色度學(xué)原理與CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)

1、22PrologueThis is the story of Mister Chrome who started out to paint his home.The paint ran out when half away through so to the store he quickly flewto buy some more of matching hue, a delicate shade of egg-shell blue.But when he tried this latest batch, he found it simply didnt match.No wonder he

2、 was in a fix, for of the colors we can mix,the major shades and those between, ten million different can be seen.2You foolish man, said Missis Chrome, you should have taken from the homea simple of the color done; you cant remember every one.Taking care that she had got a sample from the early pot,

3、she went and bought her husband more of better color from the store.Before she paid, she checked the shade, and found a perfect match it made.In triumph now she took it home, and gave it straight to Mister Chrome.He put it on without delay, and found the color now okey.2222.1 色度學(xué)實驗依據(jù)色度學(xué)實驗依據(jù)2.1.1 顏色匹

4、配實驗顏色匹配實驗2顏色光的匹配實驗顏色光的匹配實驗 22.1.2 同顏色光亮度的相加同顏色光亮度的相加設(shè)有三個不同顏色的色光設(shè)有三個不同顏色的色光 ：P*、Q*、R* 相應(yīng)色的單位量值：相應(yīng)色的單位量值：P、Q、Rp、q、r 分別為顏色分別為顏色P*、Q*、R*的強(qiáng)度。的強(qiáng)度。 調(diào)出調(diào)出P/ Lp、Q / Lq、R / Lr，使這些使這些。Lp、Lq、Lr即為單位顏色即為單位顏色P、Q、R的光亮度比值。的光亮度比值。 選擇光亮度單位，則選擇光亮度單位，則Lp、Lq、Lr為為P、Q、R各單位顏色的光亮度值。各單位顏色的光亮度值。 因此因此，是單位顏色是單位顏色P、Q、R 的的。22.1.2 同

5、顏色光亮度的相加同顏色光亮度的相加p P、q Q兩色混合，與兩色混合，與 r R光亮度比較光亮度比較： 當(dāng)當(dāng) p、q、r 滿足下列數(shù)值關(guān)系時，被比較滿足下列數(shù)值關(guān)系時，被比較的兩光亮度相等。的兩光亮度相等。p Lp + q Lq = r Lr （2-1）： 不論顏色的成分如何，各種顏色重疊的光不論顏色的成分如何，各種顏色重疊的光亮度是可以相加的。亮度是可以相加的。 22.2 顏色的數(shù)學(xué)表示顏色的數(shù)學(xué)表示2.2.1 色三角形色三角形色光相同的顏色和亮度色光相同的顏色和亮度：色光的顏色和亮度的統(tǒng)稱：色光的顏色和亮度的統(tǒng)稱B*G*R*rbgB*G*R*rbg ：（r，g。b）22.2.2 顏色方程顏

6、色方程三原色三原色、 、任意色任意色看成是色向量，看成是色向量，相應(yīng)的單位向量相應(yīng)的單位向量 、 、 以及以及 。= 、 G*= 、 = 、 = 當(dāng)顏色當(dāng)顏色 與與 、 、 混合視覺上混合視覺上匹配時，則可寫出顏色方程：匹配時，則可寫出顏色方程： = + + (2-2)此時稱此時稱 、 、為顏色為顏色C*的的。2： Green nm 700 546.1 435.822.2.2 顏色方程顏色方程 在顏色轉(zhuǎn)盤實驗中，如果被匹配的顏色在顏色轉(zhuǎn)盤實驗中，如果被匹配的顏色(轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤中心中心)很飽和，那么用很飽和，那么用、三原色可能實三原色可能實現(xiàn)不了匹配。在這種情況下，如圖現(xiàn)不了匹配。在這種情況下，如圖

7、2-1 (b)所示匹所示匹配。配。顏色匹配方程：顏色匹配方程：CC + = + GG 可寫成：可寫成：CC = + GG - (2-3)2顏色轉(zhuǎn)盤顏色轉(zhuǎn)盤 22 Green Mixturecd/m2 1.0000 4.5907 0.0691 5.65081 unit = = 1.0000 cd/m2 ;1 Green unit = G = 4.5907 cd/m2 ;1 unit = = 0.0691 cd/m2 . 100 produce : 100 5 4100 G produce : 0 100 75100 produce : 0 0 1002 1 unit of 500 nm prod

8、uces 20 40 20 20 20 1 0.8 39 G 0 39 29.2 20 + 39 G = 20 40 301 unit of 500 nm produces 20 40 2010 of R produces 0 0 101 500 nm +10 = 20 40 301 500 nm +10 R 39 G + 20 1 500 nm = -10 + 39 G + 20 1 600 nm = 95 + 30 G + 0 1 500 nm + 1 600 nm = 85 + 69 G + 20 22.2.2 顏色方程顏色方程 在顏色科學(xué)中，我們不直接用三刺激值在顏色科學(xué)中，我們不直接

9、用三刺激值R、G、B來表示顏色，而用三原色各自占來表示顏色，而用三原色各自占R+G+B總總量的相對比值表示顏色。量的相對比值表示顏色。：三原色各自占：三原色各自占R+G+B總量的相對比總量的相對比值。值。對顏色對顏色C*而言，其色度坐標(biāo)為：而言，其色度坐標(biāo)為： r = R / (R+G+B) g = G / (R+G+B) b = B / (R+G+B) 顏色顏色C*的單位值：的單位值： = + + 則顏色則顏色C*的色量的色量C： = + + 。2 令令 W = (1/3) + (1/3) + (1/3) W色度坐標(biāo)：色度坐標(biāo)：r = 1/3、g = 1/3、b = 1/3 相應(yīng)相應(yīng) 、 的

