第2章_基本色度学及相关知识
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标准照明体D代表了各种时相日光的相对光
谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。 它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型 日光色度轨迹。 标准照明体D与实际日光具有比较相近的相 对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更 符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推 荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为 6504K的日光 ) 。
45°/垂直（45/0）
样品被一束或多束光 照明，照明光束的轴 线与样品表面的法线 成45±5°，观察方 向与样品的法线之间 的角度不超过10°， 照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹 角不超过8°，观察 光束在观察中也应该 遵守同样的限制 。
垂直/45°（0/45）
照明光束的轴线与 样品表面的法线之 间的角度不超过 10°，照明光束的 任一光线和照明光 轴之间的夹角不超 过8°，观察光束在 在观察中也应该遵 守同样的限制 。
在可见光谱范围内进行积分，即得到该光 源的三刺激值 ：
r
g b
KS
r d
KS g d
KS
b d
X k Y k
700 400
S ( )R ( ) x ( ) d
CIE 1931 x,y 色度图
CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线
色 度 图 上 颜 色 的 大 致 分 布
CIE 1964补充标准色度学观察者三刺激值曲线
CIE 1964补充标准色度系统色度图
CIE 1931系统与CIE 1964系统观察者光谱三 刺激值曲线比较
主波长与色纯度计算
混色系与显色系之间的关系
混色系 显色系
颜色的辨别 辨别的基准
辨别的依据 表色原理
心理物理色
知觉色
心理物理学概念 心理概念
以色感觉建立的 以知感觉建立的 表色系 表色系 光的混合 标准物体色（如 色卡） 色光（包括物体 物体表面色 反射光）
CIE光谱三刺激值 色调、明度、饱和度
表色对象
表色方法
一、光源
五、 CIEXYZ 系统色度计算方法
三原色光： 红 （R） 700nm 绿（G） 546.1nm 蓝（B） 435.8nm 确定三原色光的理由： 700nm是可见光谱的红色末端，而546.1nm 和435.8nm是两个较为明显的汞亮线谱，三 者比较容易从光谱中精确地分离出来。
（一）RGB与XYZ的计算方法
O：光源色度点 M：样品色度点 L：M的主波长色 度点
兴奋纯度：
OM OL x x0 x x0 y y0 y y0
Pe
例：图中，颜色（M）的色度 坐标为（x=0.223、y=0.503）， 光源O的色度坐标为（x0=0.310、 y0=0.316），求颜色（M）在光 源O的照射下的兴奋纯度。
0.3721 0.4091 0.4402 0.3138 0.3779 0.3129 0.3458 0.3741 0.3458 0.3805 0.4370
0.3751 0.3941 0.4031 0.3452 0.3882 0.3292 0.3586 0.3727 0.3588 0.3769 0.4042
在不能应用D65时，尽量采用标准照明体 D50(相关色温5000K)、D55 (相关色温5500K) 和D75 (相关色温: 7500K) D50、D55和D75的相对光谱功率分布曲线
F照明体
类型
标准 F1
照明体
色度坐标
x 0.3131 y 0.3371
宽带
三窄带
F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12
蓝色和红色染料染样品的反射率曲线
100 80
反射率 (%)
A B C D 460 520 580 640 700
60 40 20 0 400
ຫໍສະໝຸດ Baidu波 长 (nm)
A—艳蓝色染料1%（owf） B—艳蓝染料2%（owf） C— 深蓝色染料 D—红色染料
第二节 颜色的测量和计算
用物体的光谱反射率因数（spectral reflectance factor）来表示它对光源的吸收和反射特性 。 光谱反射率因数（spectral reflectance factor）的定 义： 在给定的立体角、限定的方向上，待测物体反射的 辐通量与在相同照明、相同方向上完全反射漫射体 反射的辐通量之比。
二、光谱光度仪的结构特点
（12） 电子 计算机
光电二极管
(1)—样品测量孔 (2)—漫反射积分球 (3)—脉冲氙灯 (4)—D65滤光片 (5)—UV滤光装置 (6)—样品测量光束 (7)—样品测量接收器 (8)—参比测量光束 (9)—参比光束接收器 (10)—镜面反射阱 (11)—透射样品放置槽 (12)—电子计算机
主波长
颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜 色的色调。 在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的 色度点（即色度坐标），连接两点做一直线， 并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨 迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的 主波长。
