色彩管理与应用项目四CIE标准色度系统.ppt

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色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统项目四CIE标准色度系统教学目标能力目标了解CIE色度学系统，理解颜色相关数值的意义；CIE色度值与颜色视觉的关系。

能根据颜色匹配实验写出颜色方程；能描述和理解CIE1931色度图；能利用色度图确定混合色主波长等色度值；能利用颜色属性以及色差数值分析颜色视觉感觉。

知识目标理解颜色匹配的方法和意义；理解CIE1931标准色度学和CIE1964补充标准色度学系统；理解三刺激值和色度坐标，理解CIE1931色度图；理解主波长概念，能用作图法画出颜色主波长；能分别用计算法和作图法得到混合色的色度值；理解CIE1976均匀颜色空间的相关参数意义和色差公式；解同色异谱概念及现象。

色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务1颜色混合的计算一、颜色匹配根据格拉斯曼颜色混合规律，外貌相同的颜色可以相互代替。

相互代替的颜色可以通过颜色匹配实验来实现。

1颜色匹配把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配。

在进行颜色匹配实验时，须通过颜色相加混合的方法，改变一个颜色或两个颜色的色相、明度、饱和度三特性，使两者达到匹配。

一、颜色匹配2匹配方法

（1）利用颜色转盘的传统方法三刺激值：

匹配某一特定颜色所需的红、绿、蓝三原色数量。

特点：

用颜色转盘进行颜色匹配不易定量，所以不适应科学研究，而只宜于颜色匹配的表演示范一、颜色匹配

（2）颜色光匹配方法：

调节红、绿、蓝三原色灯光的强度比例，便产生看起来与另一侧颜色相同的混合色。

同色异谱：

由三原色形成的颜色的光谱组成与被匹配的颜色光的光谱组成可能很不一致。

特点：

由三原色混合的颜色只表达被匹配颜色的外貌，而不能表达它的光谱组成情况。

BGR幕屏光源板挡人眼黑色板挡二、颜色方程颜色方程：

CR（R）+G（G）+B（B）“”号代表匹配，即视觉上相等。

C代表被匹配的颜色（R）、（G）、（B）分别代表产生混合色的红、绿、蓝三原色R、G、B分别代表红、绿、蓝三原色的数量（三刺激值）如果被匹配的颜色很饱和，那么用三原色可能实现不了匹配，则：

C+B（B）R（R）+G（G）CR（R）+G（G）B（B）在可能具有负值方程的颜色匹配条件下，所有的颜色包括黑白系列的各种灰色和各种色相和饱和度的颜色，都能由红、绿、蓝三原色的相加混合产生（匹配）。

条件是三个原色中的任何一个不能由其余两个相加产生。

三、色品坐标1色品坐标三原色各自在R+G+B总量中的相对比例叫做色度坐标。

某一特定颜色的色度坐标r、g、b为：

由于r+g+b1，只用r和g即可表示一个颜色。

C（r，g，b）为了匹配标准白光，三原色的数量R、G、B（三刺激值）相等即RGB1。

其色度坐标：

r0.3333，g0.3333，b0.3333W（0.3333，0.3333，0.3333）标定一个颜色还可以在色度图上用色度坐标定出它的位置。

BGRBbBGRGgBGRRr；四、色度图2色度图麦克斯韦用一个三角形色度图表示颜色，这一色度图叫做麦克斯韦颜色三角形。

现在国际上正式采用了麦克斯韦直角三角形作为标准色度图。

0.20.40.60.81.0g00.20.40.60.81.0rW（G）（B）R（）五、颜色相加原理两个颜色光的相加混合色是三原色光数量的各自之和。

RR1+R2；GG1+G2；BB1+B2混合色的三刺激值为各组成色三刺激值各自之和。

颜色相加原理不仅适用于两个颜色的相加，而且可以扩展到许多颜色的相加。

一个任意光源的三刺激值应等于匹配该光源各波长光谱色的三刺激值各自之和。

RR（）；GG（）；BB（）对于一个光源的光谱，用特定的三原色光匹配每一波长的光谱色，所需的三刺激值比例是不同的。

对任何光源，匹配同波长光谱色的三刺激值比例关系却是固定的。

色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务2CIE-XYZ色度系统CIE标准色度学系统:

