第2章色度学原理与CIE标准色度学系统课件.ppt

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 w

2、as 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,she wen

3、t 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 色度学实验依据色度学实验依据2.1.1 颜色匹配实验颜色匹配实验2颜

4、色光的匹配实验颜色光的匹配实验 22.1.2 同颜色光亮度的相加同颜色光亮度的相加设有三个不同颜色的色光设有三个不同颜色的色光：P*、Q*、R*相应色的单位量值：相应色的单位量值：P、Q、Rp、q、r 分别为颜色分别为颜色P*、Q*、R*的强度。的强度。调出调出P/Lp、Q/Lq、R/Lr，使这些，使这些。Lp、Lq、Lr即为单位颜色即为单位颜色P、Q、R的光亮度比值。的光亮度比值。选择光亮度单位，则选择光亮度单位，则Lp、Lq、Lr为为P、Q、R各单位颜色的光亮度值。各单位颜色的光亮度值。因此，因此，是单位颜色是单位颜色P、Q、R 的的。22.1.2 同颜色光亮度的相加同颜色光亮度的相加p

5、P、q Q两色混合，与两色混合，与 r R光亮度比较光亮度比较：当当 p、q、r 满足下列数值关系时，被比较满足下列数值关系时，被比较的两光亮度相等。的两光亮度相等。p Lp+q Lq=r Lr （2-1）：不论颜色的成分如何，各种颜色重叠的光不论颜色的成分如何，各种颜色重叠的光亮度是可以相加的。亮度是可以相加的。22.2 颜色的数学表示颜色的数学表示2.2.1 色三角形色三角形色光相同的颜色和亮度色光相同的颜色和亮度：色光的颜色和亮度的统称：色光的颜色和亮度的统称B*G*R*rbgB*G*R*rbg：（r，g。b）22.2.2 颜色方程颜色方程三原色三原色、任意色、任意色看成是色向量，看成是

6、色向量，相应的单位向量相应的单位向量、以及以及。=、G*=、=、=当颜色当颜色 与与 、混合视觉上混合视觉上匹配时，则可写出颜色方程：匹配时，则可写出颜色方程：=+(2-2)此时称此时称、为颜色为颜色C*的的。2：Green nm 700 546.1 435.822.2.2 颜色方程颜色方程 在颜色转盘实验中，如果被匹配的颜色在颜色转盘实验中，如果被匹配的颜色(转盘转盘中心中心)很饱和，那么用很饱和，那么用、三原色可能实三原色可能实现不了匹配。在这种情况下，如图现不了匹配。在这种情况下，如图2-1(b)所示匹所示匹配。配。颜色匹配方程：颜色匹配方程：CC+=+GG 可写成：可写成：CC=+GG

7、-(2-3)2颜色转盘颜色转盘 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 produces 20 40 20 20 20 1 0.8 39 G 0 39 29.2 20 +39 G =20 40 301 unit of 500 nm produce

8、s 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 颜色方程颜色方程 在颜色科学中，我们不直接用三刺激值在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、G、B来表示颜色，而用三原色各自占来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B总总量的相对比值表示颜色。量的相对比值表示颜色。：三原色各自占：三原色各自占R+G+B总量的相对比总量的相对比值。值。对颜

9、色对颜色C*而言，其色度坐标为：而言，其色度坐标为：r=R/(R+G+B)g=G/(R+G+B)b=B/(R+G+B)颜色颜色C*的单位值：的单位值：=+则颜色则颜色C*的色量的色量C：=+。2 令令 W=(1/3)+(1/3)+(1/3)W色度坐标：色度坐标：r=1/3、g=1/3、b=1/3 相应相应、的相对光亮度值：的相对光亮度值：=1.0000 、=4.5907、=0.0691，从而颜色从而颜色C*的单位光亮度为的单位光亮度为 LC=r +g +b 若已知颜色若已知颜色C*的光亮度为的光亮度为L，并且测量得颜，并且测量得颜色色C*的的r、g、b值，则颜色值，则颜色C*的色量为的色量为

10、C=L/LC=L/(r +g +b)22.3 色度相加原理色度相加原理 根据格拉斯曼配色混合的代替律，根据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*，则则 A*+C*=B*+D*。此式说明色光相加符合数学上的向量加法法则。此式说明色光相加符合数学上的向量加法法则。22.3 色度相加原理色度相加原理：设色光设色光 C1C1 C2C2三刺激值：三刺激值：、色度坐标：色度坐标：r1、g1、b1 r2、g2、b2经过色光混合后色光为经过色光混合后色光为C12C12，则颜色，则颜色C12C12为为C12C12=C1C1+C2C2 =+=+=(C1r1+C2

