与LED有关的光度学色度学基础知识
LED照明的光色测量基础知识

LED照明的光色测量基础知识一、引言发光二极管(LED)作为新兴的发光体,具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保等优点,是下一代照明器件的不二之选。
LED的发展受到国内外的普遍关注,新产品、新技术层出不穷.近年来,LED产业发展迅速,光效不断增加,亮度不断提高,如今,LED已经渗透到了大量的应用场合,尤其是白光LED技术的不断进步,LED在照明领域的应用也已经越来越普及.图1 LED产业的发展1、LED的工作原理发光二极管(LED)是一种能把电能转化为光能的固体器件,它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。
LED的基本的工作原理是一个电光转换过程,当一个正向偏压施加于PN结两端,由于PN结势垒的降低,P区的正电荷将向N区扩散,N 区的电子也向P区扩散,同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。
由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的,对于PN结系统,注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合,其中多余的能量将以光的形式向外辐射,电子和空穴的能量差越大,产生的光子的能量就越高。
能量级差大小不同,产生光的频率和波长就不同,相应的光的颜色就不同.图2 LED的工作原理2、LED的光参数图3 LED的主要光参数(1)光通量光通量是光源在单位时间内发出的光量,也即辐射功率(或辐射通量)能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量.光通量的符号为Φ,单位为流明(lm)。
根据光谱辐射通量Φ(λ),由下式可确定光通量.式中V(λ)为相对光谱光视效率,Km为辐射的光谱光视效能的最大值,单位为lm/W,1977年由国际计量委员会确定Km值为683lm/W(λm=555nm)。
(2)光强度光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元dΩ内传输的光通量dΦ除以该立体角元之商,即发光强度的单位是坎德拉(cd),1cd=1lm/1sr。
空间各个方向的光强之和就是光通量.(3)光亮度光源发光表面上某一点处的亮度是该面元dS在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之商,即:单位为坎德拉每平方米(cd/m2)。
LED积分球光度学基础知识培训资料

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第三节 色度的基本参数(续)
3、色偏差(Color Shift)
色偏差值duv:即光源的色品点(u,v)离开完全辐射体(黑体)轨迹 的最小距离。因此用CCT±duv值也能准确的表示光源的颜色。
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色 度 图 ( 图 4 )
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第三节 色度的基本参数(续)
2、色容差
人眼感觉不出颜色变化的范围叫做颜色的宽容度,即色品容差SDCM。
色 容 差 ( 图 5 )
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第三节 色度的基本参数(续)
2、色温和相关色温(Color Temperature)
显色性高
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显色性低
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单某一种光源的色品与某一温度下的完全辐射体(黑体)的色品完 全相同时,则该完全辐射体(黑体)的温度称为该光源的色温,符 号为T, 单位为(K)。
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第三节 色度的基本参数(续)
对于大部分气体放电光源,它发射光的色品与各种温度下 的完全辐射体(黑体)的色品都不可能完全相同,这时就不能 用色温表示。为了便于比较,而采用相关色温(CCT)概念。 也就是当光源与完全辐射(黑体)在某一温度下的色品最接近, 既在1960CIE-UCS色品图上的色品差距最小时,则该完全辐射 体(黑体)的温度称为该光源的相关色温。高色温表示冷色调, 低色温表示暖色调。但两种色温相同的光源,不一定有相同的 颜色。
光学第5章光度学和色度学

三种色,只要其中的每一种色都不能用其它两色配得 就可以组成三基色。
光学第5章光度学和色度学
实验发现:人眼的视觉响应取决于红、绿、蓝 三分量的代数和。
它们的比例决定了彩色视觉。 亮度在数量上等于三基色的总和。 由于人眼的这一特性,可在色度学中应用代数
2. 发光强度和光亮度 描述光源发光能力大小的物理量
发光强度: 点光源
点光源在某一方向上,在单位立体角内发出的光通量。 单位:坎德拉,光学基本量,七个基本单位之一。 单位:坎德拉:cd
光亮度: 有限尺寸发光体,面光源 表5-1
单位: cd/m2
面光源:实际光源、或实际光源的像、或漫反射 体(本身不发光,受光照后)
i1i2,d 1d 2
故:
d1 d
L1 L
L1 L 对于两透明介质表面,
1
故: L1 L
光学第5章光度学和色度学
对于折射光束: d' L'cois'd'dA d LcoisddA
dd1d' L'1Lnn'22
d'1d
光通过光学系统时的光能损失: 两透明介质界面上的反射损失 介质吸收 反射面的光能损失
设入射光的光亮度为L,由于在入射过程中,自 光源到入射面类似于元光管,故其亮度不变。
L d cosdAd
或:dLcoisdAd 入射的光通量
反、折射的光通量:
d1L1coi1dsA 1d d'L'coi'd s A 'd
L1, L' 分别是反、折射的光亮度 光学第5章光度学和色度学
对于反射光波,
光学第5章光度学和色度学
LED色度学基本知识

Ri=100-4.6 ΔEi 式中,4.6是对原则荧光灯Ra=50时旳调整系数. 对1-8个样品旳一般显色指数Ra:
Ra=Σ Ri/8.
