光度学与色度学基础课件.ppt

1、光度学与光度学与色度学基础色度学基础 提提 纲纲一、视觉与光一、视觉与光辐射波谱及光辐射辐射波谱及光辐射眼睛的结构及视觉机理眼睛的结构及视觉机理临界闪烁频率临界闪烁频率二、光度学二、光度学光通量和发光强度光通量和发光强度照度及距离平方反比定律照度及距离平方反比定律亮度及朗伯定律亮度及朗伯定律三、色度学三、色度学颜色的基本特性及颜色混合颜色的基本特性及颜色混合色觉理论色觉理论人眼对颜色的辨别能力和彩色视野人眼对颜色的辨别能力和彩色视野色度图色度图1.1. 5. 5. 色度学在彩色电视方面的应用色度学在彩色电视方面的应用一一、视觉与光视觉与光1. 辐射波谱及光辐射辐射波谱及光辐射 以电磁波形式或粒

2、子以电磁波形式或粒子( (光子光子) )形式传播的能量，它们可用形式传播的能量，它们可用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程被称为光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程被称为光辐射。光辐射。可见光可见光 可见光是波长在可见光是波长在380 380 760 760 nmnm范围内的光辐射，也就范围内的光辐射，也就是人视觉能感受到是人视觉能感受到“光亮光亮”的电磁辐射。可见光的波长不的电磁辐射。可见光的波长不同，引起人眼的颜色感觉就不同。同，引起人眼的颜色感觉就不同。 红红 色色 760 760 620 620 nmnm， 橙橙 色色 620 620 590 590nmnm， 黄

3、黄 色色 590 590 560 560 nmnm， 黄绿色黄绿色 560 560 530 530nmnm， 绿绿 色色 530 530 500 500 nmnm， 青青 色色 500 500 470 470nmnm， 蓝蓝 色色 470 470 430 430 nmnm， 紫紫 色色 430 430 380 380nmnm。 紫外辐射紫外辐射 紫外辐射的波长范围是紫外辐射的波长范围是400400 10 10 nmnm。通常将其通常将其分为三部分：近紫外、远紫外和极远紫外分为三部分：近紫外、远紫外和极远紫外( (真空紫真空紫外辐射外辐射) )。红外辐射红外辐射 红外辐射的波长范围位于红外辐射的

4、波长范围位于0.760.76 10001000 m m。通常通常分为近红外、中红外和远红外。分为近红外、中红外和远红外。2. 2. 眼睛的结构及视觉机理眼睛的结构及视觉机理 光线进入眼睛光线进入眼睛后产生的知觉称为后产生的知觉称为视觉。它包括对视视觉。它包括对视场内物体的明暗、场内物体的明暗、形状、颜色、运动形状、颜色、运动以及远近等知觉。以及远近等知觉。 眼球的组成眼球的组成: : 外层前部外层前部1/61/6称为角膜，称为角膜，后部后部5/65/6称为巩膜。称为巩膜。中层由前向后分为三部分，中层由前向后分为三部分，即虹膜、睫状体和脉络膜。即虹膜、睫状体和脉络膜。内层为视网膜。内层为视网膜。

5、眼球内部主要有晶状体和眼球内部主要有晶状体和玻璃体。玻璃体。 整个眼球主要可分为屈整个眼球主要可分为屈光系统和感光系统两个部分。光系统和感光系统两个部分。（1 1）屈光系统）屈光系统 将不同远近的物体清晰地成像将不同远近的物体清晰地成像在视网膜上。在视网膜上。 角膜。一种弹性透明组织。角膜。一种弹性透明组织。 房水。提供角膜和晶状体等房水。提供角膜和晶状体等血管组织的新陈代谢和维持眼内压。血管组织的新陈代谢和维持眼内压。 晶状体。双凸形弹性透明体。晶状体。双凸形弹性透明体。睫状肌的收缩可改变晶状体的屈光睫状肌的收缩可改变晶状体的屈光力。力。 玻璃体。一种透明的半流体。玻璃体。一种透明的半流体。

6、(2)(2)感光系统感光系统 视网膜主要由三层视网膜主要由三层细胞构成。细胞构成。视细胞层视细胞层锥体细胞：锥体细胞：具有精细的具有精细的分辨能力，能很好地分分辨能力，能很好地分辨颜色辨颜色, , 但感光灵敏度但感光灵敏度低；低；杆体细胞：杆体细胞：感光灵敏度感光灵敏度高，但分辨细节的能力高，但分辨细节的能力低低, , 不能分辨颜色。不能分辨颜色。 光光 线线视网膜的结构略图视网膜的结构略图视网膜视网膜视神经视神经双极细胞双极细胞锥体细锥体细胞和杆胞和杆体细胞体细胞第二层为双极细胞层第二层为双极细胞层-每一个锥体细胞都与一个双极细胞联结。在光亮条件每一个锥体细胞都与一个双极细胞联结。在光亮条件

