色彩学第4章 颜色的混色系统--CIE色度学系统表色法

4.2 CIE标准色度系统
4.2 CIE标准色度系统
为了统一计算颜色的方法和数值，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 10°视场左右
4.1 颜色匹配
4.1.2 三刺激值和色度图
A. 三刺激值
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。
颜色匹配实验中，与待匹配色实现颜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。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。
4.1 颜色匹配
B. 颜色匹配方程
在三刺激值空间中，颜色可以用一个矢量来表示，这个 矢量对应的方程就称为颜色匹配方程或简称为颜色方程，代 表匹配颜色感觉所需要的三原色数量之间的关系：
C(C)≡R(R)+G(G)+B(B)
4.1 颜色匹配
C. 光谱三刺激值
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 或r(λ)，g(λ)， b(λ)表示。 C (λ)(C)≡ r(λ)(R)+ g(λ)(G)+ b(λ)(B)， λ∈[380nm，780nm]
D. 色度坐标和色度图
三原色各自在R+G+B总量中的相对比例叫做色度坐标，用 符号r，g，b来表示。
色度坐标与三刺激值的关系如下：
r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B)
b=B/(R+G+B)=1-r-g 以色度坐标r，g表示的平面 图称为色度图。又称为麦克 斯韦三角形。
4.1 颜色匹配
第四章 颜色的混色系统
4.2 CIE标准色度系统
CIE.4
三 刺 0.2 激 值
r(λ) b(λ)
g(λ)
λ(nm)
4.2 CIE标准色度系统
光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系式
r r r g b
g
g r g b
b b r g b
4.2 CIE标准色度系统
光谱轨迹：
大于4°视场、
4.2 CIE标准色度系统
4.2 CIE标准色度系统
4.2.1 CIE1931-RGB系统 4.2.2 CIE1931XYZ标准色度系统
4.2 CIE标准色度系统
4.2.1 CIE1931-RGB系统
A. 选择三原色： 700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B) B. 确定三原色单位：
Mapping the human response
Blue
2° Observer
2°
Test Lamp!
2°
Masking Screeen
4.1 颜色匹配
实验证明：三原色的选择是任意的，只要它们相 互独立，也就是说任何一个原色不能由其余两个原色 相加产生。
各种实验方法已表明，无法找到一组三原色能够 将自然界中的所有色彩匹配出来。
色彩学第4章 颜色的混色系统-CIE色度学系统表色法
4.1 颜色匹配
4.1.1 色光混合实验 4.1.2 三刺激值和色度图
4.1 颜色匹配
4.1 颜色匹配
4.1.1 色光混合实验
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
White Screen
2°
Red Green
4.2 CIE标准色度系统
4.2.2 CIE1931XYZ标准色度系统
1931年CIE在RGB系统的基础上，改用三个假想的原色X、Y、 Z建立了一个新的色度系统。将RGB系统光谱三刺激值进行 转换后，变为以X、Y、Z三原色匹配等能光谱的三刺激值， 定名为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，简称为 “CIE1931标准色度观察者”，记作x，y，z或x (λ) ，y (λ) ，z (λ) 。这一系统叫做“CIE1931标准色度系统” 或“CIE1931-XYZ”系统。
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。
白光色度r=g=b=1/(1+1+1)=0.33
4.2 CIE标准色度系统
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 r, g, b来表示。光谱三刺激值曲线如图。 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“CIE1931-RGB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。
4.1 颜色匹配
因为一组特定的R、G、B三刺激值在特定 的实验和观察条件下代表一个特定的颜色感觉， 不同的R、G、B三刺激值代表不同的颜色感觉。 因此，所有颜色感觉的集合就构成了一个三刺 激值空间，又称为混色空间。在这个空间中， 每一个颜色感觉用空间中的一个坐标点来表示。 任一个颜色C，在三刺激值空间中可以用坐标 原点为起点的矢量来表示，三刺激值R、G、B 就是该矢量在三个坐标轴上的分量。
4.2 CIE标准色度系统
注意：出现了负的三刺激值与色度坐标值 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，本来可以用于色度计算，但由于光谱三刺激值与色度 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。
光谱轨迹：
CIE1931-XYZ系统三原色的选择考虑因素：
（1）要想消除负坐标值，必须使新三原色包围所有的颜色范围。
（2）规定(X)、(Z)两个原色只代表色度，没有亮度，全部亮度都由Y刺激值 承担。
（3）光谱轨迹曲线从540nm附近到700nm在r-g色度坐标图上近似是一条 135°直线，直线上所有的颜色都可以由这两个单色光混合产生。
（4） (Y)(Z)边与光谱轨迹上波长为503nm点的切线相重合
（5）以相等数量的三刺激值匹配等能白光来确定XYZ新系统的三刺激值单位。