測色和計算機配色

實驗員系列培訓(xùn)

--色度學(xué)和電腦測配色約克夏（中國）貿(mào)易有限公司2014年5月1色度學(xué)（colorimetry）研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術(shù)的科學(xué)。以物理光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)（還應(yīng)包括現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)）以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對顏色做定量的描述和控制。2什么顏色？概述人的眼睛僅對380～780nm的光波敏感顏色視覺決定于光源（illuminant）、物體（object）、觀測者（observer）太陽3視覺現(xiàn)象每個人對色彩的感受不一樣4錯覺現(xiàn)象

被觀察物體的背景、物體的大小和形狀等常常引起人們對顏色的錯覺5眼前的色環(huán)

顏色相同嗎?6色彩視覺

測試7色彩視覺

測試8

世界上超過2億人在判別顏色時有視覺上的障礙超過8%的男性有這方面的障礙

僅有0.5%的女性有這方面的障礙

不同的測試過程會有不同的結(jié)果9

人類視覺障礙率統(tǒng)計數(shù)據(jù)

北美8.00%

歐洲8.76%西歐9.31%中國6.15%日本4.50%

亞洲6.00%10在生產(chǎn)和貿(mào)易過程中，如何避免視覺上的錯誤呢？

我們需要一種可靠評定顏色的方式,請看“NEXT”是如何運作的？11顏色的數(shù)字信息31組反射率值織物樣品NEXT顏色標(biāo)準(zhǔn)12樣品光源電子信號光電二極管陣列單色光鏡反射率樣品顏色的表征反射率數(shù)據(jù)布樣分光光度計NEXT反射率數(shù)據(jù)14波譜曲線NEXT反射率數(shù)據(jù)波譜曲線R/%λ/nm15

根據(jù)色差值判斷CMC色差公式以色差值判斷顏色的視覺差異ΔE=0 完美匹配Δ

E=0.3剛可察覺Δ

E≤0.8可接受Δ

E≥1.2拒絕NEXTR/%R/%λ/nmλ/nm可見光區(qū)域光與色的基礎(chǔ)知識

第一節(jié)光與色一、光17可見光與電磁波波長的關(guān)系lCosmic

raysX射線UVIR電磁波18可見光波長范圍物理學(xué)意義：380~780nm人的顏色視覺意義：400~700nm比視感度紅色480~560nm黃色560~590nm19二、光的色散牛頓─三棱鏡色彩實驗

光源三棱鏡白色光紫

青藍(lán)綠黃橙紅可

見

光

譜20物理學(xué)概念：復(fù)色光：由不同波長的光組合在一起的光。單色光：單一波長的光，如激光。顏色測量中光的概念與物理學(xué)概念的區(qū)別：較窄波長范圍內(nèi)的光（物理學(xué)中仍然認(rèn)為是不同波長的光組成的復(fù)色光）在顏色測量中通常被看成是單色光。21三、物體的顏色物體顯示顏色的原因：對光的選擇性吸收。λ/nmR/%R/%λ/nm220102030405060708090100400500600700R/%λ/nm23纖維材料的折光系數(shù)、織物組織等。如：纖維中染料的多少還原染料皂煮前后的色光變化物體顏色的決定因素：物體的色澤決定于吸收光的波長，如吸收400~420nm的藍(lán)光，顯示黃色；吸收560nm左右的綠光，則顯示紫色。顏色的純度決定于反射率曲線的形狀。物體顏色的深淺決定于反射率的高低，這與物體中的有色物質(zhì)濃度和有色物質(zhì)的狀態(tài)、物體的表面積大小、表面性質(zhì)、照明光源以及入射角大小等物理因素有關(guān)。超細(xì)纖維不容易染深色，原因：顏色=鏡面反射的白光+內(nèi)部反射的彩色。表面積大，反射白光成分比例多，顏色淺。24