现代色度学采用CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法。

色度学系统以两组基本视觉实验数据为基础。

“CIE1931标准色度观察者”数据，适用14视场的颜色测量。

“CIE1964补充标准色度观察者”，适用大于4视场的颜色测量。

按CIE规定，必须在明视觉条件下使用这两类标准观察者的数据。

一、1931CIE-RGB色度系统物体的颜色既决定于外界物理刺激，又决定于人眼的视觉特性。

颜色的测量和标定应符合人眼的观察结果。

莱特（W.D.Wright）和吉尔德（J.Guild）实验1931CIERGB系统标准色度观察者光谱三刺激值，简称“1931CIERGB系统标准观察者”经实验和计算，匹配等能白光的R、G、B三原色单位的亮度比率为1.0000:

4.5967:

0.0601。

匹配等能白光的R、G、B三原色单位的辐射亮度比率为72.0962:

1.3791:

1.0000。

一、1931CIE-RGB色度系统（nm）00.20.40.10.3400500600700435.6nm546.1nm700nmB（）G（）R（）三刺激值1.光谱三刺激值曲线一、1931CIE-RGB色度系统480470490500510520530540550570580590600700380SE560-1.4-1.0-0.6-0.20.20.61.01.4XYZ0.20.61.01.41.8无亮度线SE原色照点：

等能白参原色、R700nmG546.1nmB435.8nmCIEXYZrgbX1.275-0.2780.003Y1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602：

2.色度图二、1931CIE-XYZ色度系统1.1931CIEXYZ系统的特点1931CIEXYZ系统避免出现了CIERGB系统中出现的负值，使色度系统更加直观。

XYZ系统保持了CIERGB系统的基本性质和关系。

色度图和光谱三刺激值是色度学的实际应用工具，几乎一切色度学的计算和延伸都是由此出发的。

1931CIEXYZ系统将匹配等能光谱各种颜色的三原色数值标准化，定名为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”。

这一系统叫做“CIE1931标准色度学系统”或“1931CIEXYZ系统”。

二、1931CIE-XYZ色度系统2.建立1931CIEXYZ系统的因素在这个新系统中，光谱轨迹上以及轨迹以内的色度坐标都成为正值。

光谱轨迹540700nm在RGB色度图上基本上是一段直线，用这段直线上的两个颜色相混合可以得到两色之间的各种色光。

规定X和Z两原色只代表色度，没有亮度，光度量只与三刺激值Y成比例。

亮度方程：

Cr+4.5907g+0.0601b三条直线相交点为X、Y、Z，其坐标为：

X：

r1.2750，g0.2778，b0.0028Y：

r1.7329，g2.7671，b0.0279Z：

r0.7431，g0.1409，b1.6022二、1931CIE-XYZ色度系统3.三刺激值转换公式三刺激值转换公式：

X2.7689R+1.7517G+1.1302BY1.0000R+4.5907G+0.0601BZ0R+0.0565G+5.5943B二、1931CIE-XYZ色度系统4.色度坐标转换公式1931CIERGB系统色度图与1931CIEXYZ系统色度图的色度坐标转换关系如表。

刺激RGB系统色度坐标XYZ系统色度坐标nmrgbxyz（R）700.01000.734690.265310.0000（G）546.10100.273680.717430.00890（B）435.80010.166540.008880.82458光源B0.360.340.260.348420.351610.29997二、1931CIE-XYZ色度系统5CIE1931标准色度观察者在1931CIEXYZ系统中，用于匹配等能光谱刺激的X、Y、Z三原色数量叫做“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，也叫做“CIE1931标准色度观察者颜色匹配函数”，简称“CIE1931标准色度观察者”。

Y（l）V（l）。

色度坐标和光谱三刺激值关系：

）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（VyzZVYVyxX二、1931CIE-XYZ色度系统6.CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线CIE1931标准观察者光谱三刺激值曲线分别代表匹配各波长等能光谱刺激所需要的红、绿、蓝三原色的量。