如图， M和O 分别为样品颜 色（M）和 CIE光源C的 色度点，连接 两色度点，其 直线的延长线 与光谱轨迹相 交与519.4nm 处，519.4nm 就是样品M的 主波长。
700 400 700 400
S ( ) R ( ) y ( )d S ( ) R ( ) z ( )d
Z k
k
100
700
S
400
( )
y
( )
d
（二）CIE 色度坐标及色度图
x X y X z X
X Y Z Y Y Z Z Y Z
（一）仪器内测量用光源
钨丝灯 脉冲氙灯
最佳的仪器内照明光源应为高强度脉冲氙灯，而且 通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布 。 （二）照明和测量条件 1971年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件， 统一了颜色测量和评价方式、减少照明和观察条件对 光谱反射函数实测结果的精确度的影响、提高测量精 度。
漫射/垂直（d/0）
用积分球照明样品，样品 的垂直线和光测轴之间的 夹角不应超过10°，积分 球的直径可以是任意大小， 但其开孔的总面积不能超 过积分球内部反射总面积 的10％，观察光束的任一 光线和观察轴之间的夹角 不应超过5°。
垂直/漫射（0/d）
照明光束的轴线与样品表面 的法线之间的角度不超过 10°，反射通量由积分球来 聚集，照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹角不超 过5°，积分球的直径可以 是任意大小，但开孔的总面 积不能超过积分球内部反射 总面积的10％ 。
第二章 基本色度学及相关知识
第一节 CIE标准色度学系统 色刺激（Colour stimulus） 引起颜色知觉的光 。 表色系（Colour specification system） 由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系 。 混色系基于心理物理色而建立起来的表色 系，如1931CIE—XYZ系统。 显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空 间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔 颜色系统 。
光泽吸收阱
（三）单色器
作用：将复色光分解成单色光，再由光电检出器 按相应的波长检出。 （四）光电检出器
经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器上 转变成电信号，电信号经模/数转换成为计算机可 以处理的数据 。
光谱光度仪的常见品牌和型号 品牌 爱色丽（X-Rite）
产品型号 CE7000A，color i7,color i5, CE2180，CE-XTH, CE-XTS， SP60/62/64 德塔颜色（Datacolor） SF650，SF600, SF550，SF400， DF110，DF245 亨特立（HunterLab） UltraScan Pro，UltraScan VIS， ColorQuest XE，MiniScan XE， LabScan XE CM-3700d，CM-3600d， 柯尼卡美能达 （KonicaMinolta） CM3500d，CM2600d，CM2300d， CM2500c
（二）反射 镜面反射 发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在 这种平面上，则以相同角度 (与样品表面法线的 夹角) 反射出一部分光，而且与入射光的波长无 关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。 漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很 多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表 面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体 的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散 射引起的漫反射。
标准照明体B
标准照明体B代表相关
色温约为4874K的直射 阳光，它的色度坐标紧 靠普朗克轨迹。 相对光谱功率分布曲线
标准照明体C
标准照明体C代表相
关色温大约为6774K的 平均日光，其光色近似 阴天天空的日光，色度 坐标位于普朗克轨迹的 下方。 相对光谱功率分布曲线
标准照明体D
标准照明体
“照明体”：指特定的光谱能量分布，这
一光谱能量分布不一定由一个光源直接提供， 也不一定能用特定光源来实现。
“光源”：指真实存在的物理辐射体。
CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体 A、B、C和D 。
标准照明体A
标准照明体A是相
当于黑体加温到 2855.6K时所辐射出 的光，它的色度坐 标落在了CIE 1931 色度图的普朗克轨 迹上。 相对光谱功率分布 曲线
BACK
