色度学的基本知识
4.11_色度学基础
色度学基础色度学是对颜色刺激进行测量、计算和评价的学科§颜色的分类和特性一颜色及其分类颜色：不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官后所产生的心里感受颜色和波长的关系并不是完全固定的光谱上除572nm（黄）、503nm(绿)和478nm(蓝)是不变的颜色外，其它颜色在光强增加时都略向红色或蓝色变化“贝楚德－朴尔克效应”色度学则是将主观的颜色感受和客观的物理刺激联系起来的科学二颜色的表观特征•明度：表示颜色明亮的程度对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关物体色，和物体的透射比或反射比有关•色调：区分不同彩色的特征•饱和度：颜色接近光谱色的程度，彩色的纯洁性§颜色混合•颜色混合Ø色光混合：加混Ø色料混合：减混色•格拉斯曼颜色混合定律Ø人的视觉只能分辨颜色的三种变化Ø两种颜色混合，如果一种颜色成分连续变化，混合色的外貌也连续变化补色律：每一种颜色都有相应补色中间色律•混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和Ø亮度相加定律•颜色外貌相同，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合种等效Ø凡是视觉上相同的颜色是等效的Ø代替律§颜色匹配一颜色匹配实验•把两个颜色调节到视觉上相同的方法叫颜色匹配颜色转盘法色光混合匹配实验利用颜色光相加实现CIE标准色度系统•物体颜色是光刺激人的视觉器官产生的反应，要将观察者的颜色感觉数字化，国际照明委员会(CIE)规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统，这一系统是近代色度学的基本组成部分，是色度计算的基础，也是彩色复制的理论基础之一。
•CIE标准色度学系统是一种混色系统，是以颜色匹配实验为出发点建立起来的。
用组成每种颜色的三原色数量来定量表达颜色。
三刺激值和色度图•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。
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。
色度学基础(色温)
饱和度是指色彩的鲜艳程度，也称色彩的纯度。饱和度取决于该色中含色成分和消色成分 （灰色）的比例。含色成分越大，饱和度越大；消色成分越大，饱和度越小。
Brightness亮度
彩色三要素
Hue Lightness Saturation
混色规律及实现方法
相加混色——光的合成，各分色的光谱成分相加，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基
表色系统
显色系统(Color Appearance System) (按照所见颜色的心理感受对颜色进行分类、整理)
混色系统 (根据光的混色实验，按照必要的基准色光的混和 量 ，对某种颜色与基准颜色是否相等作出判断)
孟塞尔(Muncell) 表色系统 德国DIN表色系统 瑞典Nature Color system
CIE表色系统 CIE1931RGB CIE1931XYZ CIE1976 L*a*b* CIE1960 L*u*v*
孟塞尔表色系统
竖直方向 ➢中央轴代表明度，它在底盘位置的明度为0，代表黑色；而在中央轴的顶端的照度为102，代表白色；在 此二位置的中间则均分为10等分。由此，照度轴上共有11个刻度。 水平方向 ➢孟塞尔立体的剖面还用横竖线分成很多小格,离中央轴的水平距离则用饱和度表示。饱和度C的竖直有2、 4、6、8、10、12、14。 底盘弧度方向 ➢底盘有五个主要色相：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）和五个中间色调：黄红（YR）、 绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。
冷暖色调
生理上的感觉如，红、橙、黄为暖色系；蓝、绿、黑为冷色系。
色温
早霞 黄昏 正午 其它白天时段 白天正午的阴影和月夜 白炽灯 聚光灯 烛光 新闻灯 三基色日光灯 商场日光灯 蜡烛及火光 朝阳及夕阳 家用钨丝灯 日出后一小时阳光
色度学基础知识
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。