11、r2)+(C1g1+C2g2)+(C1b1+C2b2)2所以所以 C12=C1(r1+g1+b1)+C2(r2+g2+b2)=C1+C2212211122122111221221112CCbCbCbCCgCgCgCCrCrCr，这就是说，在色三角形坐标中两色混合的这就是说，在色三角形坐标中两色混合的色度，相当于色度，相当于C1*、C2*两色依其色量两色依其色量C1、C2而而形成的重心点。形成的重心点。2则其色度坐标应为：则其色度坐标应为：CrCCCCrCrCrCr n1iin1iiin21nn2211 CgCCCCgCgCgCg n1iin1iiin21nn2211 CbCCCCbCbCbCb

12、 n1iin1iiin21nn221122.4 色谱图色谱图例：例：C500*=W1W+，=+，因而有：因而有：+W1W=+B*G*R*C500*W*Co*B*G*R*C500*W*Co*确定确定、，与各种不同波长的单色光与各种不同波长的单色光的颜色相匹配，从而得出的颜色相匹配，从而得出各光谱单色光相对于选定各光谱单色光相对于选定三原色的色度值。光谱色三原色的色度值。光谱色是最纯的，想用三原色混是最纯的，想用三原色混合得到是不可能的。合得到是不可能的。2 +W1W=+式改写为式改写为=+-W1W=+W1(1/3)+(1/3)+(1/3)=+光谱色光谱色相应的色度坐标相应的色度坐标 r1、g1、

13、b1为为。，11111111111111111WBG3/WBbWBG3/WGgWBG3/Wr 由于分母中有负号，因此由于分母中有负号，因此r1、g1、b1不但可不但可以为负值，而且它的绝对值不限于以为负值，而且它的绝对值不限于0到到1范围，范围，有可能大于有可能大于1。2 根据色相加原根据色相加原理，显然任何现理，显然任何现实颜色的色度坐实颜色的色度坐标必然都在光谱标必然都在光谱轨迹与长、短波轨迹与长、短波两端点连线所构两端点连线所构成的范围之内。成的范围之内。由此所构成的图由此所构成的图谱称为色谱图。谱称为色谱图。W*540600580510400700480500490530520W*54

14、060058051040070048050049053052022.5 光谱三刺激值光谱三刺激值 如果已知色光如果已知色光E的光谱功率分布，怎样来确的光谱功率分布，怎样来确定它的三刺激值及色度坐标呢定它的三刺激值及色度坐标呢？设：光谱功率分布为设：光谱功率分布为E()，光谱色光谱色 的色度坐标的色度坐标r()、g()、b()。首先找出单色光首先找出单色光E()d 的色量值的色量值dC()，单色光单色光E()d 的亮度：的亮度：kV()E()d，其对应的其对应的C值值dC()：dC()=kV()E()d/r()LR+g()LG+b()LB 22.5 光谱三刺激值光谱三刺激值再由式（再由式（2-1

15、0）得色光）得色光E的色度坐标为：的色度坐标为：rE =r()dC()/dC()，gE =g()dC()/dC()，bE =b()dC()/dC()或写成：或写成：dL)(bL)(gL)(r)(E)(kV)(rdr BGRE dL)(bL)(gL)(r)(E)(kV)(gdg BGRE dL)(bL)(gL)(r)(E)(kV)(bdb BGRE2 对于任一色光，只要测得它的光谱功率分布，对于任一色光，只要测得它的光谱功率分布，就能计算求得这一色光的色度坐标。就能计算求得这一色光的色度坐标。L)(bL)(gL)(r/)(r)(kV)(rBGRL)(bL)(gL)(r/)(g)(kV)(gBGR

16、L)(bL)(gL)(r/)(b)(kV)(bBGR令令d)(E)(b d)(E)(g d)(E)(rbgrEEE：其中其中k为规化系数。于是得：为规化系数。于是得：)(b)(g)(r、需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的红、绿、蓝三原色有关。红、绿、蓝三原色有关。称为称为。22.6 色度转换色度转换三原色三原色 R*、G*、B*X*、Y*、Z*单位向量：单位向量：R、G、B X、Y、Z设颜色向量设颜色向量C*单位向量：单位向量：C C 三刺激值三刺激值：R、G、B X、Y、Z则颜色向量则颜色向量C*可表示为：可表示为：C*=(R+G+B)C=R R+G