二、1931CIE-XYZ色度系统7CIE1931色度图二、1931CIE-XYZ色度系统CIE1931色度图是根据1931CIEXYZ系统绘制出来的。

x、y色度坐标分别相当于红、绿原色的比例，z1（x+y）。

弧形曲线是光谱轨迹。

从光谱的红端到540nm一带的绿色，光谱轨迹几乎是直线。

此后光谱轨迹突然转弯，颜色从绿转为蓝绿，蓝绿色又从510nm到480nm伸展开来，带有一定的曲率，蓝和紫色波段却压缩在光谱轨迹尾部的较短范围。

光谱轨迹的这种特殊形状是由人眼对三原色刺激的混合比例所决定的。

连接400nm和700nm的直线是光谱上所没有的由紫到红的颜色，即不能由真实光线产生的颜色。

光谱轨迹曲线以及连接光谱轨迹两端所形成的马蹄形内包括一切物理上能实现的颜色，而坐标系统的X、Y、Z原色点都落在这个区域之外，在物理上不可能实现的。

二、1931CIE-XYZ色度系统y0的直线与亮度无关，即无亮度线。

颜色三角形中心的E是等能白光，由三原色各三分之一产生，其色度坐标为：

xE0.3333，yE0.3333，zE0.3333C点为CIE标准光源C，相当于中午阳光的光色。

任何颜色在色度图中都占一确定位置。

从色度图还可推算出由两种颜色相混合所得出的各种中间色的主波长和饱和度。

任何两个波长光相混合所得出的混合色或落在光谱轨迹上，或在光谱轨迹所包围的面积之内，而绝不会落在光谱轨迹之外。

三、CIE1964补充标准色度学系统当视角增大时，由于杆状细胞的参与以及中央窝黄色素的影响，颜色视觉将会发生一定的变化，主要表现为饱和度的降低以及颜色视场出现不均匀的现象。

为了适合10大视场的色度测量，CIE于1964年又另外规定了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激”和相应的色度图。

这一系统称为“CIE1964补充标准色度学系统”。

三、CIE1964补充标准色度学系统1CIE1964补充标准色度学系统经过多名观察者在10视场上进行观察测试，经加权处理，得出了“1964补充标准色度观察者光谱三刺激”三原色光为R（645.2nm）、G（526.3nm）、B（444.4nm）观察者三刺激值用R10（）、G10（）、B10（）表示。

三、CIE1964补充标准色度学系统2.CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值曲线（nm）4005006007000z10（）x10（）三刺激值0.51.01.52.02.5三、CIE1964补充标准色度学系统3.CIE1964补充标准色度观察者色度图400y104704804905005105205305405505605705805906006106207000.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0x10E380440三、CIE1964补充标准色度学系统4比较光谱三刺激曲线比较色度图的比较人眼用小视角观察颜色时，辨别颜色差异的能力较低。

当观察视角从2增大至10时，颜色匹配的精度也随之提高。

但视场再进一步增大，则颜色匹配的精度的提高就不大了。

（nm）CIE1931CIE1964400yy与104704804804904905005005205205405405605605805806006106207007000.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0xx与10E380440CIE1931色度图CIE1964色度图色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务3颜色的标定一、主波长和色纯度1主波长用某一光谱颜色按一定比例与一个确定的参照光源相混合而匹配出样品色，该光谱色的波长就是样品的主波长。

主波长标定：

在CIE色度图上分别标出颜色样品和参照光源的色度点，连接两点作一直线，并从样品色度点向外延长与光谱轨迹相交的点所对应的波长。

补色波长标定：

若没有主波长。

这可通过这一颜色的色度点与参照光源的色度点作一直线，直线的一端与对侧的光谱轨迹相交的点所对应的波长。

在标定颜色时，为了区分主波长和补色波长，可在补色波长前面加负号，或在后面加“c”来表示。

400y480490500510520530540550560570580590600610620700-7700.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0x470O（x,y）00EM（x,y）N（x,y）L（,）xy495.7-495.7（,）xy一、主波长与色纯度2兴奋纯度与亮度样品的颜色接近同一主波长光谱色的程度表明该样品颜色的纯度。

在色度图的样品主波长线上，用参照光源点到样品色度点的距离与参照光源点到光谱色度点的距离的比率来表示纯度时，称为兴奋纯度。

一个颜色的兴奋纯度是同一主波长的光谱色被白光冲淡后所具有的纯度。

兴奋纯度由下列方程计算：

PePe00xxxxOLOM00yyyyOLOM二、颜色相加的计算1计算法在已知两种颜色的色品坐标和亮度Y情况下，通过一定计算步骤可得出由两种颜色相加而产生的第三种颜色的色品坐标和亮度。

第三种颜色的三刺激值是相混合的两种颜色的三刺激值的算术和。

X（1+2）=X1+X2Y（1+2）=Y1+Y2Z（1+2）=Z1+Z2计算出混合色的三刺激值后，求出色品坐标x、y。

121212（12）（12）（12）121212121212121212;XYZxyzXYZXYZXYZ+=+（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）二、颜色相加的计算举例：