7、下，每一锥体细胞作为一个单元，能够精细地分辨外界对下，每一锥体细胞作为一个单元，能够精细地分辨外界对象的细节。象的细节。-几个杆体细胞只联结一个双极细胞，因此在黑暗条件几个杆体细胞只联结一个双极细胞，因此在黑暗条件下通过几个杆体细胞对外界微弱刺激起总和作用，能得到下通过几个杆体细胞对外界微弱刺激起总和作用，能得到高的感光灵敏度。高的感光灵敏度。最内层主要含有神经节细胞，它与视神经相联结，最内层主要含有神经节细胞，它与视神经相联结，视神经穿过眼球后壁进入脑内的视觉中枢。视神经穿过眼球后壁进入脑内的视觉中枢。盲点盲点在距中央凹约在距中央凹约4 4mmmm的鼻侧处，的鼻侧处，没有视细胞。没有视细胞。

8、 黄斑黄斑 位于视网膜中央部位，有一位于视网膜中央部位，有一个呈黄色的锥体细胞密集区。个呈黄色的锥体细胞密集区。 黄斑中央有一凹窝，称为中黄斑中央有一凹窝，称为中央凹，是视觉最敏锐的地方，锥央凹，是视觉最敏锐的地方，锥体细胞的密度在中央凹处最大。体细胞的密度在中央凹处最大。 由中央凹向外锥体细胞急剧由中央凹向外锥体细胞急剧减少，而杆体细胞逐渐增多。在减少，而杆体细胞逐渐增多。在离中央凹离中央凹20的地方，杆体细胞的地方，杆体细胞的数量最大。的数量最大。(1)(1)明视觉明视觉 在光亮在光亮( (几个几个cd/mcd/m2 2以上以上) )条件下，人眼的锥体细胞起作用。条件下，人眼的锥体细胞起作

9、用。 明视觉条件下，锥体细胞能分辨物体的细节，很好地区明视觉条件下，锥体细胞能分辨物体的细节，很好地区分不同颜色。分不同颜色。 (2)(2)暗视觉暗视觉 在暗条件下，亮度约在百分之几在暗条件下，亮度约在百分之几cd/mcd/m2 2以下时，人眼的杆以下时，人眼的杆体细胞起作用。体细胞起作用。 在暗视觉条件下，杆体细胞能感受微光的刺激，但不能在暗视觉条件下，杆体细胞能感受微光的刺激，但不能分辨颜色和细节分辨颜色和细节。明视觉和暗视觉：明视觉和暗视觉：光谱光视效率：光谱光视效率：眼睛的灵敏度与波长的依赖关系，称为光谱光视效率。眼睛的灵敏度与波长的依赖关系，称为光谱光视效率。 V(V( ) )峰值位

10、置：峰值位置：55555 n5 nm m；V(V( ) )峰值位置：峰值位置：5 507 07 nmnm。光谱光视效率曲线光谱光视效率曲线光光谱谱光光视视效效率率波长（波长（nm）KmKm683 lm/W 683 lm/W ，它表示在人眼视觉系统最敏感的波它表示在人眼视觉系统最敏感的波长长(555(555nm)nm)上，每瓦光功率相应的流明数；上，每瓦光功率相应的流明数； K Km m1725 lm/W1725 lm/W；V V（ ）明视觉光视效率；明视觉光视效率；V(V( ) )暗视觉光谱光视效率。暗视觉光谱光视效率。dVKem760380)()(暗视觉：dVKem760380)()(明视觉

11、： 光通量与辐通量的关系式为光通量与辐通量的关系式为视敏度和细节视觉：视敏度和细节视觉： 视敏度是指分辨物体精细形状的能视敏度是指分辨物体精细形状的能力。若用力。若用V V表示视敏度，则可用视角表示视敏度，则可用视角 的倒数来表示的倒数来表示视敏度，即：视敏度，即： 1V 通常取可辨视角为通常取可辨视角为1 1时的视力为正常视敏度，这时在视网膜上的时的视力为正常视敏度，这时在视网膜上的像高为像高为4 4 m m。对视敏度影响的因素：对视敏度影响的因素： 距离、物体亮度、视网膜上的成像位置、物体的对比度等。距离、物体亮度、视网膜上的成像位置、物体的对比度等。由得dDV3438临界闪烁频率临界闪烁

12、频率 当人眼接受光刺激后，不但有延时效应，而且有暂留现象当人眼接受光刺激后，不但有延时效应，而且有暂留现象。在眼睛接受光脉冲刺激之后，大约要过百分之一秒，才达。在眼睛接受光脉冲刺激之后，大约要过百分之一秒，才达到响应的最大值。其残留时间大约为到响应的最大值。其残留时间大约为0.10.1秒。秒。 闪烁消失时对应的频率称为临界闪烁消失时对应的频率称为临界闪烁闪烁频率。频率。 临界频率的影响因素：临界频率的影响因素：（1 1）光信号强弱，）光信号强弱，n=alogL+bn=alogL+b；（2 2）发光面积，）发光面积，n=clogA+dn=clogA+d；（3 3）视网膜的部位；）视网膜的部位；（