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（从6000—20000K），竖斜线与布朗克轨迹相交的各点，均称为相应竖斜线上的点所表征的白色的相关色温点，与布朗克轨迹相交的斜线称为等相关色温线。
色度学基本信息
一、颜色刺激能够引起颜色知觉的可见辐射的辐通量称做颜色刺激。
颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用(λ)表示。
颜色刺激是纯物理量。
二、三原色能够匹配所有颜色的三种颜色，称做三原色。
匹配实验表明，能够匹配所有颜色的三种颜色不是唯一的。
人们通常选用红（R）、绿（G）、兰（B）做为三原色，其原因可能是：用不同量的红、绿、兰三种颜色直接混合，几乎可得到经常使用的所有颜色; 红、绿、兰三种颜色恰与人的视网膜上红视锥、绿视锥和兰视锥细胞所敏感的颜色相一致。
三、三刺激值在颜色匹配中，以一定数量的三原色完成某种颜色的匹配。
匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。
颜色方程中的R、G、B 就是三刺激值。
三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位来度量。
过去人们在不同的场合对三刺激值的单位有过不同的规定。
例如，规定匹配某种指定的标准白光（W）的三刺激值相等，且均为1单位。
在标准色度学系统中，三刺激值有统一的定标方法，下节中将具体加以介绍。
对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色。
四、光谱三刺激值或颜色匹配函数用红、绿、兰三种颜色可以匹配所有颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。
匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺激值。
对于不同波长的光谱色，其三刺激值显然为波长λ的函数，故也称之为颜色匹配函数，一般用、和表示。
光谱色的颜色方程为(5-47)光谱色是很饱和的颜色，光谱三刺激值、和中有可能为负值。
等能光谱是指各波长辐射能量相等，只有在此条件下，所得到的光谱色三刺激值才是可比较和有意义的。
颜色匹配函数是重要的色度量，它是在颜色现像研究中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带。
五、色品坐标及色品图在颜色研究和量度中，有时不是用三原色的数量、即三刺激值R、G、B来表示颜色，而是用三刺激值各自在三刺激值总量R+G+B中所占的比例来表示颜色。
三刺激值各自在三刺激值总量中所占的比例，叫做颜色的色品。
色度学基础知识
色度学基础知识什么是色度学？色度学是研究色彩的科学，也被称为颜色学。
它涉及颜色的感知、产生、测量和应用等各个方面。
色度学不仅仅关注颜色的外观，还研究颜色的物理和化学特性以及其在人类生活和工业中的应用。
主观与客观颜色在色度学中，我们经常讨论主观和客观颜色。
主观颜色是指人们通过视觉系统感知到的颜色，它受到个体的视觉特性和观察条件的影响。
相比之下，客观颜色是测量和描述颜色特性的科学方法。
在主观颜色的研究中，我们了解了人类视觉系统的工作原理。
视觉系统通过不同类型的感光细胞和神经传递来识别和解释外部光线的不同波长。
这些信息被传递到大脑中的视觉皮层，并被解释为不同的颜色。
客观颜色的研究则使用了各种仪器和方法来测量和描述颜色。
光谱仪是一种常用的工具，可以将光线分解为其组成的不同波长。
通过测量各个波长的强度，可以确定光线的颜色。
色彩空间色彩空间是用来描述颜色的一种系统。
它由不同的坐标轴组成，每个坐标轴表示颜色的一个特定属性。
常见的色彩空间有RGB、CMYK和HSB等。
•RGB色彩空间是由红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）三个原色组成的。
这种色彩空间常用于电子设备和计算机上的颜色显示。
•CMYK色彩空间是由青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Black）四个颜色组成的。
它常用于印刷行业，用于混合油墨来产生不同的颜色。