有关特殊显色指数R i数值旳感性阐明: ΔEi旳单位是NBS色差单位,Ri旳数值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,相当于最优试验条件 下人眼能感知恰可觉察旳5倍,∴ 0.2个NBS色
功率效率 (%)
12.0 3.0 0.6 0.6 0.1 0.3 0.02 0.01
LED光谱图
白光旳产生 1)用红(R),绿(G),兰(B)三色混合.(加色法)
RGB混色在色品图上旳体现
2)用蓝光LED+黄色荧光粉YAG(BY法) 在480nm处有低谷
荧光粉旳进步
变色灯中旳减色法,白光透过三种颜色旳滤 色片后变成黑色.
和630nm,542nm,460nm(1931)真实旳光.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旳另外三个原色。 实线:1931(2º); 虚线:1964(10º).
使新旳三原色在色度图上符合下列要求: 1)包括整个光谱轨迹,且为正值; 2)光谱轨迹在540nm-700nm在色度图中
两种不同视觉细胞旳光谱光视效率 明视觉:555nm; 暗视觉:507nm.
眼睛内锥状视觉细胞旳特点之一。 锥状细胞中有视红质、视绿质和视蓝质。
看到物体颜色。
锥状细胞对颜色旳辨别就是色度学旳基础。
物体旳颜色 应由眼睛定义旳,
不是天生旳。
颜色旳辨别、定量肯定与视觉细胞旳分布有关。 先后有2º和10º旳试验数据。原因见图。
光度学与色度学基本概念及应用 LCD LCM LED 背光

光源的色度指标 色温 显色性 颜色的三个心理特征 明度 色调 彩度 混色及颜色匹配
颜色与光谱
颜色 波长范围(nm) 红 620-780 橙 590-620 黄 560-590 黄绿 530-560 绿 500-530 青 470-500 兰 430-470 紫 380-430
常用LED颜色对照表
由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉, 而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此,可以用日光标准(参 照光源),将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源(待测光源)与其比 较,显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。
我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”中规定用普朗克辐射 体(色温低于5000K)和组合日光(色温高于5000K)做参照光源。
R G B (C) (R) (G) (B) RG B RG B RG B r (R) g (G) b(B)
r g b 1
对标准白光:
R G B 1
rw gw bw 1/ 3
CIE1931-RGB真实三原色表色系统
546.1 nm b 435.8 nm
三原色色度单位量值确定
CIE规定,当三原色与亮度为5.6508 cd/m2 的等能白光 E 相匹配时,各原色各具有一个色 度学单位,即:
(R) 1.0000 cd/m (B) 0.0601 cd/m
2 2
(G) 4.5907 cd/m
dS d 2 r
发光强度
(Luminous intensity or angular intensity 单位:Candla (cd))
点光源在某方向上单位立体角内的光通量,记作 Iv,即
LED色度学基本知识

明度
颜色的亮度,即颜色的深 浅程度。