13、4 4）光的颜色；）光的颜色；（5 5）背景光）背景光。 塔尔波特塔尔波特( (Talbot)Talbot)定律：定律： 当周期光信号的频率高于临界频率时，眼睛对这种周期变化当周期光信号的频率高于临界频率时，眼睛对这种周期变化光的感觉就象一个恒定光一样，其视亮度为光的感觉就象一个恒定光一样，其视亮度为TdttLTL0)(1L(t)L(t)：周期变化光的实际亮度；：周期变化光的实际亮度；T T：周期。：周期。扇形衰减器360扇形衰减器的透过率：扇形衰减器的透过率：二、光度学二、光度学光通量和发光强度光通量和发光强度 光通量是指能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐光通量是指能够被人的视觉系统所感

14、受到的那部分光辐射功率的大小的量度。单位是射功率的大小的量度。单位是lm(lm(流明流明) )。它表示用标准眼来评价的光辐射通量，可用下式求出：它表示用标准眼来评价的光辐射通量，可用下式求出：dVKem)(, e, e, 光辐射功率的光谱密集度，即在单位波长间隔内，光辐射功率的光谱密集度，即在单位波长间隔内， 光的实际功率。光的实际功率。K Km m最大光谱光效能，最大光谱光效能，K Km m683 lm/W 683 lm/W 。例如：一只例如：一只4040W W的钨丝灯泡输出的光通量为的钨丝灯泡输出的光通量为468 468 lmlm； 一只一只4040W W的日光灯输出的光通量为的日光灯输出

15、的光通量为2100 2100 lmlm。发光效率：发光效率： 指消耗单位电功率所产生的光通量，单位为指消耗单位电功率所产生的光通量，单位为lm/Wlm/W。 它可表示为：它可表示为： P如：白炽灯泡的发光效率为如：白炽灯泡的发光效率为3030lm/Wlm/W；日光灯的发光效率为日光灯的发光效率为 100 100lm/Wlm/W；彩色显象管荧光粉白场的发光效率为彩色显象管荧光粉白场的发光效率为3030lm/Wlm/W。 为了描述光源在某一指定方向上发出光通量能力的大小。为了描述光源在某一指定方向上发出光通量能力的大小。在指定方向上的一个很小的立体角元内所包含的光通量值，除在指定方向上的一个很小的

16、立体角元内所包含的光通量值，除以这个立体角元，所得的商为光源在此方向上的发光强度。以这个立体角元，所得的商为光源在此方向上的发光强度。发光强度：发光强度：d: 立体角元，d: 立体角元所包合的光通量发光强度单位: cd(坎德拉)。ddI发光强度与光通量之间的另一个关系Id 对于一个各向同性的点光源，它向空间所有方向发出的光强度均相等，且等于G cd，则它发出的总光通量为4G 1m。发光强度2. 照度及距离平方反比定律照度及距离平方反比定律 照度是指落到某一面元上的光通量与这个面元面积之商。 也可以说：照度等于单元面积上的光通量。dAdE照度的单位叫勒克斯（lx），当1流明的光通量均匀地照射在1

17、平方米的面积上时，这个面上的照度就等于lx，即1lx1lm/m2。（1）假定点光源的发光强度为I（cd），则它发出的总光通量等于4；而一个半径为R的球，总球面积为4R2。所以点光源距离R处所产生的照度E为2RIE 立体角元与面元的关系点P向一个垂直面元dA所张的立体角d=dA/R2，可得：2RdAdddI故可得2RIdAd由照度的定义可得2RIE （2）由照度定义推导距离平方反比定律： 被照平面的法线与光线成一角度的情况： L至P点的距离为R,由距离平方反比定律可知，在V面上的照度：2RIE 由于V面上代表一定面积的AB投影在V面上时有CDABcos。所以平面V上的照度cosEE 即cos2R

18、IE 亮度及朗伯定律亮度及朗伯定律亮度表示每单位面积上的发光强度。dAdIL 亮度的单位为cd/m2。 如果这个面的法线与观察方向所成的角度为时，上式将变为cosdAdIL 由于ddI故有cos2dAddL这是亮度更通用表达式。亮度不仅可用来描述一个发光面，而且还可以用来描述光路中的任意一个截面。 如果有一个面积为A的均匀发光面，它在某一方向上的亮度为L，则它在这个方向上的发光强度I应为朗伯定律朗伯定律cosALI：发光面的法线与所指定的方向的夹角。假若这个面光源的亮度在各个方向上都相等，即亮度不依赖于方向角，则cosALI现定义I0为这个面光源法线方向上的发光强度，即I0LA。上式变为cos