17、 G+B B=(X+Y+Z)C=X X+Y Y+Z Z2已知：已知：X 的色度坐标：（的色度坐标：（rX，gX，bX）Y的色度坐标：的色度坐标：（rY，gY，bY）Z 的色度坐标：（的色度坐标：（rZ，gZ，bZ）则则X、Y、Z在在R*、G*、B*中的色向量分别为：中的色向量分别为：X=rX R+gX G+bX B Y=rY R+gY G+bY B Z=rZ R+gZ G+bZ B 对对X*、Y*、Z*体系按照不同的规化条件，因此有体系按照不同的规化条件，因此有 X=kX X=kX rX R+kX gX G+kX bX B Y=kY Y=kY rY R+kY gY G+kY bY B Z=kZ

18、 Z=kZ rZ R+kZ gZ G+kZ bZ B其中其中kX、kY、kZ 为确定为确定X、Y、Z单位向量的规单位向量的规化系数。化系数。2将上式代入式将上式代入式(2-16)，取，取R、G、B两边的系两边的系数相等，得：数相等，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上式用矩阵表示：上式用矩阵表示：ZYXkABGRZYXZYXZYXbbbgggrrrAZYXk000k000kk2BGRAkZYX113/13/13/1kAbgrWWW 确定确定k的规化条件是当的规化条件是当R

19、 G B为白为白色色rW gW bW时，时，X Y Z=1/3 1/3 1/3。由此得：由此得：从此式可求得矩阵从此式可求得矩阵k 2单位向量单位向量X、Y、Z的光亮度值的光亮度值LX、LY、LZ 与与LR、LG、LB之间有如下关系：之间有如下关系：LX=kX rX LR+kX gX LG+kX bX LBLY=kY rY LR+kY gY LG+kY bY LBLZ=kZ rZ LR+kZ gZ LG+kZ bZ LB而色向量而色向量C*的光亮度值不随坐标的变化而异：的光亮度值不随坐标的变化而异：L=CXYZ LC=X LX+Y LY+Z LZ =CRGB LC=R LR+G LG+B LB

20、由于由于CXYZ=X+Y+Z，CRGB=R+G+B，所以，所以 此式表明，某一颜色在两个不同三原色中的单位此式表明，某一颜色在两个不同三原色中的单位色向量的光亮度值与其色向量绝对值成反比。色向量的光亮度值与其色向量绝对值成反比。2 依相同原理，可得依相同原理，可得X，Y，Z系统中光系统中光谱三刺激值与谱三刺激值与R，G，B系统中光谱三刺激系统中光谱三刺激值的转换关系为：值的转换关系为：)(b)(g)(rAkK)(z)(y)(x11 实际上这一比例系数实际上这一比例系数K可由规化条件可由规化条件或从仪器的标定中得出。或从仪器的标定中得出。2 现代色度学采用国际照明委员会现代色度学采用国际照明委员

21、会(简称简称CIE)所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，称为称为。此系统是以两组现代。此系统是以两组现代色度学的基本视觉实验数据为基础的。色度学的基本视觉实验数据为基础的。CIE l931标准色度观察者光谱三刺激值标准色度观察者光谱三刺激值，适，适于于1o4o视场的颜色测量；视场的颜色测量；CIE l964补充标准观察者光谱三刺激值补充标准观察者光谱三刺激值，适，适于大于于大于4o视场的颜色测量。并且视场的颜色测量。并且CIE规定必须在规定必须在明视觉条件下使用这两组标准观察者的数据。明视觉条件下使用这两组标准观察者的数据。2 1931年年CIE

22、规定规定700 nm的红、的红、546.1 nm的绿和的绿和435.8 nm的蓝为色光三原色，三的蓝为色光三原色，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观察条件下，采用目视配色仪上匹配观察条件下，采用目视配色仪上匹配出等能光谱色的出等能光谱色的 R、G、B分量，称为分量，称为1931年年CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺系统标准色度观察者光谱三刺激值，用激值，用 bgr、2)(r)(g)(b 22 亮度仅由亮度仅由Y表示，表示，X、Y、Z所形成的所形成的虚线三角形包含了虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨得光谱轨

23、迹上和轨迹之内的色度坐标迹之内的色度坐标都成了正值。都成了正值。2X、Y、Z 三点在三点在rg图中的坐标是：图中的坐标是：X：r=1.2750，g=-0.2778，b=0.0028Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022 在在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，色度图中，等能的白光，即即E光源的色度坐标为：光源的色度坐标为：xE=0.3333，yE =0.3333。2222 单纯原色的混合物，在整个视场低于单纯原色的混合物，在整个视场低于10o时出时出现不均匀现象，工业上配色总是在比现不均匀现象，工业上配