•HSB色彩空间代表色相（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）。
色相表示颜色的种类，饱和度表示颜色的纯度，亮度表示颜色的明暗程度。
不同的色彩空间可以用来描述不同的颜色特性，选择适合的色彩空间可以更准确地表示和处理颜色。
颜色的应用在生活和工业中，颜色有许多应用。
颜色可以通过情绪而产生不同的影响，对于个人和品牌来说具有重要的影响力。
在设计领域，颜色可以用来传达特定的情感和理念。
例如，在广告中使用红色可以引起人们的注意力和兴奋感，而使用蓝色则可以传达平静和安全的感觉。
第2章_基本色度学及相关知识
谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。 它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型 日光色度轨迹。 标准照明体D与实际日光具有比较相近的相 对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更 符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推 荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为 6504K的日光 ) 。
某一光源的光谱功率分布函数 S 光谱三刺激值与波长的关系函数 r g b 在某一波长λ的三刺激值为
d r KS 有：
d b KS
r d
r g b
dg K S g d
b d
标准照明体B
标准照明体B代表相关
色温约为4874K的直射 阳光，它的色度坐标紧 靠普朗克轨迹。 相对光谱功率分布曲线
标准照明体C
标准照明体C代表相
关色温大约为6774K的 平均日光，其光色近似 阴天天空的日光，色度 坐标位于普朗克轨迹的 下方。 相对光谱功率分布曲线
标准照明体D
0.3721 0.4091 0.4402 0.3138 0.3779 0.3129 0.3458 0.3741 0.3458 0.3805 0.4370
0.3751 0.3941 0.4031 0.3452 0.3882 0.3292 0.3586 0.3727 0.3588 0.3769 0.4042
蓝色和红色染料染样品的反射率曲线
100 80
反射率 (%)
A B C D 460 520 580 640 700
60 40 20 0 400
波 长 (nm)
A—艳蓝色染料1%（owf） B—艳蓝染料2%（owf） C— 深蓝色染料 D—红色染料
色度学基础
• 例如，某个混色后的色效果，可以表示成下式。 • F=3.6（R）+4.8（G）+0.8（B） • 这个表达式的意义是： • 红色分量是3.6个红单基色量 R=3.6 • 绿色分量是4.8个绿单基色量 G=4..8 • 蓝色分量是0.8个蓝单基色量 B=0.8 • 可见（2.3）式中的R、G、B在实际应用中是一些具体 的数字量。这三个值称为“三刺激值”。这三个值决 定了混色光的结果颜色性能，还决定了混色光的光通 量。
色度学
• 色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技 术的学科。颜色感觉与听觉、嗅觉、味觉等一样都是
外界刺激使人的感觉器官产生的感觉。
• 色度学是研究颜色度量和评价方法的学科，是宜光学、
视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合
性科学。
基本物理量
1、色品坐标 色品坐标（x，y）和色品坐标（u，v）来自色度学，这个坐标 是人为构建的一个颜色坐标体系，最初来源于颜色匹配实验，构 建出 R G B 坐标系，后来发现这个坐标系不便于计算，又利用数 学方法转换成没有负值的xy坐标系，这个时候 里面对应的坐标值 就是你说的色品坐标（x，y），在这个坐标之后人们发现x,y坐标 和人眼对颜色的感知上来说并不是均匀的，为了改变色度坐标图 中颜色宽容量不等的缺陷，国际照明委员会于1960年，建立了U-V 色度坐标图，也称均匀色度坐标图。两者在数学的关系是：
基本物理量
基本物理量
8、色偏差 是指电脑计算的配方与目标标准的相差，以单一照明光源下计算，
数值愈小，准确度则愈高。但是要注意，它只代表某一光源下的
颜色比较，未能检测于不同光源下的偏差。
归一化光谱功率分布函数S(λ)
• 归一化光谱功率分布：辐射功率与波长的函数关系。