10、的相對光亮度值：相對光亮度值： = 1.0000 、 = 4.5907 、 = 0.0691 ，從而顏色從而顏色C*的單位光亮度為的單位光亮度為 LC = r + g + b 若已知顏色若已知顏色C*的光亮度為的光亮度為L，并且測量得顏并且測量得顏色色C*的的r、g、b值，則顏色值，則顏色C*的色量為的色量為 C = L / LC = L / ( r + g + b )22.3 色度相加原理色度相加原理 根據(jù)格拉斯曼配色混合的代替律，根據(jù)格拉斯曼配色混合的代替律，如果色光如果色光A* =色光色光B*，色光色光C* = 色光色光D*，則則 A* + C* = B* + D*。此式說明色光相加符合

11、數(shù)學(xué)上的向量加法法則。此式說明色光相加符合數(shù)學(xué)上的向量加法法則。22.3 色度相加原理色度相加原理：設(shè)色光設(shè)色光 C1C1 C2C2三刺激值：三刺激值： 、 、色度坐標(biāo)：色度坐標(biāo)： r1、g1、b1 r2、g2、b2經(jīng)過色光混合后色光經(jīng)過色光混合后色光為為C12C12，則顏色則顏色C12C12為為C12C12 = C1C1 + C2C2 = + + + + + = + + =(C1r1+C2r2)+(C1g1+C2g2)+(C1b1+C2b2)2所以所以 C12 = C1(r1 + g1 + b1) + C2(r2 + g2 + b2) = C1 + C22122111221221112212

12、21112CCbCbCbCCgCgCgCCrCrCr， 這就是說，在色三角形坐標(biāo)中兩色混合的這就是說，在色三角形坐標(biāo)中兩色混合的色度，相當(dāng)于色度，相當(dāng)于C1*、C2*兩色依其色量兩色依其色量C1 、C2而而形成的重心點。形成的重心點。2則其色度坐標(biāo)應(yīng)為：則其色度坐標(biāo)應(yīng)為： CrCCCCrCrCrCr n1iin1iiin21nn2211 CgCCCCgCgCgCg n1iin1iiin21nn2211 CbCCCCbCbCbCb n1iin1iiin21nn221122.4 色譜圖色譜圖例：例： C500*= = W1W + ， = + ，因而有：因而有： + W1W = + B*G*R*C5

13、00*W*Co*B*G*R*C500*W*Co* 確定確定 、，與各種不同波長的單色光與各種不同波長的單色光的顏色相匹配，從而得出的顏色相匹配，從而得出各光譜單色光相對于選定各光譜單色光相對于選定三原色的色度值。光譜色三原色的色度值。光譜色是最純的，想用三原色混是最純的，想用三原色混合得到是不可能的。合得到是不可能的。2 + W1W = + 式改寫為式改寫為 = + - W1W = + W1(1/3)+(1/3) +(1/3)= + + 光譜光譜色色相應(yīng)的色度坐標(biāo)相應(yīng)的色度坐標(biāo) r1、g1、b1為為。，11111111111111111WBG3/WBbWBG3/WGgWBG3/Wr 由于分母中

14、有負(fù)號，因此由于分母中有負(fù)號，因此r1、g1、b1不但可不但可以為負(fù)值，而且它的絕對值不限于以為負(fù)值，而且它的絕對值不限于0到到1范圍，范圍，有可能大于有可能大于1。2 根據(jù)色相加原根據(jù)色相加原理，顯然任何現(xiàn)理，顯然任何現(xiàn)實顏色的色度坐實顏色的色度坐標(biāo)必然都在光譜標(biāo)必然都在光譜軌跡與長、短波軌跡與長、短波兩端點連線所構(gòu)兩端點連線所構(gòu)成的范圍之內(nèi)。成的范圍之內(nèi)。由此所構(gòu)成的圖由此所構(gòu)成的圖譜稱為色譜圖。譜稱為色譜圖。W*540600580510400700480500490530520W*54060058051040070048050049053052022.5 光譜三刺激值光譜三刺激值 如果已

15、知色光如果已知色光E的光譜功率分布，怎樣來確的光譜功率分布，怎樣來確定它的三刺激值及色度坐標(biāo)呢定它的三刺激值及色度坐標(biāo)呢？設(shè)：光譜功率分布為設(shè)：光譜功率分布為E( )， 光譜色光譜色 的色度坐標(biāo)的色度坐標(biāo)r( )、g( )、b( )。首先找出單色光首先找出單色光E( )d 的色量值的色量值dC( )，單色光單色光E( )d 的亮度：的亮度：kV( )E( )d ，其對應(yīng)的其對應(yīng)的C值值dC( )：dC( )=kV( )E( )d /r( )LR+g( )LG+b( )LB 22.5 光譜三刺激值光譜三刺激值再由式（再由式（2-10）得色光）得色光E的色度坐標(biāo)為：的色度坐標(biāo)為：rE = r( )

16、dC( )/ dC( )，gE = g( )dC( )/ dC( )，bE = b( )dC( )/ dC( )或?qū)懗桑夯驅(qū)懗桑?dL)(bL)(gL)( r)(E)(kV)( rdr BGRE dL)(bL)(gL)( r)(E)(kV)(gdg BGRE dL)(bL)(gL)( r)(E)(kV)(bdb BGRE2 對于任一色光，只要測得它的光譜功率分布，對于任一色光，只要測得它的光譜功率分布，就能計算求得這一色光的色度坐標(biāo)。就能計算求得這一色光的色度坐標(biāo)。L)(bL)(gL)( r/)( r )(kV)( rBGRL)(bL)(gL)( r/)(g)(kV)(gBGRL)(bL)(g