已知颜色1的色度值x、y、Y为0.38、0.26、42，颜色2的色度值为0.17、0.41、36，求混合颜色的色度值。

三刺激值：

YyyxYyzZYX1yx；得到X161.38、Z158.15，X214.93、Z236.88混合式的三刺激值为：

X（1+2）X1+X261.38+14.9376.31Y（1+2）Y1+Y242.00+36.0078.00Z（1+2）Z1+Z258.15+36.8895.03混合色的色品坐标为：

12（12）12121276.310.310676.3178.0095.03XxXYZ+=+（）（）（）（）3128.003.9500.7831.7678.0021212121）21（）（）（）（）（ZYXYy最后得到混合色的色度值为0.3106、0.3128、78三、颜色相加的计算2作图法应用重力中心定律的原理，利用CIE1931色度图通过作图法得出混合色的色度点。

在CIE1931色度图上，两种颜色相加产生的第3种颜色总是位于连接两种颜色的直线上。

这一新颜色在直线上的位置取决于两种颜色的混合比例。

按重力中心定律，混合色的色度点偏向于比例大的颜色一侧。

400y480490500510520530540550560570580590600610620700-7700.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0xK（C）2M（C）（x,y）111N（C）（x,y）222A（M+N）K（C）122211121ZYXZYXCCAMNA色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务4CIE-LAB色度系统一、颜色宽容度1.颜色宽容度人眼感觉不出的颜色变化范围叫做颜色的宽容度。

在CIE色度图上，每一个点都代表某一确定的颜色。

但对视觉来说，当这种颜色的坐标位置变化很小时，人眼仍认为它是原来的颜色，而感觉不出它的变化。

每一个颜色虽然在色度图上占一个点位置，而对视觉来说实际上是一个范围，这个范围内的变化在视觉上是等效的。

一、颜色宽容度2.麦克亚当颜色宽容量颜色的宽容量是椭圆。

在色度图的不同位置上，颜色的宽容量不一样。

CIE1931色度图不是一个最理想的色度图，不能正确反映颜色的视觉效果。

图上两个颜色分开的距离相等，但颜色匹配和颜色再现的准确性不等。

二、CIE1960均匀色度标尺图1.UCS标尺图为了克服CIE1931色度图的上述缺点，1960年CIE根据麦克亚当的工作制定了CIE1960均匀色度标尺图，简称CIE1960UCS图。

在这个图上，每一颜色的宽容量都近似圆形，而且大小一致。

二、CIE1960均匀色度标尺图2.UCS图中麦克亚当圆形这25个颜色范围虽不是等大的图形，但已是在一个平面上能做到的最均匀的转换。

在人的视觉差别相等的不同颜色，在均匀色度标尺图上也是大致等距的。

从图上两个颜色点的相对距离可以直观地看出两者颜色的差异情况，并便于与另外两个颜色点的距离作比较。

0.00.10.20.30.40.50.60.10.20.30.4uv400440450460470480490500560580600770nm三、CIE1976均匀颜色空间1.Lab颜色空间的特点Lab颜色模式是CIE中的Lab均匀颜色空间，是桌面系统中用来从一种颜色模式向另一种颜色模式转变的内部模式。

Lab的颜色光谱囊括了RGB和CMYK的颜色光谱。

Lab颜色是独立于设备之外的颜色，不会受到任何硬件的性能和特性的影响。

Lab颜色空间是由一个明度因数L和两个色度因数a、b组成的。

L从0到100，a从红色变化到绿色，b从黄色变化到蓝色，它们的值在100100之间。

三、CIE1976均匀颜色空间2.Lab颜色空间三、CIE1976均匀颜色空间3.Lab值的计算公式16116310*YYL（0.01）0YY310310310310*200*500aZZYYbYYXX标准光源C照明下，Y0100、X098.07、Z0118.23标准光源D65照明下，Y0100、X095.04、Z0108.89标准光源D50照明下，Y0100、X096.42、Z082.49四、CIE1976LAB色差公式1.色差E（L*a*b*）E（L*a*b*）（L*）2+（a*）2+（b*）21/2色差公式中，L*L*样L*标，表示样品和标准的深浅差，正值表示样品色比标准色浅，负值表示样品色比标准色深。

a*、b*表示样品色和标准色在a*b*平面中位置的改变。

四、CIE1976LAB色差公式2.极坐标空间L*H*C*的总色差计算如果将CIE1976（L*a*b*）均匀颜色空间转换成极坐标空间则能更好地表示色差的性质。

E（L*H*C*）（L*）2+（C*）2+（H*）21/2L*为深浅差，C*为饱和度差3.饱和度差C*C*样C*标C*（a*2b*2）1/2正值表示样品色比标准色饱和度高负值表示样品色比标准色饱和度低。

