(完整版)第三章CIE色度学体系。
色度学原理与CIE标准色度系统
颜色光匹配实验
“同色异谱”的颜色 配对：由三原色组成 的颜色的光谱组成与 被匹配的颜色光的光 谱组成可能不一致。
500nm左右，红光出 现了负值？
匹配此波长的光谱色时，需要将红色光源移至下 方目标光源处，从而上下方的光源可以做到颜色 匹配，因此在曲线图中产生负的函数。
1.2 亮度相加
• 三种不同颜色的色光：P*、Q*、R*。
颜色方程 C[C]=R[R]+G[G]+B[B]
• 可以将R*、G*、B*、C*看作是向量， [R]、[G]、[B] 、[C] 为单位向量，R、G、B、C为相应的颜色强度和色量。
• R、G、B为颜色的三刺激值 • C[C]=R[R]+G[G]-B[B]（举例：黄单色光）
r+g+b=1
• 色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。
b=0.0028
(Y):r=-1.7392 g=2.7671
b=-0.0279
(Z):r=-0.7431 g=0.1409
b=1.6022
➢将 X Y Z 三 角 形 转 换 为 麦 克斯韦直角三角形，即得 到目前通用的1931CIEXYZ色度图。 根据XYZ三点在r-g图中 的坐标以及色度转换矩阵， 我们可以先求出规化矩阵 [k]，从而求算出两个色度 图的色度坐标转换关系。
3 均匀颜色空间和色差公式
色差是指两个颜色在颜色 知觉上的差异，它包括明 度差、彩度差和色相差三 方面。
心理概念，表示物体表面色而 非光色，常用色相、明度、饱
和度表示
如果能够以两点的距离表示色差，就实现了数字表达。
理论上是可以的，但是有两个问题需要解决。
问题1：色差是知觉色的差异，是以人对物体颜 色的感觉为基准的。
CIE标准色度学系统
⑶规定（ 规定 X）和（ 和 Z）的亮度为 的亮度为0，XZ线称为无 亮度线 无亮度线 的各点只代表 度 亮度线。无亮度线上的各点只代表色度， 没有亮度，但Y既代表色度，也代表亮度。 为了使用方便，XYZ三角形经过转换就成 为麦克斯韦直线三角形，即目前国际通用 的CIE 1931 色度图。
• CIE 1931 标准观察者光谱三刺激值 标准 察者光谱 刺激值X‐，Y‐，Z‐ 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。在理论上，要 想得到某一波长的光谱颜色 想得到某 波长的光谱颜色，可以从表中 可以从表中 ‐ ‐ ‐ 或图上查出相应的X ，Y ，Z 三刺激值，也 就是说 按X‐，Y‐，Z‐数量的红、绿、蓝设 就是说，按 数量的红 绿 蓝设 想原色相加，便能得到该光谱色。
X k ( ) x ( ) Y k ( ) y ( ) Z k ( ) z ( )
4. 根据下式，求出光源的色度坐标。 根据 式 求出光源的色度坐标
X x X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
1931 CIE‐RGB系统
莱 特 （ W.D.Wright,1928‐1929 ） 选 择 650 、 530 和 460nm 的 三 原 色 和 吉 尔 德 （J.Guild,1931）选择630、542和460nm三原 色，由若干名观察者在2°视场范围内，用 视场范围内，用 这三种原色匹配等能光谱的各种颜色。
光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系为： 光谱 刺激值与光谱色色度坐标的关系为 r＝ r‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ）， g＝ g‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ）, b= b‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ） 1931 CIE‐RGB 系统用700nm，546.1 546 1 nm和 435.8 nm作为三原色是因为700nm是可见光 的红色末端 546.1 的红色末端， 546 1 nm和435.8 435 8 nm是两个较 为明亮的汞亮线谱，三者都比较容易精确 地产生 来 地产生出来。