17、L)( r/)(b)(kV)(bBGR令令d)(E)(b d)(E)(g d)(E)( rbgrEEE：其中其中k為規(guī)化系數(shù)。于是得：為規(guī)化系數(shù)。于是得：)(b)(g)( r、 需要指出，光譜三刺激值函數(shù)是與所選擇的需要指出，光譜三刺激值函數(shù)是與所選擇的紅、綠、藍(lán)三原色有關(guān)。紅、綠、藍(lán)三原色有關(guān)。 稱為稱為。22.6 色度轉(zhuǎn)換色度轉(zhuǎn)換三原色三原色 R*、G*、B* X*、Y*、Z*單位向量：單位向量： R、G、B X、Y、Z設(shè)顏色向量設(shè)顏色向量C* 單位向量：單位向量： C C 三刺激值三刺激值 ： R、G、B X、Y、Z則顏色向量則顏色向量C*可表示為：可表示為：C* = (R + G +

18、B) C = R R + G G + B B= (X + Y + Z) C = X X + Y Y + Z Z2已知：已知：X 的色度坐標(biāo)：的色度坐標(biāo)：（rX，gX，bX） Y的色度坐標(biāo)：的色度坐標(biāo)： （rY，gY，bY） Z 的色度坐標(biāo)：的色度坐標(biāo)：（rZ，gZ，bZ）則則X、Y、Z在在R*、G*、B*中的色向量分別為：中的色向量分別為： X = rX R + gX G + bX B Y = rY R + gY G + bY B Z = rZ R + gZ G + bZ B 對對X*、Y*、Z*體系按照不同的規(guī)化條件，因此有體系按照不同的規(guī)化條件，因此有 X = kX X = kX rX R

19、 + kX gX G + kX bX B Y = kY Y = kY rY R + kY gY G + kY bY B Z = kZ Z = kZ rZ R + kZ gZ G + kZ bZ B其中其中kX 、kY 、kZ 為確定為確定X、Y、Z單位向量的規(guī)單位向量的規(guī)化系數(shù)?；禂?shù)。2將上式代入式將上式代入式(2-16)，取，取R、G、B兩邊的系兩邊的系數(shù)相等，得：數(shù)相等，得： R = kX rX X + kX gX Y + kX bX Z G = kY rY X + kY gY Y + kY bY Z B = kZ rZ X + kZ gZ Y + kZ bZ Z上式用矩陣表示：上式用矩

20、陣表示： ZYXkABGRZYXZYXZYXbbbgggrrrAZYXk000k000kk2BGRAkZYX113/13/13/1kAbgrWWW 確定確定k的規(guī)化條件是當(dāng)?shù)囊?guī)化條件是當(dāng)R G B為白為白色色rW gW bW時，時，X Y Z = 1/3 1/3 1/3。由此得：由此得： 從此式可求得矩陣從此式可求得矩陣k 2單位向量單位向量X、Y、Z的光亮度值的光亮度值LX、LY 、LZ 與與LR、LG 、LB之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系：LX = kX rX LR + kX gX LG + kX bX LBLY = kY rY LR + kY gY LG + kY bY LBLZ = k

21、Z rZ LR + kZ gZ LG + kZ bZ LB而色向量而色向量C*的光亮度值不隨坐標(biāo)的變化而異：的光亮度值不隨坐標(biāo)的變化而異： L = CXYZ LC = X LX + Y LY + Z LZ = CRGB LC = R LR + G LG + B LB由于由于CXYZ = X + Y + Z ，CRGB = R + G + B，所以所以 此式表明，某一顏色在兩個不同三原色中的單位此式表明，某一顏色在兩個不同三原色中的單位色向量的光亮度值與其色向量絕對值成反比。色向量的光亮度值與其色向量絕對值成反比。2 依相同原理，可得依相同原理，可得X，Y，Z系統(tǒng)中光系統(tǒng)中光譜三刺激值與譜三刺激

22、值與R，G，B系統(tǒng)中光譜三刺激系統(tǒng)中光譜三刺激值的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：值的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： )(b)(g)( rAkK)(z)(y)(x11 實際上這一比例系數(shù)實際上這一比例系數(shù)K可由規(guī)化條件可由規(guī)化條件或從儀器的標(biāo)定中得出。或從儀器的標(biāo)定中得出。2 現(xiàn)代色度學(xué)采用國際照明委員會現(xiàn)代色度學(xué)采用國際照明委員會(簡稱簡稱CIE)所規(guī)定的一套顏色測量原理、數(shù)據(jù)和計算方法，所規(guī)定的一套顏色測量原理、數(shù)據(jù)和計算方法，稱為稱為。此系統(tǒng)是以兩組現(xiàn)代。此系統(tǒng)是以兩組現(xiàn)代色度學(xué)的基本視覺實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。色度學(xué)的基本視覺實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。 CIE l931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值，適，適于于1o

