色度学概述
色度学的基本原理和应用
色度学的基本原理和应用1. 色度学的定义色度学是研究颜色的科学，包括颜色的感知、测量和应用。
色度学对于设计、艺术、心理学等领域具有重要意义，在工业生产、产品设计等方面也有广泛的应用。
2. 色度学的基本原理2.1 颜色感知人眼感知的颜色来自于光的频率和波长的变化。
不同频率和波长的光刺激了不同类型的感光细胞，进而产生不同的颜色感知。
2.2 颜色空间颜色空间是指将颜色以多维数据表示的数学模型。
常见的颜色空间有RGB色彩模式、CMYK色彩模式和HSV色彩模式等。
2.3 颜色测量颜色的测量是通过仪器来完成的，常见的颜色测量仪器包括光谱仪和色差计。
光谱仪可以将光分解成不同频率和波长的成分，从而获取颜色的光谱数据。
色差计用于比较样品与标准颜色之间的差异。
3. 色度学的应用3.1 设计与艺术色度学在设计与艺术领域中起到重要的作用。
设计师和艺术家可以通过研究颜色的组合和搭配，来创造出各种视觉效果和情绪表达。
色彩搭配的合理运用可以增强作品的吸引力和表现力。
3.2 印刷与出版在印刷与出版领域，色度学被广泛用于颜色的管理和控制。
通过色彩管理系统，可以确保在不同设备上印刷出一致的颜色效果。
色度学还可以帮助设计师选择合适的印刷材料和工艺，以获得符合要求的色彩效果。
3.3 产品设计色度学在产品设计方面起到了重要的指导作用。
通过研究用户的颜色喜好和心理反应，设计师可以选择适合的颜色方案，从而提升产品的吸引力和体验感。
3.4 心理学与行为学颜色对人的心理和行为产生影响，这是色度学与心理学和行为学相关的重要领域。
不同颜色可以引起不同的情绪和行为反应，例如红色可以引起兴奋和注意力，蓝色可以带来平静和放松。
3.5 照明工程色度学在照明工程中也有广泛应用。
通过合理设计照明系统的颜色温度和色彩分布，可以提高环境的舒适度和适应性。
色度学还可以帮助解决照明中的色彩溢出、光源选择等问题。
4. 总结色度学作为研究颜色的科学，对于设计、艺术和心理学等领域都具有重要意义。
0.3 色度学基础
颜色，一般需要三种颜色就可以达到匹配目的。 通常称在颜色匹配实验中选取的三种颜色为三原 色。 三原色可以任意选定； 但是三原色中任何一种原色不能由另外两种原
色相加混合得到； 最常用的是红（Red）、绿（Green）、蓝
（Blue）三原色。
4、色品坐标计算
反射物体色： () R()S()
为波长λ的光谱 三刺激值
4、色品坐标计算
计算出物体的颜色三刺激值后，由下式计算色品度 坐标，即归一化的颜色三刺激值。
x
X
X Y
Z
y
X
Y Y
Z
z
X
Z Y
Z
5、两种颜色合成
颜色相加计算 已知两种颜色各自的色品度坐标计算x1、y1、亮度
Y1， x2、y2、亮度Y2。 方法：混合色的三刺激值为各个混合色的三刺激值
1、归一化光谱功率分布函数S(λ)
光谱宽度：
光谱半波宽Δλ定义：相对光谱能量分布曲线上， 两个半极大值强度处对应的波长差。
LED的发光光谱的半宽度：一般为30－100nm。 物理意义：光谱宽度窄意味着单色性好，光谱
纯度高，发光颜色鲜明 。
峰值波长 λp：最大值处对应的波长。 注：光谱功率的图形有分立、不规则等图。
也就是光通量比例，但若是光功率的比例 则要用辐射度和光度学换算色视觉规律、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 以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学 科为基础的综合性科学。
现代色度学，是一门实验性非常强的学科。
内容
10、三原色配白光比例计算
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
0.00 400 500 600 700
0.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
波长 /nm
波长/nm
CIE标准照明和观测条件
0／45 45／0
CIE标准照明和观测条件
0／ d d／0
CIE均匀颜色空间
人眼对光谱颜色的差别感受性
围人 眼 对 颜 色 的 恰 可 分 辨 范
围椭麦 圆克 形亚 宽当 容的 量颜 范色
CIE l964 均匀颜色空间
国际照明委员会(CIE)
国际照明委员会(Commission Internationale ed I'Eclairage-CIE)