19、0 II朗伯面的光强分布曲线朗伯面的光强分布曲线朗伯定律：一个亮度在各个方向上都相等的发光面，在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度乘以方向角的余弦。 一个朗伯发射面，它向空间两个任意1和2之间所发出的光通量：2102cossinIdId 对于半球体应取1=0， 2=90，可得0I 一个朗伯发射面发出的总光通量等于它的垂直发光强度乘立体角。 若朗伯发射面的面积为A，则因I0LA，可得LA彩色PDP发光效率的计算光度学应用举例光度学应用举例 作为一个发光体，彩色PDP的发光效率为其辐射的可见光通量与显示板产生该光通量所消耗的电功率P之比，用数学表达式表示： P/或PdVKPm/ )

20、()(/760380（2）（1）（1）光通量的计算 彩色PDP是平板显示，它的发光是面发光，在其视角范围内可认为是均匀发光物体，在视角范围内各个方向上的亮度可近似相等。彩色PDP视角彩色PDP发光可看成是朗伯体发光，遵守朗伯定律。亮度表示每单位面积上的光强即:dAdIL 如果发光面的法线与观察方向所成的角度为时，上式将变为cosdAdIL （3）（4） 在视角范围内，彩色PDP这个面光源在各个方向上亮度都相等，亮度不依赖于方向角，即L=L可得dI=dI0cos。又定义dI0为面光源法线方向上的发光强度即dALdI0下面求有效发光面积为S，亮度为L，视角为v v的全部光通量。立体角定义为ddrd

21、rrdrdSdsin/sin/22（5）（6）从彩色从彩色PDPPDP有效显示区辐射出的可见光总通量为有效显示区辐射出的可见光总通量为vssSLdddALddIvv 202000200sinsincos由于彩色由于彩色PDPPDP在在- -90909090范围内发光，故范围内发光，故可可简化为简化为: :=LS=LS，则彩色则彩色PDPPDP光效为光效为PLS /（7）（8）举例：举例： 某对角线长为某对角线长为4242英寸的彩色英寸的彩色PDPPDP，像素数量为：，像素数量为：852(852(RGB)RGB)480480，节距是节距是(1.08(1.081.08)1.08)mmmm，全板点亮

22、时功耗全板点亮时功耗为为300300W W，平均面亮度平均面亮度L L是：是：400cd/m400cd/m2 2。则该则该PDPPDP的有效发光面的有效发光面积积S S为：为：(1.08(1.081.081.088528524804801010-6-6) )m m2 2，即即0.4770.477m m2 2，则则)/(2300477. 040014. 3WlmPLS颜色的基本特性及颜色混合颜色的基本特性及颜色混合三三、色度学色度学颜色的基本特性颜色的基本特性 颜色可分为彩色和非彩色两类。颜色可分为彩色和非彩色两类。 非彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列，非彩色指白色、黑色和各种深浅

23、不同的灰色组成的系列，称为白黑系列。称为白黑系列。 对发光物体来说，白黑的变化相当于白光的亮度变化，亮对发光物体来说，白黑的变化相当于白光的亮度变化，亮度高时人眼感到是白色，亮度很低时感到是灰色，无光时是黑度高时人眼感到是白色，亮度很低时感到是灰色，无光时是黑色。非彩色只有明亮度的差异。色。非彩色只有明亮度的差异。 彩色特性：彩色特性：明度明度、色调色调、饱和度饱和度。 明度：人眼对物体的明暗感觉。发明度：人眼对物体的明暗感觉。发光物体的亮度越高，则明度越高；非发光物体的亮度越高，则明度越高；非发光物体反射比越高，明度越高。光物体反射比越高，明度越高。 色调：彩色彼此相互区分的特性。色调：彩色

24、彼此相互区分的特性。不同波长的单色光具有不同的色调不同波长的单色光具有不同的色调。发发光物体的色调决定于它的光辐射的光谱光物体的色调决定于它的光辐射的光谱组成。非发光物体的色调决定于照明光组成。非发光物体的色调决定于照明光源的光谱组成和物体本身的光谱反射源的光谱组成和物体本身的光谱反射( (透射透射) )的特性。的特性。 饱和度：是指彩色的纯洁性。可见饱和度：是指彩色的纯洁性。可见光谱中的各种单色光是最饱和的彩色。光谱中的各种单色光是最饱和的彩色。物体色的饱和度决定于物体反射物体色的饱和度决定于物体反射( (透射透射) )特性。如果物体反射光的光谱带很窄，特性。如果物体反射光的光谱带很窄，它的