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视神经放大图片
视觉原理
进入眼睛的光线被视网膜 （Retina)上的杆状（Rod）和 锥状( Cone)细胞（见右图）所 接受，并产生电子讯号刺激后方 的神经细胞层在精于大脑整合产 生视觉影像。
杆状（Rod）细胞主司明暗的判 别，平均约有1亿两千万个细胞， 可接受400～600nm波长的光线， 不具色彩判别力。锥状( Cone) 细胞，则集中在视网膜中央的部 分，可接受400～700nm波长的 光线，具辨别色彩的能力，但数 量只有6百万个。这也说明了为 什么人的眼睛对明暗对比的判定， 要比色彩的变化来的敏感的原因。
虹膜上的小孔叫瞳孔﹐瞳孔的大小可以改变﹐以便调节进入眼 睛的光通量。在低亮度它完全打开时﹐直径可达8mm左右﹐而在高 亮度环境中﹐其直径为1.5mm左右﹐其有效孔径(光圈)从f/11到 f/2﹐焦距约为16mm。
视网膜由一个感光细胞薄层组成﹐上面的细胞分为两种类型﹕ 一种是锥形的﹐一种是杆形的﹐它们大约有一亿二千五百万个﹐不 均匀地分布在视网膜上。这两类细胞的作用不同﹐杆形细胞作用相 当于高灵敏度﹑粗颗粒的黑白底片﹐它在很暗的光照下还能起作用 ﹐但不能区别颜色﹐的到的像轮廓不够清晰﹔锥形细胞作用相当于 灵敏度比较差﹑颗粒细的彩色底片﹐它在较强的光照下才能起作用 ﹐能区别颜色﹐得到的像的细节较清晰。
*水晶体(Lens)： 虹膜后透明双凸透镜，两曲面之曲 率不同，厚4mm，9mm直径曲光 率靠睫状肌(Ciliary Body)收缩而 改变。
眼睛的剖视放大图片
视觉原理
人眼基本上可以看成是一个包含在巩膜内的不透光暗室。它具 有一个由角膜﹑前房水﹑水晶体和玻璃体组成的折射光学系统﹐它 们将入射光线聚焦在眼球后面的视网膜上形成一个倒像。
视觉暂留现象
人眼之所以能够看清一个物体，乃是由于该物体在 光的照射下，物体所反射或透射的光进入人眼，刺激了 视神经，引起了视觉反应。当这个物体从眼前移开，对 人眼的刺激作用消失时，该物体的形状和颜色不会随着 物体移开而立即消失，它在人眼还可以作一个短暂停留， 时间大约为1/10秒。物体形状及颜色在人眼中这个短暂 时间的停留，就称为视觉暂留现象。正因为有了这种视 觉暂留现象，人们才能欣赏到电影、电视的连续画面。 视觉暂留现象是视错觉的一种表现。
眼睛的剖视结构
*角膜(Cornea): 眼球壁的正前方，1mm厚，为一 弹性的透明组织占眼球壁面积1/6， 光线经角膜曲光折射进入眼内。
*虹膜(Iris): 位于形成眼压的房水(Aqueous Humor)后面(水晶体前面)决定眼 睛的颜色白种人儿童虹膜色素少， 为蓝色，年老色素增多成棕黑色） 其肌键可控制瞳孔（Pupil)大小( 约为2 - 8mm之变化)使得影像随 外界明暗变化成像于视网膜上。
视觉原理
进入眼睛的光线通过瞳孔后到达水晶体凸透镜﹐在周围睫状肌 的作用下﹐透镜可以适当地调节它的形状﹐使一定远近范围内(约 从无穷远到15cm)的物体都能分别成像于视网膜上﹐两种感光细 胞把像的讯号经过视神经通道传送到大脑。
水晶体是折射率不均匀的物体﹐其外层折射率为1.38﹐内层 折射率接近1.41﹐水晶体的焦距可以靠其表面曲率的变化来改变。
色度学
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。
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
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”。
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。
Hale Waihona Puke 国际照明委员会(CIE)国际照明委员会(Commission Internationale ed I'Eclairage-CIE)
随着物体离眼睛距离的不同﹐水晶体焦距作相应的变化﹐因而 在视网膜上可以得到物体清晰的像﹐这个过程称为调焦。
正常的眼睛处于没有调节的自然放松状态时﹐无穷远物体正好 成像在视网膜上﹐即眼睛的像放焦点正好与视网膜重合﹐所以眼睛 观察远处物体不容易疲劳﹐故目视仪器的调节应使像成于无限远处。
观察近距物体时﹐水晶体周围的睫状肌向内收缩﹐使水晶体曲 率半径变小﹐这时眼睛的焦距缩短﹐像方焦点由网膜上向前移动﹐ 使有限距离处的物体成像在视网膜上。