23、4o視場的顏色測量；視場的顏色測量； CIE l964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值，適，適于大于于大于4o視場的顏色測量。并且視場的顏色測量。并且CIE規(guī)定必須在規(guī)定必須在明視覺條件下使用這兩組標(biāo)準(zhǔn)觀察者的數(shù)據(jù)。明視覺條件下使用這兩組標(biāo)準(zhǔn)觀察者的數(shù)據(jù)。 2 1931年年CIE規(guī)定規(guī)定700 nm的紅、的紅、546.1 nm的綠和的綠和435.8 nm的藍(lán)為色光三原色，三的藍(lán)為色光三原色，三原色能相加匹配出等能白色原色能相加匹配出等能白色(E光源光源)，然后，然后在在2o觀察條件下，采用目視配色儀上匹配觀察條件下，采用目視配色儀上匹配出等能光譜色的出等能光譜色的 R、G、

24、B分量，稱為分量，稱為1931年年CIE-RGB 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值，用激值，用 bgr、2)( r )(g )(b 22 亮度僅由亮度僅由Y表示，表示，X、Y、Z所形成的所形成的虛線三角形包含了虛線三角形包含了整個光譜軌跡，使整個光譜軌跡，使得光譜軌跡上和軌得光譜軌跡上和軌跡之內(nèi)的色度坐標(biāo)跡之內(nèi)的色度坐標(biāo)都成了正值。都成了正值。2X、Y、Z 三點在三點在rg圖中的坐標(biāo)是：圖中的坐標(biāo)是：X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279Z：r = - 0.743

25、1，g = 0.1409，b = 1.6022 在在1931 CIE-XYZ 色度圖中，等能的白光，色度圖中，等能的白光，即即E光源的色度坐標(biāo)為：光源的色度坐標(biāo)為： xE = 0.3333，yE = 0.3333。2222 單純原色的混合物，在整個視場低于單純原色的混合物，在整個視場低于10o時出時出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，工業(yè)上配色總是在比現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，工業(yè)上配色總是在比2o視場更大視場更大的范圍。為了適合于的范圍。為了適合于10o大視場的色度測量，大視場的色度測量，1964年年CIE規(guī)定了一組規(guī)定了一組CIE l964 補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值和相應(yīng)的色度圖，這一系統(tǒng)稱為光譜三刺激值

26、和相應(yīng)的色度圖，這一系統(tǒng)稱為CIE l964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。 在在CIE l964補(bǔ)充色度學(xué)系統(tǒng)色度圖中，等能補(bǔ)充色度學(xué)系統(tǒng)色度圖中，等能白光的色度坐標(biāo)：白光的色度坐標(biāo)：x10E = 0.3333，y10E = 0.3333，z10E = 0.3333。 研究表明，研究表明，。 2222.8 CIE 標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源（1）發(fā)光效率）發(fā)光效率：一般指電光源所發(fā)出的光通量與該光：一般指電光源所發(fā)出的光通量與該光源所消耗的功率之比，即每消耗一瓦功率所能產(chǎn)生的源所消耗的功率之比，即每消耗一瓦功率所能產(chǎn)生的光通量。光通量。（2）光譜功率分布）光譜功率分布：一

27、種光源所發(fā)射的光譜往往不是：一種光源所發(fā)射的光譜往往不是單一的波長，而是由許多不同波長的混合輻射所組成。單一的波長，而是由許多不同波長的混合輻射所組成。光源的光譜輻射按波長順序和各波長強(qiáng)度分布稱為光光源的光譜輻射按波長順序和各波長強(qiáng)度分布稱為光源的光譜功率分布。源的光譜功率分布。（3）絕對光譜功率分布曲線和相對光譜功率分布曲線絕對光譜功率分布曲線和相對光譜功率分布曲線：前者指以光譜輻射的各種波長光能量絕對值所作的曲前者指以光譜輻射的各種波長光能量絕對值所作的曲線；后者指將光源輻射光譜的各種波長的能量進(jìn)行相線；后者指將光源輻射光譜的各種波長的能量進(jìn)行相互比較，作歸一化處理后使輻射功率僅在規(guī)定的范

28、圍互比較，作歸一化處理后使輻射功率僅在規(guī)定的范圍內(nèi)變化的光譜功率分布曲線。內(nèi)變化的光譜功率分布曲線。2（4）連續(xù)光譜、線狀光譜、混合光譜）連續(xù)光譜、線狀光譜、混合光譜：由紅到：由紅到藍(lán)各種色光在內(nèi)的連續(xù)彩色光帶稱連續(xù)光譜；藍(lán)各種色光在內(nèi)的連續(xù)彩色光帶稱連續(xù)光譜；在整個光譜區(qū)域中某幾個波長處發(fā)生狹窄的光在整個光譜區(qū)域中某幾個波長處發(fā)生狹窄的光譜稱為線狀光譜；在連續(xù)光譜中附上一些突出譜稱為線狀光譜；在連續(xù)光譜中附上一些突出的線光譜稱為混合光譜。的線光譜稱為混合光譜。（5）絕對黑體和全輻射體）絕對黑體和全輻射體：指在任何波長下能：指在任何波長下能夠全部吸收任何波長的輻射的物體。夠全部吸收任何波長的輻

29、射的物體。（6）黑體軌跡）黑體軌跡：隨著絕對黑體加熱溫度的升高，：隨著絕對黑體加熱溫度的升高，按照普朗克計算出在各種溫度時的相對應(yīng)光譜按照普朗克計算出在各種溫度時的相對應(yīng)光譜功率分布轉(zhuǎn)換成功率分布轉(zhuǎn)換成CIE l931色度坐標(biāo)，絕對黑體不色度坐標(biāo)，絕對黑體不同溫度的色光變化在同溫度的色光變化在CIE l931色度圖上形成的弧色度圖上形成的弧形軌跡，稱為黑體軌跡。形軌跡，稱為黑體軌跡。2（7）色溫和相關(guān)色溫：）色溫和相關(guān)色溫：某光源的色度與絕對黑體輻射在：某光源的色度與絕對黑體輻射在某一溫度下的色度一樣，則這一溫度稱為某光某一溫度下的色度一樣，則這一溫度稱為某光源的色溫。源的色溫。 相同光源色溫