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 CIE-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 婭(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”。
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
色度学概述
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Mar.28th 2014
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颜色相加原理
异常三色觉者（色弱 ）
二色觉者（局部色盲 ） 全色盲
色觉缺陷
颜色视觉理论一 杨-赫姆霍尔兹学说 1807年，根据红、绿、蓝三色混色 原理，提出视网膜三种不同视觉神 经纤维对红、绿、蓝色光的刺激产 生的兴奋程度不同的假设。不能很 好解释各种色盲现象。
颜色视觉理论二 赫林的对立颜色学说（四色学说）
颜色分类和特性——非彩色
颜色：非彩色和彩色。
非彩色：白色、黑色和各种灰，叫做黑白系列。 纯白：反射率为1的完全反射物体，自然界无纯白物体，氧化镁最接近。 黑色：反射率为0的完全不反射物体，自然界无纯黑物体，黑绒最接近。
明度：人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性和过去经验的影响。 一般亮度高，明度高。反例：黑暗中的纸比如亮环境中的墨明度高 。
CIE1931-RGB系统
1931 CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值 简称1931 CIE-RGB系统标准色度观察者
莱恩和吉尔德试验综合结果
➢ 选择三原色：700nm红；546.1nm绿 ；435.8nm蓝匹配等能光谱各颜色。
➢ 7名观察者，2°视场范围 ➢ 将三原色的单位调整到相等数量相加
α 为角度
兰道环
视觉功能曲线 视锐度（视力）和对比 辨认都是视觉功能的重 要指标。两者都受照明 条件的影响，并彼此相 互影响。
对比：对象与背景亮度差与背景 亮度比值。
颜色视觉
人眼可辨认的颜色
颜色随光强度而变化的现象叫做 贝楚德—朴尔克效应
只有572nm（黄）、503nm（Байду номын сангаас）、 478nm（蓝）三点近似为直线。
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。
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色度学
主要研究正常色觉的人的颜色视觉规律、 颜色测量的理论与技术的科学。是一门本世纪 发展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心 理、心理物理等学科领域为基础的综合性学科。 由于色度学的建立，颜色工作者就能以统一的 标准，对颜色做定量的描述和控制。
颜色分类和特性——彩色
彩色：黑白系列以外的所有颜色。 彩色的三种特性：明度、色调和饱和度。
色调：彩色彼此区分的特性。 光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。 物体的色调决定于光源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的感觉。
饱和度：彩色的纯洁性。可见光谱的各单色光是最饱和 的彩色。光谱色掺入白光成分愈多，愈不饱和。饱和度 决定于物体表面反射光谱辐射的选择性程度。
α 为角度
兰道环
视觉功能曲线 视锐度（视力）和对比 辨认都是视觉功能的重 要指标。两者都受照明 条件的影响，并彼此相 互影响。
对比：对象与背景亮度差与背景 亮度比值。
颜色视觉
人眼可辨认的颜色
颜色随光强度而变化的现象叫做 贝楚德—朴尔克效应
只有572nm（黄）、503nm（绿）、 478nm（蓝）三点近似为直线。
方式二：颜色混合在外界发 生，然后作用到视觉器官
颜色方程
网络资料：国际照明委员会 （CIE）进行颜色匹配试验表明： 当红、绿、蓝三原色的亮度比例 为1.0000：4.5907：0.0601时， 就能匹配出中性色的等能白光， 尽管这时三原色的亮度值并不相 等，但CIE却把每一原色的亮度 值作为一个单位看待，所以色光 加色法中红、绿、蓝三原色光等 比例混合得到白光。
