03第二章CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)課件

1、表示顏色的方法有很多，如：分光光度曲線、色譜表色法、CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、孟塞爾顏色系統(tǒng)、中國顏色體系等等。第一節(jié) 顏色匹配把兩種顏色調(diào)到視覺上相同或相等的過程叫做顏色匹配。一、顏色匹配實驗：顏色匹配實驗如P32圖2-1所示。第二章 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)二、三刺激值和色品圖1、三刺激值。在顏色匹配實驗中，用于顏色混合以產(chǎn)生任意顏色的三種顏色叫做三原色。 1931年，CIE作了規(guī)定：匹配等能光譜色時使用的三原色光波長分別為紅原色700nm、綠原色546.1nm、藍(lán)原色435.8nm。 顏色匹配實驗中，當(dāng)與待測色達(dá)到匹配時所需要的三原色的數(shù)量，稱為三刺激值，記作R、G、B，分別表示紅、綠、藍(lán)光的數(shù)量。

2、 R、G、B值相同的顏色，顏色感覺（外貌）必定相同。用三刺激值來表示不同的顏色，就是CIE色度系統(tǒng)的基本出發(fā)點。 2、光譜三刺激值。 匹配等能光譜色的三原色數(shù)量。用符號r、g 、b 來表示。3、色品坐標(biāo)和色品圖。三原色各自在R+G+B總量中的相對比例叫做色品坐標(biāo)，用符號r、g、b來表示。色品坐標(biāo)與三刺激值的關(guān)系為： r=R/ R+G+B ，g =G / R+G+B ， b =B/ R+G+B=1-r-g。以色品坐標(biāo)r、g表示的平面圖稱為色品圖，如圖2-2示。標(biāo)準(zhǔn)白光（W）的色品坐標(biāo)為：r=g=b=0.333。第二節(jié) CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。 什么是CIE色度系統(tǒng)? 色度系統(tǒng)又名表

3、色系統(tǒng)，它是指使用特定的符號，按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)是國際照明委員會所推薦使用的，它是國際通用的表色、測色標(biāo)準(zhǔn)，也是我國國家標(biāo)準(zhǔn)局1983年正式推行的顏色表示方法的基礎(chǔ)。一、CIE1931RGB系統(tǒng)表2-1是用實驗方法測得波長間隔為10nm的數(shù)據(jù)。圖2-4是根據(jù)CIE1931-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值所繪制出的色品圖。色品圖中的偏馬蹄形曲線是所有光譜色色品點連接起來的軌跡稱作光譜軌跡。（spectrum locus），這種特殊形狀是由人眼對三原色刺激的混合比例決定的。 出現(xiàn)負(fù)值的原因見P37。為了方便計算和理解，1931年CIE討論推薦了新的國際通用色

4、度系統(tǒng)CIE1931XYZ系統(tǒng)。二、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，CIE作了修正，將原來的光譜三刺激值進行了新的轉(zhuǎn)換,保證所有實際顏色的數(shù)據(jù)都是正值，這一組新計算出來的數(shù)據(jù)定名為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值（又名匹配函數(shù)）”。簡稱為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”。在理論上，要想得某一波長的光譜顏色，可以從表2-2中查出相應(yīng)的X、Y、Z三刺激值相加，便可得該光譜色。1、CIE1931色度圖。A、 繪制。我們把色度圖中各種單色光刺激色坐標(biāo)的點連起來形成的馬蹄形軌跡叫做光譜軌跡（spectrum locus），這種特殊形狀是由人眼對三原色刺激的混合比例決定的。B、在

5、色度圖中，把紫、紅兩端連接起來的直線叫做紫紅軌跡（purple boundary），這是光譜中所沒有的介于紫和紅之間的顏色，這條直線上的顏色又稱為譜外色。在由光譜軌跡和紫紅軌跡所形成的馬蹄形區(qū)域里，包含了一切物理上能實現(xiàn)的顏色，凡落在其區(qū)域外的顏色是不能由真實色光混合產(chǎn)生的顏色。 色度圖色度圖中心為白點，光譜軌跡上的點代表不同波長的光譜色，是飽和度最高的顏色，越接近色品圖中心，顏色的飽和度就越低，圍繞色品圖中心不同的角度，顏色的色調(diào)不同。使用數(shù)字描述顏色時，常采用Yxy表色方法，即采用色品坐標(biāo)xy表示顏色的色度特征，用亮度因數(shù)Y表示顏色的亮度特征。這樣顏色的外貌就能完全唯一地確定下來。如圖2-