25、饱和度就高。它的饱和度就高。颜色立体颜色立体加法混色加法混色（1）同时混色 色调决定于波长，每一种波长都产生一定的色调，但是每一种色调并不是和一种特定的波长有联系。 对于光谱中的每一种色光，都可以找出另一种按一定比例与它混合得到一种白色的光，这一对色光成为补色。如 红光青光白光 绿光品红光白光 蓝光黄光白光如果混合的色光不是补色，便产生介于它们两者之间的中间色，如 红色+绿色=黄色 蓝色+绿色=青色 光谱中的色光混合是一种加色法。全部光色都可以由红、绿、蓝三基色以适当的比例混合得到。 （2）继时加色法 将两种以上的颜色刺激以4050Hz以上的频率交替作用于视网膜，就形成混色刺激状态。（3）空间

26、加色法 红、绿、蓝三个发光点，当它们互相靠得很近，近到人眼不能分辨时，这三个发光点便在人眼中产生混色效应。减法混色减法混色 减色法的三原色是黄、品红、青。加法混色减法混色2色觉理论色觉理论（1 1） 三色学说三色学说 假设人眼视网膜上有三种神经纤维，每种神经纤维的假设人眼视网膜上有三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都引起一种原色的感觉。光作用于视网膜上虽然能同兴奋都引起一种原色的感觉。光作用于视网膜上虽然能同时引起三种纤维的兴奋，但波长不同，引起三种纤维的兴时引起三种纤维的兴奋，但波长不同，引起三种纤维的兴奋程度不同，人眼就产生不同的颜色感觉。奋程度不同，人眼就产生不同的颜色感觉。三种神经纤维的

27、兴奋曲线红色纤维红色纤维绿色纤维绿色纤维蓝色纤维蓝色纤维a. 红、绿、蓝三原色可以混合出各种不同色彩颜色的混合规律。b. 人眼视网膜上含有三种不同类型的锥体细胞，这三种锥体细胞中分别含有三种不同的视色素。这三种不同光谱敏感性的视色素的光谱吸收峰值分别约在440450nm， 530540nm，560570nm处。三色学说的依据：三色学说的依据： c. 杆体细胞只有一种，它含有视紫红色素。曲线形状与人的暗视觉光谱光视效率曲线十分一致。（2） “对立”颜色学说（四色学说） 假设视网膜中有三对视素：白黑视素、红绿视素和黄蓝视素。这三对视素的代谢作用包括建设和破坏两种对立过程。光刺激破坏白黑视素，引起神

28、经冲动产生白色感觉，无光刺激时白黑视素被重新建设起来，产生黑色感觉。三种视素的对立过程的组合产生各种颜色感觉和各种颜色混合现象。三对视素的代谢作用（3） 阶段说 颜色视觉过程可以分成几个阶段：在视网膜内有三种独立的锥体感色物质，它们有选择地吸收光谱不同波长的辐射，同时每一物质又可单独产生白和黑的反应。A. B. 在神经兴奋由锥体细胞向视觉中枢的传导过程中，这三种反应又重新组合，最后形成三对对立性的神经反应：红绿，黄蓝，白黑。颜色匹配实验颜色匹配实验颜色匹配恒常律： 两个相互匹配的颜色，尽管处在不同条件下，两个颜色仍始终保持匹配，即不管颜色周围环境的变化，或者人眼已经对其它色光适应后再来观察，视

29、场中两种颜色始终保持匹配。颜色匹配实验方法格拉斯曼定律格拉斯曼定律1) 人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、色调、饱和度；2) 在由两个成分组成的混合色中，如果一个成份连续地变化，混合色的颜色也连续变化；3) 颜色相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果；颜色代替律：如果AB，CD，则A+CB+D；如果AB，CD，则A-CB-D ；如果AB，则nAnB。4) 混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度总和，称为亮度相加定律。色适应：色适应： 在亮度适应状态下视觉系统对视场中颜色变化也会产生适应的过程。人眼对某一色光适应后，观察另一物体的颜色时，不能立即获得客观的颜

30、色印象，而带有原适应色光的补色成分，需经过一段时间适应后才会获得客观的颜色感觉。颜色对比：颜色对比： 在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。（1）明度对比）明度对比 当明暗不同的物体并置于视场中会感到明暗差异增强的现象称为明度当明暗不同的物体并置于视场中会感到明暗差异增强的现象称为明度对比。对比。（2）色调对比）色调对比 两种色调不同的物体并置于视场中，两种色调不同的物体并置于视场中， 每一种颜色的色调都向另一颜色的补色每一种颜色的色调都向另一颜色的补色方向变化，从而增强了两颜色色调的差方向变化，从而增强了两颜色色调的差异，这种

31、现象称为色调对比。异，这种现象称为色调对比。（3）饱和度对比）饱和度对比 将两种饱和度不同的颜色并置于视场中，会感觉到两饱和度的差异将两种饱和度不同的颜色并置于视场中，会感觉到两饱和度的差异增强，高饱和度的更高，而低饱和度的则更低，这种现象称为饱和度对比增强，高饱和度的更高，而低饱和度的则更低，这种现象称为饱和度对比。色调对比试验颜色匹配实验中选取三种颜色，由它们相加混合能产生任意颜色匹配实验中选取三种颜色，由它们相加混合能产生任意颜色，这三种颜色称为三原色颜色，这三种颜色称为三原色( (参照色刺激参照色刺激) )。与待测色达到色匹配时所需要的三原色的数量，称为三刺激与待测色达到色匹配时所需要