第三章 CIE色度学体系
V(λ) Y：亮度因数
三 刺 激 0.5 值
400 500 600
λ(nm) 700
第三章 CIE色度学体系
• 与RGB系统相同之处是XYZ三原色单位也 以匹配等能白的数量为一个单位，因而 在两个系统中等能白具有相同的色品坐 标，且X=Y=Z代表非彩色；
1.1302 x 6 .7846 y 0 .0601 6 .7846 1.6387 r 0 .6215 g 3 .0157 r 0 .3857 g 0 .9399 r 4 .5306 g 3 .0157 r 0 .3857 g
蓝 460nm
582.8nm
494nm
白
• 吉尔德： 滤色片产生的红、绿、蓝 相当于 630 nm 542 nm 460 nm 等量混合： 匹配4800 K的白色
第三章 CIE色度学体系
结果：
• 匹配某些光谱色时，需要某一原色为负 值； 说明什么？
( C ) r ( R ) g ( G ) b ( B )
• 三刺激值XYZ—匹配一颜色所需色假想三原 色数量（等数量时匹配出等能白光） • 三刺激值X、Y、Z，相当于红、绿、蓝的含 量 • 匹配等能单色光所需的XYZ三原色数量为 “CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”， 简称“CIE1931标准色度观察者”，记作 y z y x ( ) 、 ( ) 、 ( ) ，或 x 、 、 。 z
r=g=1/3时，x=y=1/3
第三章 CIE色度学体系
• 色品图性质
1）色品图中心为白 点（非彩色点）， 2）边缘轨迹上的点 代 表不同 波长的 光 谱色，饱和度最高。 越 接近色 品图中 心 （ 白点） ，颜色 的 饱和度越低。 3）围绕色品图中心 不 同的角 度 ，颜 色 的色调不同。
国际照明委员会色彩体系-CIE色彩系统-色彩学
国际照明委员会色彩体系-CIE色彩系统-色彩学
CIE系统是国际照明委员会(International Commission of Illumination)在1931年正式采用的国际测色标准。
是基于Young和Helmholtz的色光三原色理论，利用光学仪器测量色彩，是一种科学、准确的色彩系统。
CIE颜色系统
颜色是一门很复杂的学科，它涉及到物理学、生物学、心理学和材料学等多种学科。
颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事。
现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准，但是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受。
RGB模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但它是一种与设备相关的颜色模型。
每一种设备(包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等)使用RGB模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能相互通用。
色度学原理与CIE标准色度学系统介绍课件
色度学原理与CIE标准色度 学系统介绍
12
2
2.5 光谱三刺激值
如果已知色光E的光谱功率分布，怎样来确 定它的三刺激值及色度坐标呢？
设：光谱功率分布为E()，
光谱色 的色度坐标r()、g()、b()。
首先找出单色光E()d的色量值dC()，
单色光E()d的亮度：kV()E()d，
其对应的C值dC()：
学系统介绍
+Y 16
{Y}
+
Z
{Z}
2
2.7 CIE 标准色度观察者
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。此系统是以两组现代 色度学的基本视觉实验数据为基础的。
CIE l931标准色度观察者光谱三刺激值，适 于1o～4o视场的颜色测量；
2
色度学原理与CIE标准色度学系 统介绍
2
色光匹配：
Red
Green Blue
nm 700
546.1
