色度学基本知识
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
色度学的基本知识
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。
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。
色度学基础
11. 白光与其他颜色光的混合 主波长和补色主波长 白光与其他颜色光的混合—主波长和补色主波长 将白光和一种适当的光谱色混合,可配得所需要的任何颜色光. 若所选择的白光是E点等能白光.选择任意一点C,连接CE并延 长,交于单色轨迹线上的,则C'单色光的波长,称为C点光的主波 长.主波长λ代表线上各点光谱色的主色调. 若选择FEN三角形内的A点,连接EA,但不能向A的方向延长,而应 将线向左上方延长,交于单色轨迹线上的A'点,则A'点的波长, 称为A点的补色主波长.补色主波长,也是表示AA'线上各点颜色 的主色调.
8. 20个特定颜色区 个特定颜色区 在舌形曲线所包围的区域内,被分成20个颜色区域.在每个区域 内,被认为颜色基本相同,每个颜色区都是一个平均主波长,或 者补色主波长,而且还有相应的英文名称.它们的英文—中文名, 对照如下: 1. Red—红色 2. Pink—粉红色 3. Reddis Orange—橙红色 4. Yellishpink—粉黄色 5. Orange—橙色 6. Orange-Yellow—橙黄色 7. Yellow—黄色 8. reenish Yellow—黄绿色
色 度 图 的 颜 色 区 域 对 应 的 主 波 长
颜色名称 红 橙红 橙 黄橙 黄 绿黄 黄绿 草绿 绿 青绿 绿 绿 颜色代号 R rO O yO Y gy YG yG G bG BG gB B PB bP P Yp Rp pR 平 均 主 波 长 ( nm) 493(补) 606 592 583 578 573 565 545 508 495 490 485 476 454 566(补) 560(补) 545(补) 506(补) 496(补)
红 红 红
颜色三角形
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。
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功率效率 (%)
12.0 3.0 0.6 0.6 0.1 0.3 0.02 0.01
LED光谱图
白光的产生 1)用红(R),绿(G),兰(B)三色混合.(加色法)
RGB混色在色品图上的表现
2)用蓝光LED+黄色荧光粉YAG（BY法） 在480nm处有低谷
荧光粉的进步
变色灯中的减色法,白光透过三种颜色的滤 色片后变成黑色.
差单位是刚好能察觉. ∴ Ri的数值差1是可以 识别的.
1个NBS单位相当于色度坐标0.0015-0.0025的 x,y的色度变化.
用BY法得到照明LED缺乏红光,R9呈负值, 往往达到-25—30的水平,影响显色指数达80. 请看DOE规定的LED灯泡数据:
3.色坐标 颜色的定量表述离不开眼睛，眼睛才能
φ(λ):与被研究对象的光谱分布,如光源是相对光 谱能量分布,反/透射材料是光谱反/透射分布. φ(λ)=τ(λ)•S(λ)----Y是物体的透光率; φ(λ)=ρ(λ)•S(λ)----Y是物体的反光率; φ(λ)=β(λ)•S(λ)----Y是物体的亮度因数.
3)色坐标x,y,z的计算
x= X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z)
是直线,两种颜色混合可以得到两色之间的 各种颜色。
3)规定的视场1931年是2º,1964年是10º. 2º内都是锥状细胞,中心视觉,无杆状细
胞; 10º内更接近实际,有部分边缘的锥状细
胞.
颜色量度的形象比喻
三刺激值X,Y,Z的计算 X=Σ φ(λ)•x•Δλ Y=Σφ(λ)•y•Δλ Z=Σφ(λ)•z•Δλ
二.LED常用的色度指标 1.色温和相关色温
发光体发出颜色与黑体(基准照明体)发 出相同时,黑体的温度称为发光体的颜色温 度简称色温.
相关色温CCT
色品图中的等色温轨迹
自然界的色温
光源中常用的色温分档(GB50034-2004):
分组 色表 CCT(K) 适用场所举例 I 暖 <3300 客房､卧室､病房､酒吧､餐厅 II 中间 3300-5300 办公､教室､阅览室､诊室､机
材料
GaAs:Si AlGaAs(铝镓砷) Ga0.6As0.4P(磷化镓砷) Ga0.35As0.65P (磷化镓砷) Ga0.15As0.85P (磷化镓砷) GaP:N(稼磷氮) SiC(碳化硅) GaN(氮化镓)
颜色 峰值波
长(nm)
红外 950 红 650 红 660 橙 632 黄 590 绿 570 蓝 470 蓝 465
看到万物！ 与光感受的眼球上的分布 眼睛内有锥状和杆状两种视觉细胞。
两种不同视觉细胞的光谱光视效率 明视觉:555nm; 暗视觉:507nm.
眼睛内锥状视觉细胞的特点之一。 锥状细胞中有视红质､视绿质和视蓝质。
看到物体颜色。
锥状细胞对颜色的分辨就是色度学的基础。
物体的颜色 应由眼睛定义的,
不是天生的。
颜色的辨别､定量肯定与视觉细胞的分布有关。 先后有2º和10º的实验数据。原因见图。
将颜色用数字表达出来，目的：
计算､测量､配色､比较等。 将颜色用数字表示的基础是：
1)颜色中有三个颜色：RGB是不能从其它 颜色中混合出来的,称三种基色；
2)任何其它颜色C都可以用红(R)､绿(G)､蓝 (B)三原色相加混合出来。
C=R+G+B
三个原色和它们的光谱 曾经将三个原色选650nm,530nm,460nm(1929)
和630nm,542nm,460nm(1931)真实的光.但在匹配 某些颜色时和计算中出现了负值。
为此必须选择实际不存在的另外三个原色。 实线:1931(2º); 虚线:1964(10º).
使新的三原色在色度图上符合以下要求： 1）包含整个光谱轨迹，且为正值； 2）光谱轨迹在540nm-700nm在色度图中
加工､仪表装配 III 冷 >5300 热加工､高照度场所
注意:各国的分档略有差别.
2.显色指数Ra 对LED要特别关注特殊显色指数中的R9.
Ra的得来
Ra的计算 1)分别计算8块色板(i)在标准光源r和被计算光源 k照明下的色差ΔE: ΔEi=[(u’r,i-u’k,i)2+(v’r,i-v’k,i)2+(w’r,i-w’k,i)2]1/2
色度学的基本知识
在LED上的应用
一.概述 LED辐射的特性,决定了它的单色性
Eg=e•ΔV=hν, λ=1240/Eg Eg:跃迁能级间的能量差, V:跃迁能级间的电位差, e:电子电荷, h:普朗克常数, ν:辐射波长λ的频率
不同掺杂的p-n结, E不同,产生不同颜 色的辐射.
常用各个颜色LED的峰值波长
=[Δu’i2+ Δv’i2 + Δw’i2]1/2 计算对某个样品的显色指数Ri:
Ri=100-4.6 ΔEi 式中,4.6是对标准荧光灯Ra=50时的调整系数. 对1-8个样品的一般显色指数Ra:
Ra=Σ Ri/8.
关于特殊显色指数R i数值的感性说明: ΔEi的单位是NBS色差单位,Ri的数值1(1%) 相当于0.22个NBS色差单位. Ri相差5就是1 个NBS单位. 那么1个NBS单位代表什么呢? 1个NBS单位即ΔEi=1,相当于最优实验条件 下人眼能感知恰可察觉的5倍,∴ 0.2个NBS色