32、的三原色的数量，称为三刺激值。一种颜色与一组值。一种颜色与一组R R、G G、B B数值相对应，颜色感觉可以通过三数值相对应，颜色感觉可以通过三刺激值来定量表示刺激值来定量表示。在色度学里，三刺激值的单位在色度学里，三刺激值的单位（R R）、（）、（G G）、（）、（B B）选用色度选用色度学单位。它的确定方法是：选一特定白光学单位。它的确定方法是：选一特定白光( (W)W)作为标准作为标准，在颜色在颜色匹配实验选定的三原色光相加混合与此白光匹配实验选定的三原色光相加混合与此白光( (W)W)相匹配，达到匹相匹配，达到匹配时，如测得所需要的三原色光的光通量值配时，如测得所需要的三原色光的光通量

33、值( (R)R)为为l lR R流明；流明；( (G)G)为为l lG G流明；流明；( (B)B)为为l lB B流明。则将比值流明。则将比值l lR R：l lG G：l lB B定为三刺激值的相对定为三刺激值的相对亮度单位，即色度学单位。亮度单位，即色度学单位。 4. 4. 色度图色度图 匹配FC流明的(C)光，需要FR流明的(R)， FG流明的(G)和FB流明的(B)，颜色方程式为)()()()(BFGFRFCFBGRC若用色度学单位来表示则方程为)()()()(BBGGRRCC式中 CR+G+BBBGGRRlFBlFGlFR, 将各单色光的辐射能量值都保持为相同来做颜色匹配实验，将各

34、单色光的辐射能量值都保持为相同来做颜色匹配实验，所得到的三刺激值称为光谱三刺激值，也就是匹配等能光谱色所得到的三刺激值称为光谱三刺激值，也就是匹配等能光谱色的三原色的数量。用符号的三原色的数量。用符号 ， ， 表示。光谱三刺激值表示。光谱三刺激值又称为颜色匹配函数，它的数值只决定于人眼的视觉特性。匹又称为颜色匹配函数，它的数值只决定于人眼的视觉特性。匹配过程用方程表示配过程用方程表示光谱三刺激值光谱三刺激值 )()()(BbGgRrC任何颜色的光都可以看成是不同单色光混合而组成的，所以光任何颜色的光都可以看成是不同单色光混合而组成的，所以光谱三刺激值可作为颜色色度计算的基础。谱三刺激值可作为颜

35、色色度计算的基础。rgb任意光的三刺激值计算方法： 将待测光的光谱分布函数()，按波长加权光谱三刺激值，得出每一波长的三刺激值，再进行积分，就得出该待测光的三刺激值drkR)()(dgkG)()(dbkB)()( 一个单位的颜色（C）的色品只决定于三原色的刺激值各自在R+G+B总量中的相对比例，此比值叫做色品坐标，用符号r、g、b表示。BGRRrBGRGgBGRBb且 r+g+b=1，则可得)()()()(BbGgRrC单位方程)()()()(BBGRBGBGRGRBGRRCrgCIE l931R G B系统系统 CIE l931CIE l931R G BR G B系统是建立在莱特和吉尔德两项

36、颜色匹系统是建立在莱特和吉尔德两项颜色匹配实验基础上的。配实验基础上的。 莱特颜色匹配实验莱特颜色匹配实验 三原色：三原色：650650nm(R)nm(R)、 530nm(G) 530nm(G)、 460nm(B) 460nm(B)。 视场范围：视场范围：2 2。 三刺激值单位的规定：相等数量的绿和蓝原色匹配三刺激值单位的规定：相等数量的绿和蓝原色匹配494494nmnm的蓝绿色，相等数量的红和绿原色匹配的蓝绿色，相等数量的红和绿原色匹配582.5582.5nmnm的黄色，得出的黄色，得出它们的相对亮度单位为它们的相对亮度单位为l lR R：l lG G：l lB B。 吉尔德颜色匹配实验吉尔

37、德颜色匹配实验 三原色：三原色：630630nm(R)nm(R)、 542nm(G) 542nm(G)、 460nm(B) 460nm(B)。 视场范围：视场范围：2 2。 三刺激值单位的规定：以三原色相加匹配三刺激值单位的规定：以三原色相加匹配NPLNPL白色光源的白色光源的条件下，认为三原色的刺激值相等定出它们的相对亮度单位为条件下，认为三原色的刺激值相等定出它们的相对亮度单位为l lR R：l lG G：l lB B。 经实验和计算确定，匹配等能白光的经实验和计算确定，匹配等能白光的( (R)R)，(G)(G)，(B)(B)三三原色单位的亮度比率为原色单位的亮度比率为1.0000:4.5