30、的相對光譜功率分布與某溫度相同光源色溫的相對光譜功率分布與某溫度下黑體輻射的光譜功率分布可能完全一致，也下黑體輻射的光譜功率分布可能完全一致，也可能不一致?？赡懿灰恢隆＃汗庾V功率分布完全一致的兩色：光譜功率分布完全一致的兩色色度和色溫一樣的兩個光源的色度和色溫一樣的兩個光源的光譜功率分布不一定完全一致。光譜功率分布不一定完全一致。：光源的光色在色度圖上不一定準(zhǔn)確：光源的光色在色度圖上不一定準(zhǔn)確地落在絕對黑體軌跡上，所以只能用光源與黑地落在絕對黑體軌跡上，所以只能用光源與黑體軌跡最近的顏色來確定該光源的色溫，稱為體軌跡最近的顏色來確定該光源的色溫，稱為相關(guān)色溫。相關(guān)色溫。22.8.2 CIE 標(biāo)

31、準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、DCIE推薦了四種標(biāo)準(zhǔn)照明體推薦了四種標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、D和三種和三種標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、C。指一定的光譜功率分布，這種標(biāo)指一定的光譜功率分布，這種標(biāo)準(zhǔn)的光譜功率分布并不是必須由一個光源直接準(zhǔn)的光譜功率分布并不是必須由一個光源直接提供，也不一定能用一個光源來實現(xiàn)。提供，也不一定能用一個光源來實現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體A：相當(dāng)于絕對黑體在加溫到相當(dāng)于絕對黑體在加溫到2856 K時所輻射出來的光，它的相對光譜功率分布可時所輻射出來的光，它的相對光譜功率分布可根據(jù)普朗克輻射定律計算：根據(jù)普朗克輻射定律計算： 標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體A色度點正好落在色度點正好落在CI

32、E l931色度色度圖的黑體軌跡上。圖的黑體軌跡上。2 標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體B：相當(dāng)于相關(guān)色溫相當(dāng)于相關(guān)色溫4874 K的直射的直射陽光，光色相當(dāng)于中午陽光，其色度點緊靠陽光，光色相當(dāng)于中午陽光，其色度點緊靠黑體軌跡。黑體軌跡。 標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體C：相當(dāng)于相關(guān)色溫為相當(dāng)于相關(guān)色溫為6774 K的平的平均陽光，光色近似陰天天空的日光，其色度均陽光，光色近似陰天天空的日光，其色度點在黑體軌跡上方。點在黑體軌跡上方。 標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體D65：相當(dāng)于色溫約為相當(dāng)于色溫約為6504K的日的日光，其色度點在黑體軌跡的上方。光，其色度點在黑體軌跡的上方。 標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體D：代表標(biāo)準(zhǔn)照明體代表標(biāo)

33、準(zhǔn)照明體D65以外的其以外的其他日光。他日光。2B: T cp = 4874 K;C: T cp = 6774 K2：指用來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體光譜功率分：指用來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體光譜功率分布的光源，布的光源，CIE規(guī)定用下述人工光源來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用下述人工光源來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體。照明體。標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源A：熔凝石英殼或玻璃殼帶石英窗口的熔凝石英殼或玻璃殼帶石英窗口的充氣鎢絲燈，以產(chǎn)生色溫為充氣鎢絲燈，以產(chǎn)生色溫為2856 K的輻射。的輻射。標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源B：在在A光源前加一組特定的戴維斯光源前加一組特定的戴維斯-吉吉伯遜液體濾光器，以產(chǎn)生相關(guān)色溫伯遜液體濾光器，以產(chǎn)生相關(guān)色溫4874K的輻射。的輻射。

34、標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源C：A光源另加一組戴維斯光源另加一組戴維斯-吉伯遜液體吉伯遜液體濾光器，以產(chǎn)生相關(guān)色溫濾光器，以產(chǎn)生相關(guān)色溫6774 K的輻射。的輻射。 戴維斯戴維斯-吉伯遜濾色液吉伯遜濾色液系用硫酸鈉、甘露醇吡系用硫酸鈉、甘露醇吡啶、蒸餾水，或硫酸鉆銨、硫酸鈉、硫酸、蒸啶、蒸餾水，或硫酸鉆銨、硫酸鈉、硫酸、蒸餾水等不同的分量配合而成。餾水等不同的分量配合而成。 2 CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體D也叫做典型日光或也叫做典型日光或重組日光它是由在重組日光它是由在CIE l931色度圖上的一條色度圖上的一條位于普朗克位于普朗克(黑體黑體)軌跡上方的典型日光色度軌軌跡上方的典型日光色度軌跡

35、來代表的。這條軌跡是根據(jù)跡來代表的。這條軌跡是根據(jù)CIE l931色度圖色度圖上許多實測的日光色度點的分布定出的，它上許多實測的日光色度點的分布定出的，它包括包括400040000 K典型日光的色度點。典型典型日光的色度點。典型日光軌跡也就是標(biāo)準(zhǔn)照明體日光軌跡也就是標(biāo)準(zhǔn)照明體D的軌跡。典型日的軌跡。典型日光色度軌跡是根據(jù)實驗材料定出的。光色度軌跡是根據(jù)實驗材料定出的。2CIE規(guī)定典型日光規(guī)定典型日光(D)的色度坐標(biāo)滿足以下關(guān)系：的色度坐標(biāo)滿足以下關(guān)系： yD = -3.000 xD2 + 2.870 xD 0.275式中式中xD的有效范圍為的有效范圍為0.25000.380。在相關(guān)色溫在相關(guān)色