24、色总是在比2o视场更大视场更大的范围。为了适合于的范围。为了适合于10o大视场的色度测量，大视场的色度测量，1964年年CIE规定了一组规定了一组CIE l964 补充标准观察者补充标准观察者光谱三刺激值和相应的色度图，这一系统称为光谱三刺激值和相应的色度图，这一系统称为CIE l964补充标准色度学系统补充标准色度学系统。在在CIE l964补充色度学系统色度图中，等能补充色度学系统色度图中，等能白光的色度坐标：白光的色度坐标：x10E=0.3333，y10E=0.3333，z10E=0.3333。研究表明，研究表明，。2222.8 CIE 标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源（1）发光

25、效率）发光效率：一般指电光源所发出的光通量与该光：一般指电光源所发出的光通量与该光源所消耗的功率之比，即每消耗一瓦功率所能产生的源所消耗的功率之比，即每消耗一瓦功率所能产生的光通量。光通量。（2）光谱功率分布）光谱功率分布：一种光源所发射的光谱往往不是：一种光源所发射的光谱往往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功率分布。源的光谱功率分布。（3）绝对光谱功率分布曲线和相对光谱功率分布曲线绝对光谱功率分布曲线和相对光谱功率分布曲线：前

26、者指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲前者指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲线；后者指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相线；后者指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功率分布曲线。内变化的光谱功率分布曲线。2（4）连续光谱、线状光谱、混合光谱）连续光谱、线状光谱、混合光谱：由红到：由红到蓝各种色光在内的连续彩色光带称连续光谱；蓝各种色光在内的连续彩色光带称连续光谱；在整个光谱区域中某几个波长处发生狭窄的光在整个光谱区域中某几个波长处发生狭窄的光谱称为线状光谱；在连续光谱中附上

27、一些突出谱称为线状光谱；在连续光谱中附上一些突出的线光谱称为混合光谱。的线光谱称为混合光谱。（5）绝对黑体和全辐射体）绝对黑体和全辐射体：指在任何波长下能：指在任何波长下能够全部吸收任何波长的辐射的物体。够全部吸收任何波长的辐射的物体。（6）黑体轨迹）黑体轨迹：随着绝对黑体加热温度的升高，：随着绝对黑体加热温度的升高，按照普朗克计算出在各种温度时的相对应光谱按照普朗克计算出在各种温度时的相对应光谱功率分布转换成功率分布转换成CIE l931色度坐标，绝对黑体不色度坐标，绝对黑体不同温度的色光变化在同温度的色光变化在CIE l931色度图上形成的弧色度图上形成的弧形轨迹，称为黑体轨迹。形轨迹，称

28、为黑体轨迹。2（7）色温和相关色温：）色温和相关色温：某光源的色度与绝对黑体辐射在：某光源的色度与绝对黑体辐射在某一温度下的色度一样，则这一温度称为某光某一温度下的色度一样，则这一温度称为某光源的色温。源的色温。相同光源色温的相对光谱功率分布与某温度相同光源色温的相对光谱功率分布与某温度下黑体辐射的光谱功率分布可能完全一致，也下黑体辐射的光谱功率分布可能完全一致，也可能不一致。可能不一致。：光谱功率分布完全一致的两色：光谱功率分布完全一致的两色色度和色温一样的两个光源的色度和色温一样的两个光源的光谱功率分布不一定完全一致。光谱功率分布不一定完全一致。：光源的光色在色度图上不一定准确：光源的光色

29、在色度图上不一定准确地落在绝对黑体轨迹上，所以只能用光源与黑地落在绝对黑体轨迹上，所以只能用光源与黑体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温，称为体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温，称为相关色温。相关色温。22.8.2 CIE 标准照明体标准照明体A、B、C、DCIE推荐了四种标准照明体推荐了四种标准照明体A、B、C、D和三种和三种标准光源标准光源A、B、C。指一定的光谱功率分布，这种标指一定的光谱功率分布，这种标准的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接准的光谱功率分布并不是必须由一个光源直接提供，也不一定能用一个光源来实现。提供，也不一定能用一个光源来实现。标准照明体标准照明体A：相当于绝对黑体在