38、907:1.0000:4.5907:0.060130.06013，它们的辐，它们的辐亮度比率为亮度比率为 72.0962:1.3 72.0962:1.3791:1.0000 791:1.0000 bgrrrbgrgg光谱三刺激值与光谱色色品坐标的关系式为光谱三刺激值与光谱色色品坐标的关系式为 CIE 1931RGB CIE 1931RGB色度系统色度系统 三原色：三原色：700700nm(R)nm(R)、 546.1nm(G) 546.1nm(G)、 435.8nm(B) 435.8nm(B)。 视场范围：视场范围：2 2。 三刺激值单位的规定：以相等数量的三原色刺激值三刺激值单位的规定：以相

39、等数量的三原色刺激值匹配等能白光，得出它们的相对亮度单位为匹配等能白光，得出它们的相对亮度单位为l lR R：l lG G：l lB B。根据根据1931年年CIERGB系统标准观察者三刺激值绘出的色品图系统标准观察者三刺激值绘出的色品图光谱三刺激值曲线图光谱三刺激值曲线图负值出现的物理意义：负值出现的物理意义： 当投射到半视场的当投射到半视场的某些光谱色，用另一半某些光谱色，用另一半视场的三原色来匹配时，视场的三原色来匹配时，不管三原色如何调节都不管三原色如何调节都不能使两半视场颜色达不能使两半视场颜色达到颜色匹配，只有在光到颜色匹配，只有在光谱色的半视场内加入适谱色的半视场内加入适量的三原

40、色之一才能达量的三原色之一才能达到颜色匹配，加在光谱到颜色匹配，加在光谱色半视场的原色就用负色半视场的原色就用负值来表示。值来表示。光光谱谱三三刺刺激激值值 在在CIE1931 RGBCIE1931 RGB系统的基础上改用三个假想的系统的基础上改用三个假想的原色原色X X、Y Y、Z Z建立了一个新的色度系统。将它匹配等建立了一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值，定名为能光谱的三刺激值，定名为“CIE l93lCIE l93l标淮色度观标淮色度观察者光谱三刺激值察者光谱三刺激值”，简称为，简称为CIE 1931CIE 1931标准色度观标准色度观察者察者”。这一系统叫做。这一系统叫做“

41、CIE 1931CIE 1931标准色度系统标准色度系统” ” 。ClE1931ClE1931标准色度系统标准色度系统ClE1931标准色度系统标准色度系统 CIE1931CIE1931标推色度系统是由标推色度系统是由RGBRGB系统推导来的。三个假系统推导来的。三个假想原色的确定主要考虑下面几个问题：想原色的确定主要考虑下面几个问题： 规定规定( (X)X)、(Z)(Z)两原色只代表色度，没有亮度，光度量两原色只代表色度，没有亮度，光度量只与三刺激值只与三刺激值Y Y成比例。成比例。X ZX Z线称为无亮度线，它在线称为无亮度线，它在r-gr-g色品色品图上的方程应满足零亮度线的条件。图上的

42、方程应满足零亮度线的条件。 ( (R)R)，(G)(G)，(B)(B)三原色的相对亮度比是，三原色的相对亮度比是， l lR R：l lG G：l lB B 1.0000:4.5907: 1.0000:4.5907:0.06013 0.06013 ，在色品图上，某一颜色的色在色品图上，某一颜色的色品坐标为品坐标为r r，g g，b b，则它的亮度方程可写成则它的亮度方程可写成bgrCl0601. 05907. 4)(如果此颜色在无亮度线上则如果此颜色在无亮度线上则l(C)l(C)0 0，所以所以00601. 05907. 4bgr代入代入b b1 1r rg g，整理后得整理后得XZXZ线的方

43、程为线的方程为00601. 05306. 49399. 0gr 在此系统中光谱三刺激值在此系统中光谱三刺激值全为正值。全为正值。 光谱轨迹从光谱轨迹从540540nmnm附近至附近至700700nmnm，在在RGBRGB色品图上基本色品图上基本是一段直线，用这段线上的是一段直线，用这段线上的两个颜色相混合可以得到两两个颜色相混合可以得到两色之间的各种光谱色，新的色之间的各种光谱色，新的XYZXYZ三角形的三角形的XYXY边应与这段边应与这段直线重合。直线重合。 光谱轨迹从光谱轨迹从540 540 nmnm至至700700nmnm这段直线的方程为这段直线的方程为0199. 0gr（XYXY线方程