435.8
色度学原理与CIE标准色度 学系统介绍
2
2
颜色转盘 色度学原理与CIE标准色度
学系统介绍
3
2
颜色匹配的方法：
• 光谱匹配：不同光谱成分的混合（调节光源的 发射光谱、物质的吸收与反射光谱。
原色能相加匹配出等能白色(E光源)，然后
在2o观察条件下，采用目视配色仪上匹配
出等能光谱色的 R、G、B分量，称为1931
年CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺
激值，用
r、g、b
色度学原理与CIE标准色度 学系统介绍
18
1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者 2
CIE标准色度学系统
CIE标准色度学系统CIE标准色度学系统，全名为国际照明委员会标准色度学系统，是一种用于量化和描述颜色的科学方法。
它是由国际照明委员会（CIE）开发和推广的，目的是建立一个统一的国际标准，以便不同地区和领域的人们能够使用相同的术语和工具来描述和测量颜色。
CIE标准色度学系统基于人类视觉系统的特性和颜色感知的原理，广泛应用于工业工程、设计、艺术和科学研究领域。
下面将详细介绍CIE标准色度学系统的基本原理和应用。
CIE标准色度学系统是基于三个基本刺激色彩：红色，绿色和蓝色。
它们被称为三刺激值，并用X、Y和Z表示。
这些基本刺激色彩可以组合成所有其他的可见光颜色。
CIE标准色度学系统通过测量和描述三刺激值的相对量来定量描述颜色。
这些相对量是通过比较样品与已知标准的颜色之间的差异来确定的。
以CIE标准光源和CIE标准观察者为基准，CIE标准色度学系统提供了一种一致和可重复的方法来测量和描述颜色。
CIE标准色度学系统的应用非常广泛。
在工业工程中，它可以用于设计和控制光照，以确保产品的颜色一致性。
例如，在汽车制造业中，使用CIE标准色度学系统可以确保一个车型的不同部件的颜色一致，这对于提高产品质量和顾客满意度非常重要。
此外，CIE标准色度学系统还可以用于指导产品的色彩设计和开发，以满足不同顾客的需求和喜好。
在设计和艺术领域，CIE标准色度学系统可以用来操纵颜色，以实现特定的视觉效果。
例如，可以使用CIE标准色度学系统来调整图像和照片的颜色平衡，并根据需要增强或减弱特定颜色的亮度和饱和度。
此外，CIE标准色度学系统还可以用于指导画家和设计师在他们的作品中使用颜色。
在科学研究领域，CIE标准色度学系统可以用来研究和理解人类视觉系统的特性和颜色感知的机制。
通过研究CIE标准色度学系统，科学家们可以更好地了解色盲和其他视觉障碍的发生机制，并开发更好的方法来诊断和治疗这些问题。
总之，CIE标准色度学系统是一种用于量化和描述颜色的标准化方法。
色度学原理与CIE标准色度学系统
色度学原理与CIE标准色度学系统一、引言色度学是一门研究颜色的科学，它涉及到物体反射、发射和感知的光的属性。
色度学的研究对于许多应用领域都具有重要意义，如图像处理、印刷、设计等。
CIE标准色度学系统作为国际上广泛应用的色度学标准，为我们提供了描述颜色的一套分析方法和标准。
二、色度学基础2.1 光的色彩与频率色彩来源于光的特性，光的色彩与其频率有直接关系。
常见的可见光波长范围在380-780纳米之间，对应的频率范围为400-790THz。
不同频率的光波经过人眼感觉，形成不同的颜色感知。
2.2 色光三基色原理色光三基色原理是指将可见光的色彩分解为三种基本色彩，通过不同的基本色彩的混合来形成各种其他颜色。
一般来说，最常用的三基色是红色、绿色和蓝色，这也是彩色显示技术的基础。
2.3 颜色感知人眼对于颜色的感知是通过视锥细胞来实现的。
根据颜色的感知级别，可以将颜色分为亮度、饱和度和色相三个属性。
亮度表示颜色的明暗程度，饱和度表示颜色的纯度，色相表示颜色的种类和类别。
三、CIE标准色度学系统3.1 CIE标准色度学系统简介CIE标准色度学系统是国际照明委员会（CIE）制定的一套描述和标准化颜色的系统。
它通过数学模型和测量标准，将各种颜色归纳成一组三刺激值，即人眼对应的红、绿、蓝三种光的感知量。
3.2 CIE XYZ色彩空间CIE XYZ色彩空间是CIE标准色度学系统的基础，它是一种线性变换的色彩空间，能够精确地表示所有可见光的颜色。