不是所有的颜色样品都有主波长。 在色度图上光谱两端与光源色度 点形成的三角形区域（紫色区） 内的颜色，如图中的N点，就没 有主波长。 N和O点连，由O端的延长线与光 谱的相交点（495.7nm）就是颜 色（N）的补色波长。 为区分主波长和补色波长，在补 色波长前加一负号，或后面加 “C”来表示，样品N的主波长 可写成“－ 495.7nm”或 “495.7 c nm”也以写成
兴奋纯度
样品的颜色接近主波长光谱色的程度，称 为该样品颜色的纯度 。 色度图上，用光源点到样品色度点的距离 与光源点到主波长色度点（或补色波长色 度点）的距离的比率来表示纯度（彩色， 饱和度）时，称兴奋纯度 。 兴奋纯度表示了同一个主波长的光谱色被 光源冲淡后所具有的饱和度。 兴奋纯度的引入解决了在不同光源下，将 不同颜色样品的饱和度进行比较的问题 。
某一光源的光谱功率分布函数 S 光谱三刺激值与波长的关系函数 r g b 在某一波长λ的三刺激值为
d r KS 有：
d b KS
r d
r g b
dg K S g d
b d
（三）透射 透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。
（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体； （2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体； （3）全部被反（散）射，没有吸收透过，白色不透明体； （4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体； （5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体； （6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体； （7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。
CIE 1931标准色度系 统、CIE 1964补充标 准色度系统，完成了 用数字表示颜色的目 的，但很难将日常生 活中见到的颜色与数 字联系起来。 Y＝30，x＝0.3927， y＝0.1892是什么颜 色？
结合颜色的三属性（色调、明度、饱和度） 提出了与颜色三属性有关联的一些概念： 主波长 兴奋纯度 亮度纯度
相关色温 K 6430 4230 3450 2940 6350 4150 6500 5000 4150 5000 4000 3000
二、 标准色度观察者
红
绿 蓝
观测角 限制屏
黑色隔板
2º
EYE
白背景
测试滤色片
试验光
三、 物体的光学性质
（一）吸收
物体受到光的照射后，能够吸收全部或部 分波长范围光的能量，并将吸收的光能转 化为热能，其余波长的光被反射或透射出 去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们 所表现的颜色，就是被吸收光的补色。
谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。 它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型 日光色度轨迹。 标准照明体D与实际日光具有比较相近的相 对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更 符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推 荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为 6504K的日光 ) 。
45°/垂直（45/0）
样品被一束或多束光 照明，照明光束的轴 线与样品表面的法线 成45±5°，观察方 向与样品的法线之间 的角度不超过10°， 照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹 角不超过8°，观察 光束在观察中也应该 遵守同样的限制 。
垂直/45°（0/45）
照明光束的轴线与 样品表面的法线之 间的角度不超过 10°，照明光束的 任一光线和照明光 轴之间的夹角不超 过8°，观察光束在 在观察中也应该遵 守同样的限制 。
在可见光谱范围内进行积分，即得到该光 源的三刺激值 ：
r
g b
KS
r d
KS g d
KS
b d
X k Y k
700 400
S ( )R ( ) x ( ) d
CIE 1931 x,y 色度图
CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线
色 度 图 上 颜 色 的 大 致 分 布
CIE 1964补充标准色度学观察者三刺激值曲线
CIE 1964补充标准色度系统色度图
CIE 1931系统与CIE 1964系统观察者光谱三 刺激值曲线比较
主波长与色纯度计算
混色系与显色系之间的关系
混色系 显色系
颜色的辨别 辨别的基准
辨别的依据 表色原理
心理物理色
知觉色
心理物理学概念 心理概念
以色感觉建立的 以知感觉建立的 表色系 表色系 光的混合 标准物体色（如 色卡） 色光（包括物体 物体表面色 反射光）
CIE光谱三刺激值 色调、明度、饱和度
表色对象
表色方法
一、光源
五、 CIEXYZ 系统色度计算方法
三原色光： 红 （R） 700nm 绿（G） 546.1nm 蓝（B） 435.8nm 确定三原色光的理由： 700nm是可见光谱的红色末端，而546.1nm 和435.8nm是两个较为明显的汞亮线谱，三 者比较容易从光谱中精确地分离出来。