36、溫T已知情況下，可通過下式計算典型已知情況下，可通過下式計算典型日光色度坐標(biāo)日光色度坐標(biāo)xD ： 244063. 0T1009911. 0T109678. 2T106070. 4x C32C63C9D 237040. 0T1024748. 0T109018. 1T100064. 2x C32C63C9D( 7000 KTC25000 K )2 賈德、麥克亞當(dāng)和威澤斯基對上述康狄特等賈德、麥克亞當(dāng)和威澤斯基對上述康狄特等人測量的人測量的622例光譜分析進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)的特征矢例光譜分析進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)的特征矢量分析，得出一組公式，用以計算一定相關(guān)色量分析，得出一組公式，用以計算一定相關(guān)色溫的典型日光的相

37、對光譜功率分布。也就是說，溫的典型日光的相對光譜功率分布。也就是說，用數(shù)理統(tǒng)計手段重新組合出該相關(guān)色溫的典型用數(shù)理統(tǒng)計手段重新組合出該相關(guān)色溫的典型日光光譜功率分布。這就是日光光譜功率分布。這就是的含的含意。意。分析結(jié)論分析結(jié)論：日光光譜分布由平均曲線：日光光譜分布由平均曲線So + 偏離偏離平均曲線的特征矢量平均曲線的特征矢量S1和和S222 S ( ) = So( ) + M1 S1( ) + M2 S2( ) 式中式中S ( )為某一相關(guān)色溫典型日光波長為某一相關(guān)色溫典型日光波長 的相對的相對光譜功率。光譜功率。 在已知典型日光的色度坐標(biāo)情況下，在已知典型日光的色度坐標(biāo)情況下，M1和和M

38、2可用下式求得：可用下式求得： y7341. 0 x2562. 00241. 0y9114. 5x7703. 13515. 1M DDDD1 y7341. 0 x2562. 00241. 0y0717.30 x4424.310300. 0M DDDD22 目前，目前，CIE還沒有正式推薦人工光源來實現(xiàn)還沒有正式推薦人工光源來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體D，這主要是因為日光具有獨特的鋸這主要是因為日光具有獨特的鋸齒形光譜功率分布，而人工光源不具有這種光齒形光譜功率分布，而人工光源不具有這種光譜功率分布。譜功率分布。 在色度學(xué)的實際應(yīng)用中，不一定要求對日光在色度學(xué)的實際應(yīng)用中，不一定要求對日光光譜功率

39、分布做出完善的模擬。人工光源與標(biāo)光譜功率分布做出完善的模擬。人工光源與標(biāo)準(zhǔn)照明體光譜功率分布具有一定程度的偏離應(yīng)準(zhǔn)照明體光譜功率分布具有一定程度的偏離應(yīng)該是允許的。該是允許的。 為了評價模擬日光的光譜功率分布與標(biāo)準(zhǔn)照為了評價模擬日光的光譜功率分布與標(biāo)準(zhǔn)照明體明體D55、D65、D75其中之一的符合程度，其中之一的符合程度，CIE 推薦了用于色度學(xué)目的的評價方法。推薦了用于色度學(xué)目的的評價方法。2 CIE 推薦選用推薦選用5對非熒光樣品和對非熒光樣品和3對熒光樣品對熒光樣品在模擬日光照明下的色度與在標(biāo)準(zhǔn)照明體在模擬日光照明下的色度與在標(biāo)準(zhǔn)照明體D65（或或D55、D75）下的色度差別來評價模擬日

40、光的下的色度差別來評價模擬日光的質(zhì)量。質(zhì)量?？梢姽獾耐愖V指數(shù)可見光的同色異譜指數(shù)： 5 對非熒光樣品在標(biāo)準(zhǔn)照明體對非熒光樣品在標(biāo)準(zhǔn)照明體D照明下，每照明下，每對都是匹配的，但在模擬日光照明下，一般可對都是匹配的，但在模擬日光照明下，一般可能是不匹配的。它們的色差平均值就定義為可能是不匹配的。它們的色差平均值就定義為可見光的同色異譜指數(shù)。這個指數(shù)表明模擬日光見光的同色異譜指數(shù)。這個指數(shù)表明模擬日光模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體D在可見光區(qū)域的程度?？梢姽庠诳梢姽鈪^(qū)域的程度。可見光同色異譜指數(shù)越小，日光模擬得越好。同色異譜指數(shù)越小，日光模擬得越好。2紫外光的同色異譜指數(shù)紫外光的同色異譜指數(shù)： 3

41、 對熒光樣品在標(biāo)準(zhǔn)照明體對熒光樣品在標(biāo)準(zhǔn)照明體D下，每對也是下，每對也是匹配的。但在模擬日光照明下，一般也就不匹配的。但在模擬日光照明下，一般也就不匹配。它們的色差平均值就定義為紫外光的匹配。它們的色差平均值就定義為紫外光的同色異譜指數(shù)，它表明模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體同色異譜指數(shù)，它表明模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體D紫外紫外區(qū)域的程度。區(qū)域的程度。 按照同色異譜指數(shù)的大小，按照同色異譜指數(shù)的大小，CIE把它分為把它分為5個等級。表中色差個等級。表中色差 E(CIELAB) 指色差采用指色差采用1976 CIELAB色差公式色差公式, 色差色差 E(CIELUV) 指指色差公式采用色差公式采用1976 CIELUV色差