鏡面光反射散射光反射固定式的穿透散射式的穿透光照射至物體會產(chǎn)生:25A觀察者

B觀察者高鏡面光物體表面光源平滑光澤面26略平滑光澤面

A觀察者

B觀察者低光澤表面物體或略粗糙的物體表面光源散射光反射27織物紋路表面A觀察者B觀察者少量的鏡面光反射效果光源散射光反射28正常的穿透光照射至透明物體后,光波會穿透此物體而透射出光線。29一般的傳送方式

透射—吸收30光的散射——半透明物體光照射至半透明物體后,某些波長會穿透此物體,有些色光會散射出而無法經(jīng)此半透明物體透射出。31散射式的穿透32四、人的視覺系統(tǒng)—33視網(wǎng)膜眼角膜

透視膜虹膜光源瞳孔光源視覺神經(jīng)眼睛342°視角193110°視

角1964210人眼睛的視覺特性：1.視角視角為被觀察對象的大小對人眼睛形成的張角。其大小決定視網(wǎng)膜上投影的大小。CIE觀測者°°35視角α的特征：tan=A：物體面積的大小;

D：物體與眼睛之間的距離。因此，視角的大小決定于：（1）物體面積的大小；（2）物體與眼睛的距離。距離一定，物體大，則視角大；同一物體，距離眼睛越近，視角越大。36視角與顏色視覺有關(guān)系嗎？有！

因為感受顏色的視覺細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布是不均衡的。372.明視覺、暗視覺明亮條件下，人們可以分辨物體的細(xì)節(jié)和顏色。黑暗條件下，人們只能分辨物體的大致輪廓，分辨不出物體的細(xì)節(jié)和顏色。原因：人眼的視網(wǎng)膜中，有兩種不同的感光細(xì)胞分別在不同條件下執(zhí)行不同的視覺功能，這是視覺的二重性，或稱明視覺、暗視覺特性。38界于明視覺和暗視覺之間，此時人的視覺功能最差，兩種細(xì)胞均只有微弱的視覺功能。

解剖學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)證明，視網(wǎng)膜中存在桿體細(xì)胞（黑暗中分辨輪廓）和錐體細(xì)胞（明亮條件下分辨顏色和細(xì)節(jié)）。間視覺也稱微明視覺。光源視網(wǎng)膜的中央窩桿

體

細(xì)胞錐

體

細(xì)胞39錐體細(xì)胞（約650萬個）:布滿在視網(wǎng)膜中心處（14萬~16萬/mm2）。

當(dāng)視角為2o時，物體像落在該處。是判斷色彩變化的感應(yīng)細(xì)胞。在日光下感應(yīng)非常敏銳。桿體細(xì)胞（約1億個）:布滿在視網(wǎng)膜周圍。判斷明與暗變化的感應(yīng)細(xì)胞。在昏暗光源下特別敏銳。錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布40顏色視覺（1）顏色辨認(rèn)視網(wǎng)膜的顏色區(qū)（見右圖）顏色辨認(rèn)(視力正常的人可以辨認(rèn)400~700nm的各種顏色）紅700nm640~750nm橙620nm600~640nm黃580nm550~600nm綠510nm480~550nm藍(lán)470nm450~480nm紫420nm400~450nm1231中央窩2中間區(qū)或紅綠盲區(qū)3全色盲區(qū)———41（2）顏色對比視場中，相鄰區(qū)域的兩個不同顏色的相互影響叫做顏色對比。每種顏色都可以在其周圍誘導(dǎo)出其補色，如紅—綠、黃—藍(lán)等。因此，在一種顏色的背景上,觀察另一種顏色，由于顏色對比，兩顏色會相互影響，色調(diào)會向另外一種顏色的補色方向變化。如果兩種顏色互為補色，則彼此加強飽和度。觀察紡織品顏色時，應(yīng)避免對比效應(yīng)的干擾。42（3）顏色適應(yīng)人眼在顏色的刺激作用下，所造成的顏色視覺變化稱為顏色適應(yīng)。對某一顏色的光適應(yīng)后，再觀察另外一種顏色，后者的顏色會發(fā)生變化。顏色適應(yīng)規(guī)律：對某一顏色光適應(yīng)后，再觀察其他顏色，明度會降低。飽和度變化與兩顏色的色相有關(guān)。兩顏色互為補色時，飽和度會提高，否則飽和度降低。43研究顏色適應(yīng)規(guī)律在實際中的意義①先后在兩種不同的光源下觀察顏色，必須考慮前一光源對視覺顏色適應(yīng)的影響。②在同一光源下觀察顏色，周圍還有其他顏色的光時，要考慮周圍光顏色適應(yīng)的影響。44第二節(jié)顏色的分類和特征一、顏色的分類自然界的顏色可以簡單地分為無彩色和有彩色兩大類。1.無彩色無彩色（消色）：只有明度，無色相和彩度的顏色，包括白（最高）、灰、黑（最低）三種顏色。測色學(xué)中，將理想的“白”和絕對的“黑”也歸入無彩色之列。無彩色對可見光各個波長的吸收都沒有明顯的選擇性（圖1-12所示）。45白色：各波長的反射率均大于80%。純白——理想的完全反射物體，反射率為1。黑色：各波長的反射率均小于4%。純黑——理想的完全無反射物體，反射率為0。圖1-14462.有彩色無彩色以外的各種顏色，都稱為有彩色有彩色都對可見光內(nèi)某一部分波長有比較明顯的吸收（如右圖）?？梢杂梅瓷渎是€表示有彩色吸收和反射的特征。