四、CIE1976LAB色差公式4.色相角差HHH样H标Harctg（b*/a*）H*（E）2（L*）2（C*）21/2H计算结果由a*b*平面上样品颜色点相对标准颜色点的位置决定在逆时针方向上H为正，在顺时针方向上H为负。

表H*值对色相差的影响标准颜色色相H*色相差的性质红正样品比标准黄些负样品比标准蓝些黄正样品比标准绿些负样品比标准红些绿正样品比标准蓝些负样品比标准黄些蓝正样品比标准红些负样品比标准绿些四、CIE1976LAB色差公式5.色差单位色差单位为NBSNBS是美国国家标准局（NationalBureauofStandards）的缩写。

1个NBS色差相当于0.00150.0025x或y的色度坐标变化。

产品的颜色差异应允许多大范围才算合适，应根据具体情况而定。

色差程度的鉴定E（L*a*b*）微量00.5轻微0.51.5能感觉到1.53.0明显3.06.0很大6.012.0截然不同12.0以上四、CIE1976LAB色差公式6.举例已知标准色的三刺激值为X20.04、Y18.10、Z68.47，样品色的三刺激值为X20.66、Y18.54、Z71.42。

求CIE1976（L*a*b*）均匀颜色空间的L*、C*、H、H*和E，并进行讨论。

解：

选择D65为标准光源，则X095.04、Y0100、Z0108.89计算标准色和样品色的L*、a*、b*，并计算相应的差值：

16116310*YYL310310310310*200*500aZZYYbYYXXL标49.617L样50.145L0.527a标14.768，a样15.532a0.764b标58.21，b样59.727b1.517四、CIE1976LAB色差公式计算饱和度C*和饱和度差C*596.1054.60714.16714.61727.59253.15054.60210.58876.14*22*22*2*2*STSASASTCCCCCbaC色相角H和色相角差Hooo0ST0SA0o0STo0SA*0341.0362.284577.284362.284647.759416.3687.41210.85577.284234.758482.3253.15727.59HHHarctgarctgHarctgarctgHabarctgH四、CIE1976LAB色差公式计算总色差E（L*a*b*）E（L*a*b*）（L*）2+（a*）2（b*）21/20.52720.7642（-1.517）21/21.778（NBS）色相差H*H*（E）2（L*）2（C*）21/21.77820.52721.65921/20.362计算结果讨论深浅差：

L*0.527，表示样品比标准稍浅。

艳度差：

C*1.659，表示样品比标准艳丽。

色相差：

H*0.362，H标284.236是蓝色，样品比标准偏红总色差：

E1.778（NBS），能感觉到。

色彩原理与应用项目四CIE标准色度系统任务5色度测量与评价一、颜色测量原理待测物的光谱反射曲线（）或光谱透射曲线（）与光源的光源光谱功率分布曲线S（）相乘，得（）S（）曲线或（）S（）曲线（颜色刺激函数（）。

再乘以光谱三刺激值X（）、Y（）、Z（），最终得到待测颜色的三刺激值X、Y、Z。

一、颜色测量二、颜色测量的参照标准1.光源不同的光源对颜色视觉有不同的影响，对物体进行颜色测量，首先要应确定使用CIE推荐的6种标准光源。

光源xy色温A0.44760.40752856KB0.34850.35184870KC0.31010.31636770KD650.31270.32906500KD750.29910.31507500KD550.33240.34755500K二、颜色测量的参照标准2.待测物体的透射率和反射率因数物体透射率为物体透射的辐射通量与入射的辐射通量之比。

物体的光谱透射率的参照标准是空气，因为空气是理想透射体，在整个可见光谱波段内的透射率均为1。

1971年CIE公布用完全反射漫射体作为测量不透明物体的光谱反射率因数（）为参照标准。

一个不透明物体的光谱反射率因数是通过在相同的标准照明和观察条件下与完全反射漫射体相比较来确定的。

物体的光谱反射率因数（）定义为：

在给定的立体角、限定的方向上，待测物