30、加温到：相当于绝对黑体在加温到2856 K时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可时所辐射出来的光，它的相对光谱功率分布可根据普朗克辐射定律计算：根据普朗克辐射定律计算：标准照明体标准照明体A色度点正好落在色度点正好落在CIE l931色度色度图的黑体轨迹上。图的黑体轨迹上。2 标准照明体标准照明体B：相当于相关色温：相当于相关色温4874 K的直射的直射阳光，光色相当于中午阳光，其色度点紧靠阳光，光色相当于中午阳光，其色度点紧靠黑体轨迹。黑体轨迹。标准照明体标准照明体C：相当于相关色温为：相当于相关色温为6774 K的平的平均阳光，光色近似阴天天空的日光，其色度均阳光，光色近似阴天天空的日光

31、，其色度点在黑体轨迹上方。点在黑体轨迹上方。标准照明体标准照明体D65：相当于色温约为：相当于色温约为6504K的日的日光，其色度点在黑体轨迹的上方。光，其色度点在黑体轨迹的上方。标准照明体标准照明体D：代表标准照明体：代表标准照明体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：指用来实现标准照明体光谱功率分：指用来实现标准照明体光谱功率分布的光源，布的光源，CIE规定用下述人工光源来实现标准规定用下述人工光源来实现标准照明体。照明体。标准光源标准光源A：熔凝石英壳或玻璃壳带石英窗口的：熔凝石英壳或玻璃壳带石英窗口的充气钨丝灯，以产生色温为充

32、气钨丝灯，以产生色温为2856 K的辐射。的辐射。标准光源标准光源B：在：在A光源前加一组特定的戴维斯光源前加一组特定的戴维斯-吉吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温伯逊液体滤光器，以产生相关色温4874K的辐射。的辐射。标准光源标准光源C：A光源另加一组戴维斯光源另加一组戴维斯-吉伯逊液体吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温滤光器，以产生相关色温6774 K的辐射。的辐射。戴维斯戴维斯-吉伯逊滤色液吉伯逊滤色液系用硫酸钠、甘露醇吡系用硫酸钠、甘露醇吡啶、蒸馏水，或硫酸钻铵、硫酸钠、硫酸、蒸啶、蒸馏水，或硫酸钻铵、硫酸钠、硫酸、蒸馏水等不同的分量配合而成。馏水等不同的分量配合而成。2 CIE规定的标准

33、照明体规定的标准照明体D也叫做典型日光或也叫做典型日光或重组日光它是由在重组日光它是由在CIE l931色度图上的一条色度图上的一条位于普朗克位于普朗克(黑体黑体)轨迹上方的典型日光色度轨轨迹上方的典型日光色度轨迹来代表的。这条轨迹是根据迹来代表的。这条轨迹是根据CIE l931色度图色度图上许多实测的日光色度点的分布定出的，它上许多实测的日光色度点的分布定出的，它包括包括400040000 K典型日光的色度点。典型典型日光的色度点。典型日光轨迹也就是标准照明体日光轨迹也就是标准照明体D的轨迹。典型日的轨迹。典型日光色度轨迹是根据实验材料定出的。光色度轨迹是根据实验材料定出的。2CIE规定典型

34、日光规定典型日光(D)的色度坐标满足以下关系：的色度坐标满足以下关系：yD=-3.000 xD2+2.870 xD 0.275式中式中xD的有效范围为的有效范围为0.25000.380。在相关色温在相关色温T已知情况下，可通过下式计算典型已知情况下，可通过下式计算典型日光色度坐标日光色度坐标xD：244063.0T1009911.0T109678.2T106070.4x C32C63C9D 237040.0T1024748.0T109018.1T100064.2x C32C63C9D(7000 KTC25000 K)2 贾德、麦克亚当和威泽斯基对上述康狄特等贾德、麦克亚当和威泽斯基对上述康狄特

35、等人测量的人测量的622例光谱分析进行了统计学的特征矢例光谱分析进行了统计学的特征矢量分析，得出一组公式，用以计算一定相关色量分析，得出一组公式，用以计算一定相关色温的典型日光的相对光谱功率分布。也就是说，温的典型日光的相对光谱功率分布。也就是说，用数理统计手段重新组合出该相关色温的典型用数理统计手段重新组合出该相关色温的典型日光光谱功率分布。这就是日光光谱功率分布。这就是的含的含意。意。分析结论分析结论：日光光谱分布由平均曲线：日光光谱分布由平均曲线So+偏离偏离平均曲线的特征矢量平均曲线的特征矢量S1和和S222 S()=So()+M1 S1()+M2 S2()式中式中S()为某一相关色温