饱和度
颜色的鲜艳程度,即颜色 中掺杂的白色或黑色成分 的多少。
颜色的混合与匹配
颜色混合
通过将不同颜色的光按一定比例混合 ,可以得到新的颜色。
颜色匹配
在工业和商业领域,通过特定的方法 和技术,使产品的颜色与标准颜色相 匹配。
颜色的测量与表示
测量方法
使用色度计或光谱仪等设备,测量物体表面的颜色。
温度影响
LED色度学需要考虑温度 对LED发光性能的影响, 以实现稳定的色彩表现。
寿命与可靠性
LED色度学需要解决LED寿 命和可靠性问题,以确保 长期稳定的色彩表现。
LED色度学的未来发展方向
新材料与新技术的研发
LED色度学将不断探索新的发光材料和发光技术,以提高LED的发 光效率和色彩表现。
智能化控制
高动态范围
高效稳定
LED色彩还原技术具有高效稳定的特 点,能够保证长时间使用的颜色一致 性和稳定性,提高产品的可靠性和耐 用性。
LED色彩还原技术能够实现高动态范 围显示,即同时显示亮部和暗部的细 节,提高图像的层次感和立体感。
05
LED色度学发展前景
LED色度学的技术挑战
色彩准确度
LED色度学需要高精度的 色彩控制技术,以确保色 彩的准确性和稳定性。
LED色度学的重要性
LED色度学是LED照明技术的重要组 成部分,对于LED照明产品的性能和 质量具有重要影响。
LED色度学的深入研究有助于提高LED 照明产品的性能和稳定性,推动LED 照明技术的进步和应用。
LED色度学的应用领域
LED色度学的应用领域广泛,包括室内照明、室外照明、显示器、汽车照明等。
LED发光的光谱及色度分析

LED发光的光谱及色度分析引言:随着科技的发展和进步,LED(Light Emitting Diode)作为一种新兴的光源技术受到了广泛的关注和应用。
LED发光的光谱特性和色度分析对于提高LED的光效和色彩质量至关重要。
本文将探讨LED发光的光谱特性、影响因素和色度分析方法。
一、LED发光的光谱特性LED的发光是通过电流通过PN结使载流子复合而产生的,其发光光谱与材料的能带结构和载流子的复合方式有关。
典型的LED光谱包含了一个主要的峰值以及一些辐射在其他波长范围内的辅助峰值。
主要的峰值对应于LED发光的主要波长,而辅助峰值则是由于材料的掺杂和杂质引起的。
二、影响LED发光光谱的因素1.材料的能带结构:LED的发光是由PN结的载流子复合产生的,材料的能带结构对载流子的复合方式有重要影响。
例如,不同的材料具有不同的能带宽度和能带弯曲度,会导致发光峰值的差异。
2.掺杂浓度和类型:材料的掺杂浓度和类型也会对LED的发光光谱产生影响。
掺杂浓度的增加会导致主要峰值的增强,而不同类型的掺杂会引起主要峰值波长的变化。
3.温度:LED的发光光谱也受到温度的影响。
温度升高会导致材料晶格的变化,从而影响载流子的复合方式和发光光谱。
三、色度分析方法为了评估和描述LED发光的色彩特性,常用的色度分析方法有以下几种:1. 色坐标系统:色坐标系统用于描述和标记颜色。
常见的色坐标系统包括RGB、XYZ、CIE Lab等,其中CIE Lab是应用最广泛的色坐标系统之一、通过测量LED发光的光谱,可以转换为对应的色坐标值,进而确定其颜色的色度属性。
2.色温和彩度:色温是用来描述光源颜色的一个重要参数,以热源的颜色特性来比较,单位为开尔文(K)。
常用的光源色温包括暖白色、白色和冷白色等。
彩度表示光源的饱和度,包括纯色光和混合光两种。
3. 光谱功率分布曲线:光谱功率分布曲线(Spectral Power Distribution,SPD)描述光源在不同波长处的辐射强度。
LED测量的基本光度色度学原理及国际最新动态.