6、7所示。CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的數(shù)據(jù)只適用于2 （1 4 ）視場。2、色度圖中顏色的標(biāo)定 在色度圖中標(biāo)定顏色既可以用色度坐標(biāo)，也可以用主波長和彩度來表示。（以CIE1931色度圖為例進行說明）2.1色相的表示。A、在色度圖中，E點處是等能白光，表示理想的白光光源，又名中性點，由三原色各三分之一混合產(chǎn)生，該點的色度坐標(biāo)為：x=0.3333，y=0.33333，z=0.3333。B、 光譜色均在馬蹄形的光譜軌跡上，光譜色的色相由曲線上各色點的波長來表示。譜外色則均在中性點與紫紅軌跡之間的三角形區(qū)域內(nèi)。位于光譜軌跡之內(nèi)各點的顏色色相一般可以用其主波長來表示（主要是用作圖法和計算方法求得）。任一

7、色點與中性點的連線稱為等色相線，這條線上各點的顏色色相相同，即均由同一主波長來表示，但彩度有所不同。C、譜外色的色相可由某色點的補色波長c表示。D、在色度圖中，很容易確定一對光譜色的補色波長。 2.2彩度的表示。2.3明度的表示。 第三節(jié) CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)為了適應(yīng)大視場顏色測量的需要，所以1964年，CIE又補充制定了一種10視場的色度系統(tǒng)，稱為CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，又稱10視場X10Y10Z10色度系統(tǒng)，簡稱為X10Y10Z10色度系統(tǒng)。課本中P43表2-3是其三刺激值和色度坐標(biāo)。在CIE1964補充色度系統(tǒng)中，所用的三原色波長與CIE1931略有不同，分別為：R=6

8、45.2nm，G=526.3nm，B=444.4nm。用它繪制的CIE1964色度圖與CIE1931略有差異，如P45圖2-9所示。二者的等能白光E點是重合的，光譜軌跡在形狀上是相似的，但是在相同波長的光譜色在各自的光譜軌跡上的位置有較大差異，如490500nm，還可以看圖2-10，比較它們的差異。 所以在色度測量與計算中要根據(jù)觀察視場的大小選擇CIE1931或CIE1964。第四節(jié) 光源的顏色特性一、色溫與相關(guān)色溫人們在日常生活中發(fā)現(xiàn)，某些黑色物體如鐵塊、煤塊被加熱之后，隨著溫度的不斷升高，顏色會發(fā)生由黑紅黃白藍(lán)的一系列的顏色變化，可以認(rèn)為溫度與某些物體的顏色有一定的對應(yīng)關(guān)系，于是人們發(fā)明了

9、用溫度值表示顏色的方法。（人們選用顏色溫度這個概念來描述光源的顏色，簡稱為色溫。）衡量光源色溫是以絕對黑體的溫度與其相應(yīng)的光譜功率分布作為標(biāo)準(zhǔn)的。絕對黑體絕對黑體是指能100%地吸收任何波長的光輻射的物體。但是在自然界中理想的絕對黑體是不存在的，所以人們就設(shè)計出以耐高溫金屬材料制作的黑體基本接近于絕對黑體。 光源的色溫：如果某一光源發(fā)出的顏色與黑體在某一溫度時發(fā)射光的顏色相同，即光源的光譜功率分布曲線與黑體某一溫度下的曲線吻合，（當(dāng)某種光源的色品坐標(biāo)與某一溫度下黑體色品坐標(biāo)相同時）則黑體的這一溫度值即稱為該光源的色溫（color temperature）。色溫采用絕對溫度T（即熱力學(xué)溫度）表示

10、，單位：開爾文，簡稱為開，符號為K。T（K）=t（）+273。那么我們?nèi)绾未_定光源的色溫呢？具體作法是：先使用光譜輻射計測出待測光源的光譜功率分布并繪出相對光譜功率分布曲線，再以絕對黑體的相對光譜功率分布曲線圖作為參照標(biāo)準(zhǔn)，比較后，找出與待測光源相吻合的一條曲線，查出該曲線的絕對溫度值，該數(shù)值即為待測光源的色溫數(shù)值。如正午的日光色溫為6500K，則說明此時日光的光色與黑體加熱到6500K（6227）時發(fā)出的光色相同。相關(guān)色溫。顯而易見，光源的光譜功率分布是用曲線的形式來描述光色，而色溫則是用數(shù)字的形式來表示光色，前者直觀，后者便于交流。注意：色溫只是用溫度值來描述光源的顏色的一種量值，它與光源

11、本身的溫度無關(guān)。 印刷行業(yè)對光源色溫的要求 a、在拍攝彩色原稿的過程中的要求。b、在彩色復(fù)制過程中的要求。c、按照我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，觀察透射樣品時，光源的相關(guān)色溫為5003K；觀察反射樣品時，光源的相關(guān)色溫為6504K，否則觀察會出現(xiàn)偏差。 二、CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源為了分析和運用顏色，統(tǒng)一顏色工作者對顏色的認(rèn)識和交流，CIE規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。標(biāo)準(zhǔn)照明體是指特定的的光譜功率分布，標(biāo)準(zhǔn)光源是符合標(biāo)準(zhǔn)照明體規(guī)定的光譜功率分布的物理發(fā)光體。CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照明體A、標(biāo)準(zhǔn)照明體B、標(biāo)準(zhǔn)照明體C、標(biāo)準(zhǔn)照明體D65 、標(biāo)準(zhǔn)照明體D。標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、D、D65的相對功率分布見表2-