圖1-1547反射率是指在可見光譜內(nèi)光照射于物體上后所反射出的光量與標(biāo)準(zhǔn)白板反射光量的比率。實際測試的反射率值是根據(jù)分光光度儀測量色樣

與積分球壁的反射光量后,比較并計算出的一種

數(shù)據(jù)。色樣的反射率值就如同每個人的身份證號碼,無法仿冒。48

400

6.255603.264203.35

5807.34

440

1.96

600

16.25460

1.40

620

30.50480

1.22

640

47.47500

1.21

660

63.72520 1.34

680

76.26540

1.78

700

82.48

反射率值可視為色樣的身份證明文件色樣經(jīng)分光測色儀器解析后,可得到不同波長下的反射率值(以%表示)。λ/nmλ/nmR/%R/%49反射率曲線波長/nm藍(lán)色樣曲線50反射率曲線

波長/nm黃色樣曲線51反射率曲線

波長/nm紅色樣曲線52

反射率曲線波長/nm綠色樣曲線53標(biāo)準(zhǔn)樣太深太淺色彩的描述54標(biāo)準(zhǔn)樣較亮較暗55標(biāo)準(zhǔn)樣偏綠偏紅56無論是主觀的觀察，還是客觀的測試，共同的研究結(jié)果是：自然界的所有顏色可以用：明度（lightness）色相（hue）飽和度（saturation）三個屬性來描述。57顏色的三維空間描述明度明亮或暗淡飽和度濃或淡色相紅或黃581.明度表示物體明亮程度的一種屬性。彩色光的亮度越高，人眼就越感覺明亮。在物理上表現(xiàn)為物體表面的光反射率越高，明度就越高。59顏色的第一維度——明度60顏色的第二維度——色相61色相是彩色彼此相互區(qū)分的特性。在物理學(xué)中表現(xiàn)為可見光的光譜波長不同。在視覺上表現(xiàn)為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等各種色調(diào)。在人的視覺中，物體表面色的色相決定于三方面：照明體光源的光譜組成；物體對光的吸收和反射特性；不同觀察者的差異。62色相

(Hue)紅:偏藍(lán)

(bluer）或

偏黃

(yellower）黃:偏紅

(redder)

或偏綠

(greener)綠:偏黃

(yellower)

或偏藍(lán)

(bluer)藍(lán):偏綠

(greener)

或

偏紅

(redder)

2.色相色彩的描述63顏色的第三維度飽和度——64明度、色相、飽和度三者之間不是簡單的線性關(guān)系。例如明度決定顏色的濃淡；而飽和度和顏色的鮮艷度有關(guān)。但是鮮艷度不能代表飽和度，因為飽和度是色度學(xué)概念，是客觀的；而鮮艷度則是主觀的，受精神和心理因素影響較大。65第三節(jié)顏色的混合