CIE XYZ色彩空间以人眼的感知为基础，通过三个轴表示红、绿、蓝三种感知的亮度值。
3.3 CIE色度图CIE色度图是CIE标准色度学系统中的一种图形表示方式，它将颜色以坐标的形式展示在一个平面内。
CIE色度图中，色度坐标表示颜色的色相和饱和度，亮度值表示颜色的亮度。
通过CIE色度图，可以直观地比较不同颜色之间的差异。
3.4 CIE L a b*色彩空间CIE L a b色彩空间是一种非线性变换的色彩空间，它将颜色表示为一组三维坐标。
CIE标准色度学系统
28
29
21
1—CIE1931标准色度学系统
CIE1931标准色度图 特点： 1.x +y + z=1 ∆λ=5nm 2.光谱轨迹特点 3.三原色坐标 4.无亮度线 5.等能白光点 6.主波长 7.色饱和度 8.混合中间色 1.700-770nm 9.颜色视觉特点 2.540-700nm
3.380-540nm 4.互补色
22
2—CIE1964补充色度学系统
• 适用范围：适合10°大视场观察
实验者 三原色 被试数 量 视场范围 三原色单位规定
645.2nm红光、 斯泰尔和 526.3nm绿光、 伯奇 444.4nm蓝光 640nm红光、 斯柏林斯 545nm绿光、 卡娅 465nm蓝光
49
10°
相加匹配NPL白色的条件 下，定三者为等量关系
11
12
1—CIE1931标准色度学系统
1931CIE-RGB系统的缺陷： 标定光谱的三原色总是有负值出现，计算起来极不方 便、且不易理解。
改进
1931标准色度学系统
1931CIE-XYZ系统(CIE1931标准色度学系统) 在1931CIE-RGB系统的基础上，改用三个假设的三原色 （X），（Y），（Z）建立了一个新的色度图，同时将匹 配等能光谱各种颜色的三原色数值标准化。
莱特
10
2°
630nm红光、 吉尔德 542nm绿光、 460nm蓝光
7
2°
相加匹配NPL白色的条件 下，定三者为等量关系
7
8
接近三原色三角 形的中心
9
1—CIE1931标准色度学系统
1931CIE-RGB色度学系统由二人的结果经过结合、转换 取平均值得到
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CIE标准色度学系统特点：
1.是一种混色系统，以颜色匹配实验 为出发点建立起来的。
2.用组成每种颜色的三原色数量来定 量表达颜色。
2°
白屏
匹配人类视觉
红
绿
响应
蓝
2° 观察者
2°
等能光谱色
等能白光
2°
挡屏
颜色视觉特性
2°视场下用上述选定三原色匹配等能光谱色的 R、G、B三刺激值，用光谱三刺激值 r , g ,b 来表示 ，这一组函数叫做“CIE1931-RGB系统标 准色度观察者光谱三刺激值”，简称“CIE1931RGB系统标准色度观察者”。以此来代表人眼2° 视场的平均颜色视觉特性。
在颜色匹配中，用于颜色混合以产生任意颜 色的三种颜色叫做三原色 。 primary color 原色
通常加色混色中使用红、绿、蓝三种颜色光 为三原色是为了得到最多的混合色。因为视网膜 上的锥体细胞只含有红、绿、蓝三种感色物质。
三原色可以任意选取，只要三原色中任何一种原色 不能由其余两种原色相混合得到就可以。
选某一特定波长的红、 绿、蓝三原色去进行混 合，直到三原色光以适 当比例匹配标准白光， 我们将此时的三原色数 量均定为一个单位(R)、 (G) 、(B)。
即匹配标准白光时三 原色的数量R、G、B( 三刺激值)相等， R=G=B=1。
三、光谱三刺激值
（spectral tristimulus values）
任意色光都是由单色光组成的，可以 理解为都是混合色光，那么如果各单色光 的光谱三刺激值预先测得，根据混色原理 就能计算出该色光的三刺激值来。
R
k
(
)r
(
)
G k( )g( )
B k( )b ( )
φ(λ)——颜色刺激的光谱分布 k——归化常数
——计算所用的波长间隔
四、色品坐标和色品图
三原色各自在R+G+B总量中的相对比 例叫做色品坐标，用符号r，g，b来表示。 （chromaticity coordinates）
CIE1931-RGB系统标准色度观察者 光谱三刺激值曲线
0.4