考核光源显色性的14个标准试验色
号数 1 2 3 4 5 6 7 8 近似孟塞尔标号 7.5R6/4 5Y6/4 5GY6/8 2.5G6/6 10BG6/4 5PB6/8 2.5P6/8 10P6/8 在昼光下的色貌 带浅灰的红色 带暗灰的黄色 深黄绿色 适中黄的绿色 带浅兰的绿色 浅兰色 浅紫罗兰色 带浅红的紫色
LED测量的基本光度色度学原理及国际最新动态
LED MEASUREMENT, THEORY AND LATEST DEVELOPMENT
报告人: 潘建根 Reporter: Jiangen Pan 国际照明委员会光和辐射测量分部 技术委员 CIE Division 2 TC Member 杭州远方光电信息有限公司 技术总监 EVERFINE PHOTO-E-INFO CO., LTD. CTO
9
10 11 12 13 14
4.5R4/13
5Y8/10 4.5G5/8 3PB3/11 5YR8/4 5GY4/4
深红色
深黄色 深渌色 深兰色 带浅黄的粹色(白人的肤色) 适中的青果绿色(树叶绿)
(6)人眼光谱三刺激值函数
X=K∫780380 P()· x()· d Y=K∫780380 P()· y()· d
员,中国照明学会学术委员会、国际交流委员会、光源专委会、
计量测试专委会委员。 在国内外发表论文30余篇,拥有专利7 项。
普通光谱法与结合法优缺点比较
V(λ)探测器误差分析
五、国际最新进展
CIE 于2004年6月7日至11日在日本东京召开了2004 CIE LED 专
家会议和CIE第一分部(视觉和颜色)、第二分部(光和辐射测
量)会议。 参加会议的主要人员:CIE D1、D2和D6的专家
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光照度Ev,单位lux
辐射亮度Ee,单位W/m 2
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光亮度Lv单位 lm/m 2
辐射度量与光度量
有关光度量的几个定义
1、光量(Qv):光的数量,单位:lm·s quantity of light
2、光通量(Qv):光源在单位时间内发出的光量的总和,单位:lm luminous flux
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光照度的实例数值
辐射度量与光度量
场景描述 无月亮的夜晚,光在地面上产生的光照度
满月时,地面上产生的光照度 事业部办公桌面照度
夏天太阳不直接照到露天的地面照度 正午露天地面的照度
光照度(lux) 0.0003 0.2 200
1000~10000 100000
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辐射度量与光度量
有关辐射的几个定义
1、辐射能(Qe): 以辐射形式发射、传播或接受的能量,单位J,焦耳; radiant energy
2、辐射通量(Φe):又称辐射功率(radiant power),以辐射形式发射、传播或接 radiant flux 收的功率,单位W,瓦;Φe=dQe/dt;即单位时间内接受的辐 射能;
辐射度量与光度量的对应和转换
辐射量与光度量都是与能量有关的量。
辐射量是物理的、客观的,
辐射能与光
表示某辐射源客观上发射出的辐射能的大小;
光度量是生理的,主观的, 表示人的视觉系统主观上感受到的那部分光辐射能的强 度,只针对可见光范围内的辐射能量。
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辐射度量与光度量
波长与光谱分布
光谱及相对光谱能量分布
LED白光光谱
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波长与光谱分布
光谱及相对光谱能量分布
白光LED光谱
LED冷白光光谱
LED暖白光光谱
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LED白光+红光光谱
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紫光激发RGB三色荧光粉
波长与光谱分布
几种波长定义
峰值波长λP(Peak-emission Wavelength) :光谱辐射功率最大的值所对 应的波长 光谱半波宽Δλ (Full Width Half Maximum,FWHM):峰值发射波长的辐 射功率的1/2所对应两波长的间隔。
相混合而匹配出来的颜色,这个光谱色就是颜色的主波长。
主波长就是表示你在参照光源下看到的颜色。 同一光线有不同的主波长,因为参照光源的不同。 主波长的测试仪器采用的是行业统一的标准参照光源。
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波长与光谱分布
单色光的波长
通过峰值波长λP、光谱半波宽Δλ、主波长λD 等数值可以准确的表述和 评价某一单色光的特性,如颜色、色纯度等。
医学领域 LED红外线波长
760~3000
850nm 940nm
中间红外线区 nm
远红外线区 nm
3000~5000
8000~14000
3000~4000 3000~30000
4000~10000
30000~ 1000000
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辐射度量与光度量
平面角和立体角
A
αl
or
白光为混合光,只用波长能否准确表示白光的特性?