（一）RGB与XYZ的计算方法
O：光源色度点 M：样品色度点 L：M的主波长色 度点
兴奋纯度：
OM OL x x0 x x0 y y0 y y0
Pe
例：图中，颜色（M）的色度 坐标为（x=0.223、y=0.503）， 光源O的色度坐标为（x0=0.310、 y0=0.316），求颜色（M）在光 源O的照射下的兴奋纯度。
0.3721 0.4091 0.4402 0.3138 0.3779 0.3129 0.3458 0.3741 0.3458 0.3805 0.4370
0.3751 0.3941 0.4031 0.3452 0.3882 0.3292 0.3586 0.3727 0.3588 0.3769 0.4042
在不能应用D65时，尽量采用标准照明体 D50(相关色温5000K)、D55 (相关色温5500K) 和D75 (相关色温: 7500K) D50、D55和D75的相对光谱功率分布曲线
F照明体
类型
标准 F1
照明体
色度坐标
x 0.3131 y 0.3371
宽带
三窄带
F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12
蓝色和红色染料染样品的反射率曲线
100 80
反射率 (%)
A B C D 460 520 580 640 700
60 40 20 0 400
ຫໍສະໝຸດ Baidu波 长 (nm)
A—艳蓝色染料1%（owf） B—艳蓝染料2%（owf） C— 深蓝色染料 D—红色染料
第二节 颜色的测量和计算
用物体的光谱反射率因数（spectral reflectance factor）来表示它对光源的吸收和反射特性 。 光谱反射率因数（spectral reflectance factor）的定 义： 在给定的立体角、限定的方向上，待测物体反射的 辐通量与在相同照明、相同方向上完全反射漫射体 反射的辐通量之比。
二、光谱光度仪的结构特点
（12） 电子 计算机
光电二极管
(1)—样品测量孔 (2)—漫反射积分球 (3)—脉冲氙灯 (4)—D65滤光片 (5)—UV滤光装置 (6)—样品测量光束 (7)—样品测量接收器 (8)—参比测量光束 (9)—参比光束接收器 (10)—镜面反射阱 (11)—透射样品放置槽 (12)—电子计算机
主波长
颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜 色的色调。 在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的 色度点（即色度坐标），连接两点做一直线， 并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨 迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的 主波长。
如图， M和O 分别为样品颜 色（M）和 CIE光源C的 色度点，连接 两色度点，其 直线的延长线 与光谱轨迹相 交与519.4nm 处，519.4nm 就是样品M的 主波长。
700 400 700 400
S ( ) R ( ) y ( )d S ( ) R ( ) z ( )d
Z k
k
100
700
S
400
( )
y
( )
d
（二）CIE 色度坐标及色度图
x X y X z X
X Y Z Y Y Z Z Y Z
（一）仪器内测量用光源
钨丝灯 脉冲氙灯
最佳的仪器内照明光源应为高强度脉冲氙灯，而且 通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布 。 （二）照明和测量条件 1971年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件， 统一了颜色测量和评价方式、减少照明和观察条件对 光谱反射函数实测结果的精确度的影响、提高测量精 度。
漫射/垂直（d/0）
用积分球照明样品，样品 的垂直线和光测轴之间的 夹角不应超过10°，积分 球的直径可以是任意大小， 但其开孔的总面积不能超 过积分球内部反射总面积 的10％，观察光束的任一 光线和观察轴之间的夹角 不应超过5°。
垂直/漫射（0/d）
照明光束的轴线与样品表面 的法线之间的角度不超过 10°，反射通量由积分球来 聚集，照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹角不超 过5°，积分球的直径可以 是任意大小，但开孔的总面 积不能超过积分球内部反射 总面积的10％ 。
第二章 基本色度学及相关知识
第一节 CIE标准色度学系统 色刺激（Colour stimulus） 引起颜色知觉的光 。 表色系（Colour specification system） 由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系 。 混色系基于心理物理色而建立起来的表色 系，如1931CIE—XYZ系统。 显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空 间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔 颜色系统 。
光泽吸收阱
（三）单色器
作用：将复色光分解成单色光，再由光电检出器 按相应的波长检出。 （四）光电检出器
经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器上 转变成电信号，电信号经模/数转换成为计算机可 以处理的数据 。
