的感觉。在色度学中，定义等能光谱引起人眼的色调感觉为白色，称为等能白。在可见光范围，太阳光的光谱近似等能光谱。 我们可以把人眼看成是一个把光的客观物理量转变到生理和心理反应的转换器，从这个观点出发，就必须找出有普遍意义的转换规律。把两种颜色调整到视觉相同的过程称作颜色匹配，它是利用色光加色法来实现的。图1中左方是一块白色板，下方为红光R、绿光G、蓝光B三原色光，上方为任意待配色光C.三原色光照射白色板的下半部，待配色光照射白屏幕的上半部,白色板上、下部分之间用黑屏隔开，白色板的反射光通过小孔射到观察者的眼中。观察者眼中看到的视场范围在2”左右，被分成两部分。颜色匹配实验通过独立调节
CIE标准色度学系统介绍(000002)
二、 1931CIE-XYZ标准色度系统 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。 （一）、CIE-RGB系统与CIE-XYZ系统的转换关系 选择三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。它们在图5-27中的色度坐标分别为： 从图5-27中可以看到由XYZ形成的虚线三角形将整个光谱轨迹包含在内。因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。在XYZ系统中所得到的光谱三刺激值、、、和色度坐标x、y、z将完全变成正值。经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：X=0.490R+0.310G+0.200B Y=0.177R+0.812G+0.011B …………………………（5-8） Z= 0.010G+0.990B 两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为： x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b） y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）………………(5-9) z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b） 这就是我们通常用来进行变换的关系式，所以，只要知道某一颜色的色度坐标r、g、b，即可以求出它们在新设想的三原色XYZ颜色空间的的色度坐标x、y、z。通过式（5-9）的变换，对光谱色或一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能白光的色度坐标仍然是（0.33，0.33），没有改变。表5-3是由CIE-RGB系统按表5-2中的数据，由式（5-9）计算的结果。从表5-3中可以看到所有光谱色度坐标x(l)，y(l)，z(l)的数值均为正值。
色度学测量实验
色度学测量实验 班级：09光信2班实验人：董婷婷学号09330049 组别：A15 合作人：林小琦郭洪斌 一．实验目的 1.了解色度学的基本原理。 2.熟悉WSG-9型色度实验仪的实验装置及软件操作界面，并掌握使用方法。 3.学会用透射或反射方法测量样品的主波长、纯度、色坐标等色度学量。 二．实验原理 色度学是—门研究彩色计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。自然界中所有的颜色分黑白和彩色两个系列，黑灰白以外的所有颜色均为彩色系列，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等，其波长范围从380~780nm之间。彩色有三个特性即明度、色调、色纯度（也称为饱和纯度saturation）。 明度（又称亮度纯度）：是指一种主波长的光谱色被白光冲淡的程度，实质上是表示了主波长光谱色的三刺激值在样品三刺激值中所占的比重，在CIE色度图上无法表示出来。在计算亮度纯度时，用样品主波长的y坐标与样品色坐标的y值的差值乘以兴奋纯度来表示。 色调（也称主波长）：反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。彩色物体的色调决定于在光照明下所反射光的光谱成分。例如，某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势，而其它成分被吸收掉了。对于透射光，其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。色调又称主波长，一种颜色Sλ的主波长，指的是某一种光谱色的波长，这种光谱色按一定比例与一种确定的参照光源相加混合，能匹配出颜色Sλ。 色纯度（也称为饱和纯度、饱和度）：饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光。色调与饱和度又合称为色度，它即说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。 色度纯度：是指主波长的光谱色在样品中所占亮度的比例，在CIE色度图上用白光到样品点的距离与样品点到主波长点的距离的比例表示。 1931 C.I.E系统：物体颜色的定量度量是复杂的，它涉及到观察者的视觉生理、视觉心理以及照明条件、观察条件等许多问题，为了能够得到一致的度量效果，国际照明委员会（简称CIE）规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统。实验证明不同观察者的视觉特性多少是有差别的，但是具有正常颜色视觉的人此差异是不大的，故有可能根据一些观察者进行的颜色匹配实验，将他们的实验数据加以平均，确定一组匹配等能光谱色所需的三原色数据。此数据称为“标准色度观察者光谱三刺激值”，以次来代表人眼的平均颜色视觉特性。当时，不少科学工作者进行了这类实验，但是由于选用的三原色不同及确定三刺激值单位的方法不一致，因而数据无法统一。1931年在美国剑桥举行的CIE第8次会议上，统一了上
§5.9 CIE标准色度学系统
§5.9 CIE标准色度学系统 国际照明委员会(CIE) 规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法，称做CIE标准色度学系统。CIE标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色。 任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。为了统一颜色表示方法，CIE对三原色做了规定。 光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视觉不同入测得的光谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。为了统一颜色表示方法，CIE取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为标准色度观察者。 CIE对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。 对于物体色，光源、照明和观察条件对颜色有一定影响。为了统一测量条件，CIE对光源、照明条件和观察条件也做了规定。 一、CIE1931标准色度学系统 CIE1931标准色度学系统，是1931年在CIE第八次会议上提出和推荐的。它包括1931CIE-RGB 和1931 CIE-XY Z两个系统，分别介绍如下： （一）1931CIE-RGB系统 ?该系统用波长分别为7×10-7米（红）、5.461×10-7米（绿）和4.358×10-7米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（R）、（G）、（B）表示。系统规定，用上述三原色匹配等能白光（E光源）三刺激值相等。R、G、B的单位三刺激值的光亮度比为1.000: 4.5907:0.0601；辐亮度比为72.0962:1.3791:1.000。 ?系统的光谱三刺激值，由莱特实验和吉尔德（J·Guild）实验数据换算为既定三原色系统数据后的平均值来确定[详见参考文献]，并定名为“1931 CIE－RGB系统标准色度观 察者光谱三刺激值”。简称“1931 CIE－RGB系统标准观察者”。光谱三刺激值分别用、 和表示 （二）1931 CIE－XYZ系统 ?1931 CIE－RGB系统可以用来标定颜色和进行色度计算。但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，也难以理解。因此CIE同时推荐了另一色度学系统，即1931 CIE－XYZ系统。 ?1931 CIE－XYZ系统选用(X)、(Y)、(Z)、为三原色。用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。该系统的光谱三刺激值已经标准化，并定名为“CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“CIE 1931标准色度观察者”。