中间色率：任何两个非补色混合，便产生中间色，其色调决定于两颜色的相对 数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。
代替率：相似色混合后仍相似。如果颜色A=颜色B，颜色C=颜色D，那么颜色 A+颜色C=颜色B+颜色D。代替率是非常重要的定律，现代色度学就是建立在这 一定律基础上。
亮度相加率：由几个颜色光组成的混合色的亮度是各颜色光亮度的总和。
色度学概述
华杰研发部 李家兴 2016.11
荆其诚，(1926.3.3～2008 .9.28) 是国 际著名的心理学家，是20世纪80年代 以来推动中国心理学改革开放、走向世 界的杰出代表人物。1947年毕业于台 湾天主教辅仁大学心理学。1950年获 该校人类学研究院硕士学位。 代表作品： 《现代心理学发展趋势》
颜色对比和颜色适应
颜色对比：在视场中，相邻区域的 不同颜色的相互影响叫做颜色对比。 紧盯红色背景中的白纸数分钟，出 现绿色。 互补色：红-绿；黄-蓝
颜色适应：人眼在颜色刺激的 作用下所造成的颜色视觉变化。 例：适应红光，看黄光显绿色； 适应绿光，看黄光显红色。
负后象：颜色适应的后效。例： 白背景上一小块颜色，适应后 移除出现补色。
格拉斯曼颜色混合定律是色度学的一般定律，适用于各种颜色光的相加混合。 但这些定律不适用于染料或涂料混合。染料和涂料混合是颜色光的减光过程。
颜色匹配
由三原色混合的白光与连续光谱的白光在视觉上一样，但光谱组成不 一样，称这一颜色匹配为“同色异谱”的颜色匹配。
方式一：颜色混合是在视觉 器官内部产生，如电视机
颜色方程
等能白光
网络资料：国际照明委员会（CIE）进行颜色匹配试验表明：当红、绿、蓝三原色的 亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时，就能匹配出中性色的等能白光，尽管这时三 原色的亮度值并不相等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加 色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合得到白光。
色觉缺陷的材料对色度学有重要参考价值， 特别当探讨颜色视觉的理论时，更不能不考虑 色觉缺陷的种种事实。
光与视觉
光：380nm-780nm波长人眼可见的电磁辐射。
光的颜色决定于 进入人眼的可见 光谱不同波长辐 射的相对功率分 布，简称相对光 谱功率分布。
两种细胞 D、E、F、G锥细胞，650万个， 集中在黄斑和中央凹3°视角范 围内，明视觉器官，能够分辨 颜色和物体细节。 A、B、C、D杆细胞，1亿个，从 中央凹逐渐增多，中央凹20 ° 处最多，暗视觉器官，适于微 光视觉，不能分辨颜色与视觉。
颜色相加原理
异常三色觉者（色弱） 二色觉者（局部色盲） 全色盲
色觉缺陷
颜色视觉理论一 杨-赫姆霍尔兹学说 1807年，根据红、绿、蓝三色混色 原理，提出视网膜三种不同视觉神 经纤维对红、绿、蓝色光的刺激产 生的兴奋程度不同的假设。不能很 好解释各种色盲现象。
颜色视觉理论二 赫林的对立颜色学说（四色学说）
三对视素的破坏—建设平衡， 可很好解释色盲问题，对三原色产 生光谱一切颜色未说明。
根据颜色环 黄和蓝可混合成白 红和绿可混合成黄
互补色：相混合产生白色或灰色的两种颜色。 颜色环圆心对边的任意两种颜色都是互补色。 颜色环上任何两个非补色相混合可以得出两色中间的混合 色。它的位置在连接两色的直线上。按重力中心定律偏向 于比重大的一方。
格拉斯曼颜色混合定律
补色率：每一种颜色都有一个相应的补色。
视觉成像：倒像。
视锐度：人通过视觉器官辨认 外界物体的敏锐程度，表示视 觉辨认物体细节的能力。在临 床医学上也叫做“视力”。
当人的视觉能够分辨视标中1 分视角的细节单位时，他的视 力为1.0
LED显示屏最佳观看距离：4.9μ大约是一个椎体 细胞的直径。就是说，在理论上，当视标的两个 细节单位相距1分视角时，便落到视网膜的两个 独立的感光细胞上，所以能够将两者区分开来。
颜色分类和特性——非彩色
颜色：非彩色和彩色。
非彩色：白色、黑色和各种灰，叫做黑白系列。 纯白：反射率为1的完全反射物体，自然界无纯白物体，氧化镁最接近。 黑色：反射率为0的完全不反射物体，自然界无纯黑物体，黑绒最接近。
明度：人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性和过去经验的影响。 一般亮度高，明度高。反例：黑暗中的纸比如亮环境中的墨明度高。