光谱光度仪的常见品牌和型号 品牌 爱色丽（X-Rite）
产品型号 CE7000A，color i7,color i5, CE2180，CE-XTH, CE-XTS， SP60/62/64 德塔颜色（Datacolor） SF650，SF600, SF550，SF400， DF110，DF245 亨特立（HunterLab） UltraScan Pro，UltraScan VIS， ColorQuest XE，MiniScan XE， LabScan XE CM-3700d，CM-3600d， 柯尼卡美能达 （KonicaMinolta） CM3500d，CM2600d，CM2300d， CM2500c
（二）反射 镜面反射 发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在 这种平面上，则以相同角度 (与样品表面法线的 夹角) 反射出一部分光，而且与入射光的波长无 关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。 漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很 多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表 面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体 的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散 射引起的漫反射。
标准照明体B
标准照明体B代表相关
色温约为4874K的直射 阳光，它的色度坐标紧 靠普朗克轨迹。 相对光谱功率分布曲线
标准照明体C
标准照明体C代表相
关色温大约为6774K的 平均日光，其光色近似 阴天天空的日光，色度 坐标位于普朗克轨迹的 下方。 相对光谱功率分布曲线
标准照明体D
标准照明体
“照明体”：指特定的光谱能量分布，这
一光谱能量分布不一定由一个光源直接提供， 也不一定能用特定光源来实现。
“光源”：指真实存在的物理辐射体。
CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体 A、B、C和D 。
标准照明体A
标准照明体A是相
当于黑体加温到 2855.6K时所辐射出 的光，它的色度坐 标落在了CIE 1931 色度图的普朗克轨 迹上。 相对光谱功率分布 曲线
BACK
不是所有的颜色样品都有主波长。 在色度图上光谱两端与光源色度 点形成的三角形区域（紫色区） 内的颜色，如图中的N点，就没 有主波长。 N和O点连，由O端的延长线与光 谱的相交点（495.7nm）就是颜 色（N）的补色波长。 为区分主波长和补色波长，在补 色波长前加一负号，或后面加 “C”来表示，样品N的主波长 可写成“－ 495.7nm”或 “495.7 c nm”也以写成
兴奋纯度
样品的颜色接近主波长光谱色的程度，称 为该样品颜色的纯度 。 色度图上，用光源点到样品色度点的距离 与光源点到主波长色度点（或补色波长色 度点）的距离的比率来表示纯度（彩色， 饱和度）时，称兴奋纯度 。 兴奋纯度表示了同一个主波长的光谱色被 光源冲淡后所具有的饱和度。 兴奋纯度的引入解决了在不同光源下，将 不同颜色样品的饱和度进行比较的问题 。
某一光源的光谱功率分布函数 S 光谱三刺激值与波长的关系函数 r g b 在某一波长λ的三刺激值为
d r KS 有：
d b KS
r d
r g b
dg K S g d
b d
（三）透射 透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。
（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体； （2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体； （3）全部被反（散）射，没有吸收透过，白色不透明体； （4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体； （5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体； （6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体； （7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。
CIE 1931标准色度系 统、CIE 1964补充标 准色度系统，完成了 用数字表示颜色的目 的，但很难将日常生 活中见到的颜色与数 字联系起来。 Y＝30，x＝0.3927， y＝0.1892是什么颜 色？
结合颜色的三属性（色调、明度、饱和度） 提出了与颜色三属性有关联的一些概念： 主波长 兴奋纯度 亮度纯度
相关色温 K 6430 4230 3450 2940 6350 4150 6500 5000 4150 5000 4000 3000
二、 标准色度观察者
红
绿 蓝
观测角 限制屏
黑色隔板
2º
EYE
白背景
测试滤色片
试验光
三、 物体的光学性质
（一）吸收
物体受到光的照射后，能够吸收全部或部 分波长范围光的能量，并将吸收的光能转 化为热能，其余波长的光被反射或透射出 去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们 所表现的颜色，就是被吸收光的补色。