三 刺 激 0.2 值
r(λ) b(λ)g(λ) Nhomakorabeaλ(nm)
光谱三刺激值与光谱色色品坐标的关系式
r r（） r（） g（）b （）
g g（） r（） g（）b （）
b b（） r（） g（）b （）
光谱轨迹
CIE1931-RGB系统色品图及(R)、(G)、(B)向(X)、(Y)、(Z)的转换
• 选择三原色：
700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B) • 确定三原色单位：
将相加匹配出等能白光(E光源)时三原色 各自的数量定为三原色的单位。即从色彩角度， 三原色等量（R=G=B=1)混合得到白光。
白光色品r=g=b=1/(1+1+1)=0.33
三原色单位亮度比：Lr:Lg:Lb=1.000:4.5907:0.0601
3.不是用颜色的三个色貌特征明度、 色调、彩度（饱和度）的大小为度 量来表示颜色。
3.1颜色匹配（colour matching） 3.1.1 颜色匹配实验
把两种颜色调节到视觉上相同或相等 的过程叫作颜色匹配。
颜 色 匹 配 实 验
3.1.2 三刺激值和颜色匹配方程
一、三刺激值（tristimulus values）
3.2 CIE标准色度系统
现代色度学采用CIE所规定的一系列颜色测 量原理、条件、数据和计算方法，称为CIE标准 色度系统。这一色度系统以两组基本颜色视觉 实验数据为基础：
•CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值
（1°-4°视场）
•CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值
（>4°视场）
3.2.1 CIE1931-RGB系统
第三章 CIE色度学体系
颜色是光作用于人眼后所形成的神经反应， 不是单纯的物理量，想要将颜色感觉定量描述很 不容易，它与照明条件、观察条件、视觉生理、 视觉心理、文化习俗、经验习惯等等均有关系， 长久以来，科学家们一直在探索将颜色感觉以确 定唯一的一组数据准确表达的方法。
CIE标准色度系统
（CIE standard colorimetric system）
色品坐标与 三刺激值关系式
r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B) b=B/(R+G+B)=1-r-g
色品图（Chromaticity diagram）
标准白光(W)
r
R RG
B
1 111
0.33
g
R
G G
B
1 111
0.33
b
R
B G
B
1
r
g
0.33
以色品坐 标r，g表示 的平面图称 为色品图
C(C) R(R) G(G) B(B)
“≡”表示颜色相互匹配 C(C)代表该颜色的矢量 C代表矢量的长度 ，(C)代表矢量的方向； (R) 、(G) 、(B)代表三原色，是三个坐标轴方向 上的单位矢量， R、G、B是三刺激值，为代数量，是(R) 、(G) 、(B)三
个坐标轴方向的分量。
三刺激值单位的确定：
匹配等能光谱中各单色光所需的三原色数 量称为光谱三刺激值，又称为颜色匹配函数， 用符号ｒ，ｇ，ｂ 表示。 （读作r bar……） 或 r ( ), g( ), b ( )
单色光的颜色方程：
C()(C) r ()(R) g()(G) b ()(B)
[380nm,780nm]
任意颜色刺激的三刺激值
注意：出现了负的三刺激值与色品坐标值
加入待匹配色一侧视场的原色数量为负值。
CIE1931-RGB系统的光谱三刺激值r , g ,b
是由实验获得的，代表了视觉的光谱特性，本 来可以用于色度计算，但由于光谱三刺激值与 色品坐标都出现了负值，计算起来不方便，又 不易理解，因此，1931年CIE讨论推荐了一个 新的国际通用色度系统—CIE1931-XYZ系统。
颜色匹配实验中，当与待测色达到色 匹配时所需要的三原色的数量，称为三 刺激值，记作R、G、B。
通过颜色匹配实验获取表示颜色的 三刺激值，这就是CIE标准色度系统的 基本出发点。
颜色空间
G
一种颜色与一组R、 G、B值相对应，R、G、 B值相同的颜色，颜色感 觉(外貌)必定相同。
B
C R
二、颜色匹配方程