42、公式。色差公式。2 E (CIELAB) E (CIELUV)等級等級 0.25 2.0 2.6E2 可見光同色異譜指數(shù)的等級由第一字母來表可見光同色異譜指數(shù)的等級由第一字母來表示，紫外光的等級由第二字母來表示。示，紫外光的等級由第二字母來表示。：一個模擬：一個模擬D65光源在光源在CIELAB勻色空間的勻色空間的可見光同色異譜指數(shù)為可見光同色異譜指數(shù)為0.3, 紫外光同色異譜指數(shù)紫外光同色異譜指數(shù)為為0.6，則該，則該模擬模擬D65光源具有光源具有BC級級。 目前認(rèn)為具有目前認(rèn)為具有BC（CIELAB）等級以上模擬等級以上模擬日光可用于大多數(shù)實際場合。我國目測評定日光可用于大多數(shù)實際場合。我

43、國目測評定紡織品色牢度用標(biāo)準(zhǔn)光源條件中采用的模擬紡織品色牢度用標(biāo)準(zhǔn)光源條件中采用的模擬D65光源的一級標(biāo)準(zhǔn)為光源的一級標(biāo)準(zhǔn)為BC（CIELAB）級，二級級，二級標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)為CD（CIELAB）級。級。2現(xiàn)在正在研制三種模擬現(xiàn)在正在研制三種模擬D65的人工光源：的人工光源： 帶濾光器的高壓氙弧燈帶濾光器的高壓氙弧燈：帶濾光器的高壓氙弧：帶濾光器的高壓氙弧燈提供了最好的模擬，國際上最好能達(dá)到燈提供了最好的模擬，國際上最好能達(dá)到； 帶濾光器的白熾燈和熒光燈帶濾光器的白熾燈和熒光燈：帶濾光器的白熾：帶濾光器的白熾燈只在紫外區(qū)的模擬尚不理想，最好達(dá)到燈只在紫外區(qū)的模擬尚不理想，最好達(dá)到；熒光燈的模擬過去

44、一直較差，只達(dá)到熒光燈的模擬過去一直較差，只達(dá)到。 Daylight 熒光燈熒光燈：隨著稀土熒光粉的發(fā)展，熒：隨著稀土熒光粉的發(fā)展，熒光燈的模擬可達(dá)到光燈的模擬可達(dá)到。 22.9 CIE標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測條件標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測條件045 45022.9 CIE標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測條件標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測條件0d d02222.10 CIE色度計算方法色度計算方法CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng) CIE 1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)d)(x)(kXd)(y)(kYd)(z)(kZ x = X / (X + Y + Z) x10 = X10 / (X10 + Y10 + Z10) y = Y / (X +

45、 Y + Z) y10 = Y10 / (X10 + Y10 + Z10) 如果如果 ( ) 代表光譜輻亮度密度，在代表光譜輻亮度密度，在CIE 1931-XYZ中中Y值為亮度，其中值為亮度，其中k = Km = 683 (lm/W)， = V( )。積分范圍為積分范圍為360 nm至至 830 nm。 )(y d)(x)(kX101010d)(y)(kY101010d)(z)(kZ1010102d)(x)(S)(kX101010d)(y)(S)(kY101010d)(z)(S)(kZ101010d)(y)(S/100k1010)(x)(S)(kX101010)(y)(S)(kY101010)

46、(z)(S)(kZ1010)(y)(S/100k1010 在大多數(shù)實際應(yīng)用時，波長范圍為在大多數(shù)實際應(yīng)用時，波長范圍為380 nm至至 780 nm，波長間隔波長間隔 為為 5 nm，甚至甚至 10 nm。在在計算物體色三刺激值時，應(yīng)盡量采用計算物體色三刺激值時，應(yīng)盡量采用CIE標(biāo)準(zhǔn)照標(biāo)準(zhǔn)照明體，通常建議使用明體，通常建議使用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體D65。2參考白參考白 N 色刺激色刺激 C:主波長主波長 = D 處的波長處的波長;飽和度飽和度(興奮純度興奮純度): pe = NC/ND.色刺激色刺激 C:補(bǔ)色波長補(bǔ)色波長 = D處的波長處的波長;飽和度飽和度(興奮純度興奮純度):pe =

47、 NC/ND.2C1 : m1 亮度單位亮度單位 色色坐標(biāo)坐標(biāo) x1 , y1 C2 : m2 亮度單位亮度單位 色坐標(biāo)色坐標(biāo) x2 , y2C3 : 色光色光C1和和C2相加相加 1 亮度單位亮度單位 = 1/LY 4、色光相加色光相加(計算法計算法)2 X = Yx1/ y1 , Y = Yy1/ y1 , Z = Yz1/ y1 Y1 = m1/ LY , Y2 = m2/ LY C1 : X1= m1x1/LYy1 , Y1= m1y1/LYy1 , Z1= m1 z1/LYy1 C2 : X2= m2x2/LYy2 , Y2= m2y2/LYy2 , Z2= m2 z2/LYy2 x

48、 + y + z =1,X+Y+Z = m1/LYy1+m2/LYy2 ,因此因此: x = ( m1x1/y1 + m2x2/y2 )/ (m1/y1 + m2 /y2 ) y = ( m1y1/y1 + m2y2/y2 )/ (m1/y1 + m2 /y2 )24、色光相加色光相加(作圖法作圖法) P為色光為色光l，Q為色光為色光2，M為為P + Q的混合色。為了求的混合色。為了求得這一點，可在得這一點，可在P點作一條點作一條與與PQ垂直的直線，其長度與垂直的直線，其長度與Q色的量成正比；另在色的量成正比；另在Q點點上也作一條與上也作一條與PQ垂直的直線，垂直的直線，長度與長度與P色的量成

