色度学介绍汇总
3.色度学
3. 色度学
光是一种一定频率的电磁波辐射。 可见光波长为0.38～0.78μm。
颜色 红 橙 黄 黄绿 绿 青 蓝 紫
波长范围 620~ nm 780
590~ 560~ 530~ 500~ 470~ 430~ 380~ 620 590 560 530 500 470 430
表面色：非自发光物体色（反射系数：白色—1，黑色—0） 光源色：自发光体色，由光源色温决定
20 15 10 5 0
420
460
500
540
580
620
660
3. 色度学
• 人眼对亮度的辨别 亮度辨别有600多级。
人眼可分辨颜色：130×10×600，约一百万种
实际可分辨颜色：一万多种
常用颜色：几千种
彩色视野： 垂直：135～140 水平：150～160，两眼重叠60 在同一亮度条件下，白色视野最大，依此按黄蓝、 红、绿减小
3. 色度学
• 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。 例如：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。 再如：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。
3. 色度学
• 颜色的三个基本特征： 黑白系列或无色系列：黑→灰→白
彩色系列或有色系列：色调、饱和度、明度
• 色调：物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定
不同波长产生不同颜色感觉
• 饱和度：颜色的鲜明程度，取决于波长范围的狭窄性 饱和度高，则物体呈现深色 中等明度下可获得最大饱和度 • 明度：刺激物强度作用于眼睛所发生的效应
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。
色调、亮度、和色饱和度为颜色的三个属性。
将此三属性放在一起，可以组成一个三维立体，如图4。
色调形成该立体的外缘，亮度作为中央主轴，而色饱和度作为水平横辐。
世界上一切的颜色均分布于如图4所示的主体周围，于是形成了如图5所示的色立体，由于色饱和度各梯级的大小对每一种颜色色调和亮度来说都是不等的，因此色立体的形状为复杂，但却能把色调、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。
色度学
Y G
G
R C
Y
C
B
M
B
R
M
相加混色
相减混色
两种原色混合＝次色
图像色度学原理
• 色度学：定量测量颜色的科学，颜色的量 度是心理物理学的范畴 • 颜色信息在图像信息中占重要位置，直接 影响图像信号的组成
• 我们从颜色的表示出发，介绍图像工程中 广泛采用的几种三基色颜色系统
1.颜色的表示和颜色混合
• 表色：定量地表示颜色，所表示的数值称 为表色值 • 表色系：为了表示颜色而采用的一系列规 定和定义就叫表色系 显色系 表色系 彩色信息
白
• 三刺激值R、G、B的比例关系决定了所配色光的色度， 数值决定所配色光的光通量
若取1［R］的光通量为1流明，则所配色光的 光通量(亮度)方程： │F│＝(R＋4.5907G＋0.0601B) lm F：代表具有亮度和色度的彩色光 │F│：代表彩色F的亮度 • 分布色系数：CIE规定匹配等能单色辐射所需要的三 刺激值。分别用 r ( )，g ( ), b ( ) 表示。 配出单位辐射功率、波长为λ的单色光的配色方程:
麦克斯韦三角形平面
• 由三基色相加混合配出的各 种彩色都在彩色三角形内 • 等边三角形顶点到对边垂线 的长度为1 • 三个顶点分别代表[R]、[G]、 [B]
青 r F g 品 [R] [G]
• 三角形内任意点都代表自然 界中一种颜色，如F对应的 彩色色度坐标r、g、b为到 [R]、[G]、[B]对边的距离 r+g+b=1 [B]
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。
3.色度学
3. 色度学
• 颜色的三个基本特征： 黑白系列或无色系列：黑→灰→白
彩色系列或有色系列：色调、饱和度、明度
• 色调：物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定
不同波长产生不同颜色感觉
• 饱和度：颜色的鲜明程度，取决于波长范围的狭窄性 饱和度高，则物体呈现深色 中等明度下可获得最大饱和度 • 明度：刺激物强度作用于眼睛所发生的效应
3. 色度学