否
为此引进几个色度学概念: 色温Tc、相关色温CCT、色坐标(x、y)、1931CIE-XYZ系统色品图、显色指数CRI等
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目录
1
辐射度量与光度量
2
波长与光谱
3
色品图与色温
4
色坐标分档
5
显色指数
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线光谱:由狭窄谱线组成的光谱,低压汞灯、低压钠灯发射的为线光谱。
1.0
相对光谱辐射功率
0.8
0.6 0.4
2
0 380
500
780
波 长 λ (nm)
低压钠灯相对光谱能量分布图
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波长与光谱分布
光谱及相对光谱能量分布
LED光谱: LED光辐射光谱分布有其独特的一面。它不是单色光(如激 光),也不是宽光谱辐射(如白炽灯),而是介于两者之间:有几十纳米 的带宽。
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色品图与色温
CIE
CIE:国际照明委员会 CIE: 法语 Commission Internationale de L‘Eclairage 的缩写
英语 International Commission on Illumination CIE创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准 CIE的总部位于奥地利维也纳
3、辐射强度(Ie):在给定的方向上的立体角元(dΩ )内,离开点辐射源的辐 radiant intensity dΦe与dΩ 的比值。单位:W/sr;
Ie= dΦe/dΩ;即单位立体角的辐射通量。
S
dΩ
点辐射源的辐射强度
dΦe
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辐射度量与光度量
有关辐射的几个定义
4、辐射出射度(Me):单位面积辐射源所发射的辐射通量,Me=dΦe/dS,单位:W/m2 radinat exitance
辐射度量与光度量
电磁波频谱——可见光的波长
106nm
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辐射度量与光度量
电磁波频谱——红外线的波长
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辐射度量与光度量
红外线的波段划分
红外线分类
近红外线区 nm
按大气的 三个波段划分
1000~3000
按红外光谱划分 1000~3000
5、辐射亮度(Le):Le=dIe/dScosθ,单位:W/(sr·m2 ) radiance
6、辐射照度(Ee):单位面积所接收的辐射通量,Ee=dΦe/dA,单位:W/m2 irradiance
dΦe
dΦe
dΦe
θ
r2
dS
S
S
dΩ dS
dA
A
Me
Le
Ee
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辐射度量与光度量
此图是国际颜色测量的统一标准。
此图是色度学的实际应用工具。
B
(a)
α= l r
A A'
s
Ωo
平面角和立体角
r
(b)
Ω=
S r2
r 当S= 2 时,S对应的立体角为单位立体角,称为球面度(对应角度),以符号sr表示。
围绕球心O点的总立体角Ω=4π sr;围绕一点光源的立体角就等于4π sr。
在光度学物理量的基本定义中都要引用到立体角这一概念,而且立体角在照明计算中也经常用到
辐射度量与光度量的对应和转换
作为光度量——客观评价的 物理量,必须要规定和使用 世界上认可并适用的标准人 眼和它的光谱灵敏度数值, 这就是目前已被公认的光谱 光效率υ(λ)也称视见函 数
转换公式
υ
1.0
υ(λ)
0.8
0.6
0.4
0.2
0 400 500 600 700 nm
λ
Km 最大光谱光效能= 683 lm/W,对应波长λ=555nm
6、光亮度(Lv):光源在每单位面积上的发光强度,单位:cd/m 2 luminance
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光通量的实例数值
辐射度量与光度量
光源 60W白炽灯 100W白炽灯 18W节能灯 36W节能灯 100W高压钠灯
光通量(lm) 540 1000 900 2000 10500
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OSRAM SFH4232 红外大功率LED光谱图
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波长与光谱分布
光谱及相对光谱能量分布
各类白光光谱:所有白光都是混合光
1.0
相 对 光 谱 辐 射 功 0.5 率
太阳光
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波长 (nm)
太阳光、白炽灯、白色荧光灯相对光谱能量分布图
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色度学简介
色品图与色温
颜色是由于各种光谱能量对人的视觉系统的刺激而引起的感觉。
色度学是研究颜色视觉机理、颜色测量的一门科学。
色度学在工程中应用的基本方法是通过对人眼的大量研究制定一些适当的标 准,使人们有可能用数学方法来描述由视觉系统得到的感觉——颜色;
应用适当的标准和计算方法就有可能测量颜色,将颜色量化,计算颜色,同时 还可能制造出人们希望的某种颜色。
3、发光强度(Iv): luminous intensity
光源在特定方向上单位立体角内所发射的光通量, 单位:cd(candela,坎德拉),lm/sr
4、光出射度(Mv):单位面积光源发出的光通量,单位:lm/m 2 luminous exitance
5、光照度(Ev):被照物体单位面积接收到的光通量, illuminance 单位:lux(勒克斯),lm/m 2
IEC:国际电工委员会
IEC是世界上成立最早的国际性电工标准化机构,负责 有关电气工程和电子忠诚领域中的国际标准化工作。
IEC的总部位于瑞士的日内瓦
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色品图与色温
1931 CIE-XYZ系统色品图
此图是由1931CIE-RGB系统经线性变换后 获得。 此图是在广泛的实验基础上得到的平 均人眼颜色响应。
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