12、4，色品坐標(biāo)見表2-5，光譜功率分布曲線見圖2-14。CIE標(biāo)準(zhǔn)光源： 是指用來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體、由CIE所規(guī)定的人造光源。 標(biāo)準(zhǔn)光源A、 標(biāo)準(zhǔn)光源D65 、 標(biāo)準(zhǔn)光源D。CIE優(yōu)先推薦D55，D65，D75的相對光譜功率分布作為代表日光的標(biāo)準(zhǔn)照明體，相當(dāng)于相關(guān)色溫為5505K，6504K，7504K的D照明體。CIE建議盡量用D65來代表日光，在不能應(yīng)用D65時，則盡量使用D55和D75。在印刷應(yīng)用中，常使用D50作為標(biāo)準(zhǔn)照明條件。三、光源的顯色性1.什么是光源的顯色性？光源的顯色性是光源的另一顏色指標(biāo)。它是指與參考標(biāo)準(zhǔn)光源相比較時，光源顯現(xiàn)物體顏色的特性（在光源照明下所呈現(xiàn)顏色的真實性），即

13、將待測光源下與參照標(biāo)準(zhǔn)光源下標(biāo)準(zhǔn)樣品的顏色相比較，偏差越小則待測光源的顯色性越好。1.1CIE規(guī)定：待測光源色溫低于5000K時，用黑體作為參照標(biāo)準(zhǔn)光源，待測光源的色溫高于5000K時，用標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照標(biāo)準(zhǔn)光源。1.2參考標(biāo)準(zhǔn)光源的顯色指數(shù)Ra=100。當(dāng)某光源的顯色性與參考標(biāo)準(zhǔn)光源相同時，則該光源的顯色指數(shù)為100，而有差異時，其顯色指數(shù)Ra100。Ra越接近100，光源的顯色性越好。Ra值在10075之間的光源，屬于顯色性良好的光源；Ra值在7550之間的光源，顯色性一般；Ra0.0089或0.01）a*=500（X/Xn）1/3（Y/Yn）1/3 （X/Xn0.0089或0.01

14、）b*=200（Y/Yn）1/3（Z/Zn）1/3 （Z/Zn0.0089或0.01 ）以上各式中，L*明度指數(shù)；a*、b*均為色度指數(shù)；X、Y、Z顏色樣品的光譜三刺激值；Xn、Yn、ZnCIE標(biāo)準(zhǔn)照明體照射到完全漫反射面的三刺激值，其數(shù)值見下表。 視場 光源三刺激值2視場10視場D65CAD65CAXn95.05098.070109.8594.81097.280111.14Yn100.00100.00100.00100.00100.00100.00Zn108.90118.2235.580107.34116.1435.2002、色差公式：色差（color difference）是指用數(shù)值的方式

15、表示兩種顏色給人色彩感覺上的差別。兩個按L*、a*、b*標(biāo)定的顏色，色差由下式計算：Eab*=（L*）2+（a*）2+（b*）2L*=L樣*L標(biāo)*，正值時表示樣品比標(biāo)準(zhǔn)淺，負(fù)值則表示樣品比標(biāo)準(zhǔn)深。色度差a*=a樣*a標(biāo)*，b*=b樣*b標(biāo)*，a*和b*表示樣品和標(biāo)準(zhǔn)在a*b*平面中位置的改變。若兩種顏色看上去有差別，則稱為色差，用符號Eab*表示，單位是NBS（它是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的名稱縮寫），1NBS相當(dāng)于0.00150.0025x或y的色品坐標(biāo)變化。顏色的差別不僅是色相的差別，還有明度和彩度上的差別。我國國家標(biāo)準(zhǔn)局在彩色印刷品質(zhì)的質(zhì)量要求上也使用了CIELAB色差公式，如對彩色裝潢印刷品的同批同色色差為：一般產(chǎn)品Eab*5.006.00，精細(xì)產(chǎn)品Eab*4.005.00。計算舉例。三、CIE1976L*u*v*均勻顏色空間及色差公式（略）。第八節(jié) 同色異譜什么是同色異譜色？ 同色異譜色（metameric colors）是指顏色外貌看起來相同，但是光譜組成并不相同的顏色。 同色異譜色的條件：a、必須要在相同觀察條件下，主要是光源相同。b、兩個異譜的顏色如要同色，它們的反射曲線在可見光范圍內(nèi)至少要有三個交叉點，即兩色在三個不