44、）线方程）1931年年CIERGB系统色品图系统色品图YZYZ边取与光谱轨迹波长边取与光谱轨迹波长503503nmnm点相切的直线，其方程为点相切的直线，其方程为0155. 045. 1gr 求求XYXY，YZYZ，XZXZ三条交线的交点，就能得到三条交线的交点，就能得到( (X)X)，(Y)(Y)，(Z)(Z)三原色点在三原色点在RGBRGB系统色品图中的坐标值它们是系统色品图中的坐标值它们是0028. 0,2788. 0,2750. 1: )(bgrX0279. 0,7671. 2,7392. 1: )(bgrY6022. 1,1409. 0,7431. 0: )(bgrZ它们在xy图中的

45、坐标应是0, 0, 1: )(zyxX0, 1, 0: )(zyxY1, 0, 0: )(zyxZ 用相等数量的三原色刺激值匹配出等能白用相等数量的三原色刺激值匹配出等能白E E来定各原色刺来定各原色刺激值单位。等能白点在激值单位。等能白点在r - gr - g坐标系统内为坐标系统内为 r0.3333, g0.3333在在x - yx - y坐标系统内为坐标系统内为 x0.3333, y0.3333 知道了三原色和等能白点在知道了三原色和等能白点在r gr g坐标系和坐标系和x yx y坐坐标系中的位置后，经过坐标转换，可求得标系中的位置后，经过坐标转换，可求得XYZXYZ系统和系统和RGBR

46、GB系系统三刺激值之间的转换关系式统三刺激值之间的转换关系式BGRX1302. 17517. 17689. 2BGRY0601. 05907. 40000. 1BGZ5943. 50565. 00三刺激值单位的确定：三刺激值单位的确定： 同样经过坐标转换，也可以找到它们之间的色品坐同样经过坐标转换，也可以找到它们之间的色品坐标转换关系式标转换关系式bgrbgrx20063. 113240. 166697. 020000. 031000. 049000. 0bgrbgry20063. 113240. 166697. 001063. 081240. 017697. 0bgrbgrz20063. 1

47、13240. 166697. 099000. 001000. 000000. 0CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线图标准色度观察者光谱三刺激值曲线图 由于在由于在XYZXYZ选择选择原色时就考虑到只有原色时就考虑到只有Y Y值既代表色品又代值既代表色品又代表色度，而表色度，而X X，Z Z只代只代表色品，所以表色品，所以 函数曲线与明视觉光函数曲线与明视觉光谱光效率谱光效率V(V( ) )一致。一致。)(y)()(VyCIE 1931 xy系统色品图系统色品图: ( (X)X)为红原色；为红原色；( (Y)Y)为绿原色；为绿原色；( (Z)Z)为蓝为蓝原色。它们都落在光原色。它们都

48、落在光谱轨迹的外面，在光谱轨迹的外面，在光谱轨迹外面的所有颜谱轨迹外面的所有颜色都是物理上不能实色都是物理上不能实现的。光谱轨迹曲线现的。光谱轨迹曲线以及连接光谱两端点以及连接光谱两端点的直线所构成的马蹄的直线所构成的马蹄形内包括了一切物理形内包括了一切物理上能实现的颜色。上能实现的颜色。CIE 1931 x y CIE 1931 x y 色品图上光谱轨迹的特点：色品图上光谱轨迹的特点： 靠近波长末端靠近波长末端700700770770nmnm的光谱波段具有一个恒定的色品值，的光谱波段具有一个恒定的色品值，都是都是x x0.73470.7347，y y0.26530.2653，z z0 0，所

49、以在色品图上只由一个点来代表。所以在色品图上只由一个点来代表。 光谱轨迹光谱轨迹54054070700nm0nm这这一段是一条与一段是一条与XYXY边基本重合的直线。边基本重合的直线。在这段光谱范围内的任何光谱色都在这段光谱范围内的任何光谱色都可通过可通过540540nmnm和和700700nmnm二种波长的光二种波长的光以一定比例相加混合产生。以一定比例相加混合产生。 光谱轨迹光谱轨迹380380540540nmnm一段是曲线，在一段是曲线，在此范围内的一对光谱色此范围内的一对光谱色的混合不能产生二者之的混合不能产生二者之间位于光谱轨迹上的颜间位于光谱轨迹上的颜色，而只能产生光谱轨色，而只能

50、产生光谱轨迹所包围面积内的混合迹所包围面积内的混合色。光谱轨迹上的颜色色。光谱轨迹上的颜色饱和度最高。饱和度最高。 连接色度点连接色度点400400nmnm和和700700nmnm的直线称为紫的直线称为紫红轨迹。因为将红轨迹。因为将400400nmnm的蓝色刺激与的蓝色刺激与700700nmnm的的红色刺激混合后会产红色刺激混合后会产生紫色。生紫色。 y y0 0的直线的直线( (XZ)XZ)与亮度没有关系，即与亮度没有关系，即无亮度线。无亮度线。颜色宽容度：颜色宽容度： 在色度图上，把人眼感在色度图上，把人眼感觉不出颜色变化的范围称为觉不出颜色变化的范围称为颜色宽容度。宽容度大小反颜色宽容度