不同的颜色在视觉上也有不同的饱和度：红色的饱 和度最高，绿色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适 中。 照片中，高饱和度的色彩能使人产生艳丽亲切的感 觉；低饱和度的色彩易使人感到淡雅中包含着丰富。
3. 色度学
• 亮度： 亮度或明度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的 感觉，是指色彩明暗深浅的程度，也可称为色阶。 亮度有两种特性：同一物体因受光不同会产生明度 上的变化；强度相同的不同色光，亮度感不同。 光的物理性质由它的波长和能量来决定。波长决定 了光的颜色，能量决定了光的强度。光映射到我们的 眼睛时，波长不同决定了光的色相不同。波长相同能 量不同，则决定了色彩明暗的不同。
3. 色度学
• 正常锥体细胞光敏色素的吸收光谱
3. 色度学
• 四色说 视网膜内存在三对视色素：
白-黑视素、黄-蓝视素、红-绿视素
每对视素的代谢作用包括分解和合成两种对立过程。 这三对视素：在分解时产生白、黄、红的感觉； 在合成时产生黑、蓝、绿的感觉。
有光刺激，使白-黑视素分解——产生白的感觉 无光刺激，使白-黑视素合成——产生黑的感觉 三对视素的代谢作用表现出：四种颜色感觉和黑白感觉。
3. 色度学
• 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。 例如：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。 再如：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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1 相关定义 2 颜色视觉 3 CIE标准色度学系统 4 色温及标准照明体的定义
2
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
色彩感知
光源（Light） 物体（Object） 观察者（Observer）
3
光通量—按照CIE规定的人眼的视觉特性来评价的辐通 量。 单位：流明（lm）
绿，蓝三原色的数量（三刺激值），颜色方程为
Ｃ* ≡R[R] +G[G] +B[B]
如果被匹配的颜色很饱和，用红，绿，蓝三原色实现不 了匹配，这种情况下可把一种原色加到被匹配的颜色上， 再用另外两原色进行匹配，这一颜色关系可用下式表示：
Ｃ* +R[R] ≡G[G] +B[B]
这一方程在色度学中写成：
和g两个坐标即可表示一 个颜色
B (0,0,1)
(R,G,B)
某一颜色C*的一个单位
(C)≡ r(R)+g(G)+b(B)
(1,0,0)
(0,1,0) G
(r,g)
R
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根据格拉斯曼颜色混合的代替律，可以得到颜色相加原
理为：R3 = R1 + R2， G3 = G1 + G2， B3 = B1 + B2
饱和度：表示彩色的纯洁性，可见光谱 的各种单色光是最饱和的彩色。
7
孟塞尔标号： H V/C=色调 明度值/彩度
8
把两个颜色调整成视觉上相同或相等的方法称之颜色匹配
以三原色R(700nm)；G(546.1nm)；B(435.8nm)匹配等能白光 (匹配相同能量各波长的光谱色)
9
Ｃ*代表被匹配的颜色，以[R]，[G]，[B]分别代表产生混 合色的红，绿，蓝三原色，又以R，G，B 分别代表红，
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1.加权坐标法 颜色三刺激值的标准方程：
X k () x()d
Y k () y()d
Z k () z()d
上式中的φ(λ)，对于照明体或光源是它们的相对光谱功 率分布，即φ(λ)=s(λ);
对物体色，φ(λ)是照明体或光源的相对光谱功率分布 s(λ)与物体的光谱透过率τ(λ)，或物体的辐亮度因子β(λ)，或 物体的光谱反射率ρ(λ)之乘积，即
r (), g (), b ()这一组函
数叫做 “1931 CIE-RGB 系统标准光谱三刺激 值”,简称为 “1931CIE-RGB系统标准 观察者”。
1931 CIE-RGB系统标准光谱三刺激值曲线
13
光谱三刺激值与光谱色色 度坐标的关系为
r r r g b
g g r g b
b b r g b
CIE1931XYZ色度图(颜色三角形)
16
x, y, z 各曲线所包括的总面
积分别用X,Y,Z代表
CIE1931标准观察者等能光谱 各波长的 x, y, z 总量是相等 的，都是21.371.这表明一个 等能光谱的白光是由相同数 量的X，Y，Z组成.