兩束不同波長的光疊加在一起，與兩種不同顏色的顏料混合在一起，混合的規(guī)律一樣嗎？光的直接混合加法混色用于顏色測量。顏料、油漆、染料、濾光片的（經(jīng)過選擇性吸收后的反射光或透射光）混合或疊加減法混色可以用于染色、印花配色?！?6減法混色三原色：黃、紅、藍(lán)67減法混色

紅色+黃色68減法混色

紅色+黃色+藍(lán)色69CIE是一個國際性的組織,其最主要的工作是研究顏色的科學(xué)表達(dá)以及彼此之間的色差比色方法,也從事照明體的研究工作。CIE的全名為

CommissionInternationaledel’Eclairage.又稱之為國際照明體委員會。

CIEXYZ表色系統(tǒng)CIE70如何科學(xué)表達(dá)描述顏色？人在大腦中產(chǎn)生的視知覺可以分為明暗知覺和顏色知覺。一般把引起顏色知覺的光稱為色刺激（colorstimulus)。表示由于色刺激而產(chǎn)生的色知覺的體系稱作表色系統(tǒng)（colorspecificationsystem）。71CIEXYZ表色系統(tǒng)，正是適應(yīng)這樣的要求而建立的，它是色度學(xué)中顏色的表示以及顏色相關(guān)參數(shù)計算的基礎(chǔ)。色度學(xué)是研究顏色測量的一門涉及面很廣的新興科學(xué)，它是包括物理學(xué)、視覺生理學(xué)、視覺心理學(xué)、心理物理學(xué)在內(nèi)的一門綜合性學(xué)科。72CIE1931—RGB表色系統(tǒng)現(xiàn)代色度學(xué)采用的是CIE所規(guī)定的一套顏色測量原理、數(shù)據(jù)和計算方法，統(tǒng)稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以兩組基本視覺實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者，適用1°~4°視場的顏色測量。CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)觀察者，適用大于4°視場的顏色測量。73人的眼睛對紅、黃、藍(lán)敏感的三種視覺細(xì)胞RGB74感覺器官大腦白色物體紅綠藍(lán)視覺化的三原色原理

75感覺器官大腦紅色物體紅綠藍(lán)視覺化的三原色原理

76感覺器官大腦黃色物體紅綠藍(lán)視覺化的三原色原理

77LMS轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)大腦紅

綠黃—藍(lán)黑(暗)白(明)

錐

體

細(xì)胞眼睛——色彩在大腦中之處理過程—78眼睛無法描述出顏色的波長范圍。人眼對光的感受基本上是由紅、綠、藍(lán)三種色光組合而成的。人眼會將

Y-B、R-G與明暗編碼后,再由視覺神經(jīng)將此訊號傳送至大腦。大約有8%的男性與0.5%的女性對判色有困難，無法正確判定顏色。觀測者(人眼)

79二、RGB表色系統(tǒng)的提出根據(jù)顏色匹配實驗，三原色不是唯一的，這為理論研究和實際應(yīng)用帶來了混亂，為了統(tǒng)一色度數(shù)據(jù)，CIE根據(jù)大量的實驗材料，選定了三色系統(tǒng)的三原色。紅：波長700nm，位于可見光譜長波末端。綠：波長546.1nm，水銀光譜。藍(lán)：波長435.8nm，水銀光譜。上述三種單色光都容易精確產(chǎn)生。802o視角193110o

視角1964210

CIE1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者各個參數(shù)適合視場范圍在1~4，主要是錐體細(xì)胞在起作用，其與日常觀察習(xí)慣有差距。因此需要更接近實際觀察條件的新標(biāo)準(zhǔn)。第四節(jié)CIE1964—XYZ補充色度學(xué)系統(tǒng)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者。。oo81太陽鎢絲燈泡CWF冷白熒

光

燈一些常見的光源82晝光色、熒光燈光源色溫/K晴天室外光13000全陰天室外光6500白天直射日光555045斜射日光48006500氙燈5600炭精燈5500～6500常見光源色溫色溫是光源的重要指標(biāo)，一定的色光具有一定的相對能