49、正比，然色的量成正比，然后連接這兩條垂直線末端的后連接這兩條垂直線末端的線，與線，與PQ線的交叉點就是所線的交叉點就是所求混合色的點。從而即可求求混合色的點。從而即可求出混合色的三屬性，出混合色的三屬性，Y值等值等于于Y1 + Y2 。2 在在CIE l931色度圖上，黑體軌跡上各溫度點色度圖上，黑體軌跡上各溫度點不是按等距分布的；同時由于不是按等距分布的；同時由于CIE l931色度圖的色度圖的空間是不均勻的，即在色度圖上兩處相同的距空間是不均勻的，即在色度圖上兩處相同的距離不代表視覺上等量的顏色差別，所以就很難離不代表視覺上等量的顏色差別，所以就很難確定一個在黑體軌跡附近的光源的相關(guān)色溫，

50、確定一個在黑體軌跡附近的光源的相關(guān)色溫，因此，凱萊利用因此，凱萊利用CIE l960 UCS圖，按視覺恰可圖，按視覺恰可分辨的最小顏色差別，把黑體軌跡劃分為許多分辨的最小顏色差別，把黑體軌跡劃分為許多視覺分辨的單位，叫做視覺分辨的單位，叫做麥勒德麥勒德（ rd）。）。麥勒德麥勒德與色溫、相關(guān)色溫的關(guān)系為：與色溫、相關(guān)色溫的關(guān)系為： l 麥勒德麥勒德 = l / 色溫色溫 10622光源的相關(guān)色溫近似值計算：光源的相關(guān)色溫近似值計算： dddT1T1T1T1 21221148CTC = 1.4388 TC48 / 1.438022.11 CIE均勻顏色空間和色差公式均勻顏色空間和色差公式222C

51、IE l960 均勻色度空間均勻色度空間（CIE l960UCS）u = 4X / ( X + 15Y + 3Z ) = 4x / ( -2x + 12y + 3 )v = 6Y / ( X + 15Y + 3Z ) = 6y / ( -2x + 12y + 3 ) 22CIE l964 均勻顏色空間均勻顏色空間 用明度指數(shù)用明度指數(shù)W*、色度指數(shù)色度指數(shù)U*和和V*三三個參數(shù)來表示顏色的空間位置：個參數(shù)來表示顏色的空間位置： W* = 25 Y1/3 17 U* = 13 W* (u - uo) V* = 13 W* (v - vo) 式中：式中：u 和和v是顏色樣品的色度坐標(biāo)，是顏色樣品的

52、色度坐標(biāo)， uo和和vo則是所采用光源的色度坐標(biāo)。則是所采用光源的色度坐標(biāo)。 2CIE l976 L*u*v*均勻顏色空間均勻顏色空間( CIELUV ) L* = 116 (Y / Yo )1/3 - 16 ( Y / Yo 0.008856 )L* = 903.3( Y/ Yn) ( Y/ Yn 0.008856 )L* = 903.3( Y/ Yn) ( Y/ Yn 0.008856 ) f(x) = 7.87x - 16/116 ( x 16 SL = 0.511 for L*16 SC = 00638 C*/(1+0.0131C*) + 0.638 SH = ( f T + 1 -

53、f ) SC ,where f = (C*)4 /(C*)4 + 19001/2and T = 0.36 + |0.4 cos( hab +35o )|unless hab is between 164o and 345o when T = 0.56 + |0.2 cos( hab +168o )|CMC color difference formula2 對于波長測量間隔大于對于波長測量間隔大于5 nm的情況，由于三刺激值的情況，由于三刺激值的誤差較大，一般不能作為三刺激值的絕對測量，但的誤差較大，一般不能作為三刺激值的絕對測量，但可作為相對測量，即試樣間的色差測量?？勺鳛橄鄬y量，即試樣間

54、的色差測量。 一般認(rèn)為，作為色差測量，波長測量間隔可取一般認(rèn)為，作為色差測量，波長測量間隔可取20 nm，其精度可達(dá)其精度可達(dá)0.1，這對于很多顏色檢測來說已能滿，這對于很多顏色檢測來說已能滿足要求了。足要求了。 事實上，這個結(jié)論只是對于具有相似反射率分布事實上，這個結(jié)論只是對于具有相似反射率分布的樣品來說是正確的，而對于反射率分布相差較大的的樣品來說是正確的，而對于反射率分布相差較大的同色異譜樣品來說，該結(jié)論則可能存在問題。這是因同色異譜樣品來說，該結(jié)論則可能存在問題。這是因為對于相似反射率的樣品，由于求和近似引入的誤差為對于相似反射率的樣品，由于求和近似引入的誤差基本相同，兩者之差使誤差相互抵消，因此能保證較基本相同，兩者之差使誤差相互抵消，因此能保證較高的色差精度。而對于反射率分布差異較大的樣品，高的色差精度。而對于反射率分布差異較大的樣品，它們的誤差可能相差很大，兩者之差就不能抵消，有它們的誤差可能相差很大，兩者之差就不能抵消，有時反而加大，這樣色差的誤差就可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過時反而加大，這樣色差的誤差就可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.1。 2 試樣試樣123456 Em (10)0.