y 曲线被调整刚好符合明视 觉光谱光效率函数V(λ)，即 y(λ)=V(λ)，因此它可以计算 一个颜色的亮度特征.
5
颜色
彩色
彩色是指白黑 系列以外的各种颜 色。
非彩色
非彩色是指白 色、黑色和各种深 浅不同的灰色。
白色、黑色和 灰色对光谱各波长 的反射没有选择性 ，它们是中性色。
6
彩色的三种特性
明度：彩色光的亮度愈高，人眼就愈感 觉明亮，即有较高的明度
色调：光源的色调决定于辐射的光谱组 成对人眼所产生的感觉，物体的色调决定于 辐射的光谱组成和物体表面所反射（透射） 的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。
三、规定(X)和(Z)的亮度为零,XZ 线称为无亮度线(alychne),无亮度 线各点只代表色度,没有亮度.但Y 既代表色度也代表亮度。
15
光谱轨迹现的 颜色,原色点的色度是假想 的.
Y=0的直线是无亮度线
某一颜色离开C(或E)点接 近光谱轨迹的程度表明它 的纯度，愈靠近愈不纯， 愈远离愈纯，光谱轨迹上 颜色的饱和度最高.
CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值
17
18
为了适合10°大视场的色度测量，CIE在1964年又另规定一组 “CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”
两者之光谱三刺激值略有不同
形状相似,但相同波长光谱色
位置不同
19
色度坐标 光谱轨迹 主波长 补色波长 纯度 (a/a+b) 中间色 互补色
Ｃ* ≡－R[R] +G[G] +B[B]
匹配相等能量(等能)光谱色的三原色数量叫做光谱三刺
激值，用
表示。
r, g,b
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在色度学中，我们不直接用三原色数量来表示颜色,而是用三原色各
自在Ｒ＋Ｇ＋Ｂ总量中的相对比例来表示颜色，即色度坐标
r R ,g G ,b B RGB RGB RGB
因为 r+g+b=1,所以只用r
一个任意光源的三刺激值应等于匹配该光源各波长光谱 色的三刺激值之和，即：
R=ΣR(λ)Δλ G=ΣG(λ)Δλ B=ΣB(λ)Δλ
R kS() r()d
G kS() g()d
B kS() b()d
12
CIE 1931 RGB系统规定 的三原色是 700nm(R),546.1nm(G),4 35.8nm(B)
光强度—点光源在给定方向上，单位立体角内发射的光
通量。
单位：坎德拉（cd）
光照度—投射在单位面积上的光通量。 单位：勒克斯（lx）
光亮度—离开、到达或者穿过某一表面，单位立体角、 单位投影面积上的光通量。 单位：尼特（nit）
4
亮度常用单位 (nit) 1 nit=1 cd/m2 =1 lm/m2/sr sr—球面度(steradian) Ω(solid angle)=A/r2 l watt=683 lm(lumen) at 555nm
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建立1931CIE-XYZ系统是基于以下 三点考虑:
一、避免RGB系统中光谱三 刺激值和色度坐标出现负值.则需 另外选择三个原色,这三个原色所 形成的三角形色度图能包括整个光 谱轨迹.
二、光谱轨迹540-700nm在RGB色度 图上基本上是一段直线,新的XYZ三 角形的XY边应与这段直线重合,YZ 边应尽量与光谱轨迹短波部分的一 点(503nm)靠近.这是使光谱轨迹内 的真实颜色尽量落在XYZ三角形的 较大部分空间。