36、典型日光波长为某一相关色温典型日光波长 的相对的相对光谱功率。光谱功率。在已知典型日光的色度坐标情况下，在已知典型日光的色度坐标情况下，M1和和M2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还没有正式推荐人工光源来实现还没有正式推荐人工光源来实现标准照明体标准照明体D，这主要是因为日光具有独特的锯，这主要是因为日光具有独特的锯齿形光谱功率分布，而人工光源不具有这种光齿形光谱功率分布，而人工

37、光源不具有这种光谱功率分布。谱功率分布。在色度学的实际应用中，不一定要求对日光在色度学的实际应用中，不一定要求对日光光谱功率分布做出完善的模拟。人工光源与标光谱功率分布做出完善的模拟。人工光源与标准照明体光谱功率分布具有一定程度的偏离应准照明体光谱功率分布具有一定程度的偏离应该是允许的。该是允许的。为了评价模拟日光的光谱功率分布与标准照为了评价模拟日光的光谱功率分布与标准照明体明体D55、D65、D75其中之一的符合程度，其中之一的符合程度，CIE 推荐了用于色度学目的的评价方法。推荐了用于色度学目的的评价方法。2 CIE 推荐选用推荐选用5对非荧光样品和对非荧光样品和3对荧光样品对荧光样品在

38、模拟日光照明下的色度与在标准照明体在模拟日光照明下的色度与在标准照明体D65（或（或D55、D75）下的色度差别来评价模拟日光的）下的色度差别来评价模拟日光的质量。质量。可见光的同色异谱指数可见光的同色异谱指数：5 对非荧光样品在标准照明体对非荧光样品在标准照明体D照明下，每照明下，每对都是匹配的，但在模拟日光照明下，一般可对都是匹配的，但在模拟日光照明下，一般可能是不匹配的。它们的色差平均值就定义为可能是不匹配的。它们的色差平均值就定义为可见光的同色异谱指数。这个指数表明模拟日光见光的同色异谱指数。这个指数表明模拟日光模拟标准照明体模拟标准照明体D在可见光区域的程度。可见光在可见光区域的程度

39、。可见光同色异谱指数越小，日光模拟得越好。同色异谱指数越小，日光模拟得越好。2紫外光的同色异谱指数紫外光的同色异谱指数：3 对荧光样品在标准照明体对荧光样品在标准照明体D下，每对也是下，每对也是匹配的。但在模拟日光照明下，一般也就不匹配的。但在模拟日光照明下，一般也就不匹配。它们的色差平均值就定义为紫外光的匹配。它们的色差平均值就定义为紫外光的同色异谱指数，它表明模拟标准照明体同色异谱指数，它表明模拟标准照明体D紫外紫外区域的程度。区域的程度。按照同色异谱指数的大小，按照同色异谱指数的大小，CIE把它分为把它分为5个等级。表中色差个等级。表中色差 E(CIELAB)指色差采用指色差采用1976

40、 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色差公式。色差公式。2 E(CIELAB)E(CIELUV)等级等级 0.25 2.0 2.6E2 可见光同色异谱指数的等级由第一字母来表可见光同色异谱指数的等级由第一字母来表示，紫外光的等级由第二字母来表示。示，紫外光的等级由第二字母来表示。：一个模拟：一个模拟D65光源在光源在CIELAB匀色空间的匀色空间的可见光同色异谱指数为可见光同色异谱指数为0.3,紫外光同色异谱指数紫外光同色异谱指数为为0.6，则该，则该模拟模拟D65光源具有光源具有BC级级。目前认为具有目前认为具有BC（

41、CIELAB）等级以上模拟）等级以上模拟日光可用于大多数实际场合。我国日光可用于大多数实际场合。我国目测评定目测评定纺织品色牢度用标准光源条件纺织品色牢度用标准光源条件中采用的模拟中采用的模拟D65光源的一级标准为光源的一级标准为BC（CIELAB）级，二级）级，二级标准为标准为CD（CIELAB）级。）级。2现在正在研制三种模拟现在正在研制三种模拟D65的人工光源：的人工光源：带滤光器的高压氙弧灯带滤光器的高压氙弧灯：带滤光器的高压氙弧：带滤光器的高压氙弧灯提供了最好的模拟，国际上最好能达到灯提供了最好的模拟，国际上最好能达到；带滤光器的白炽灯和荧光灯带滤光器的白炽灯和荧光灯：带滤光器的白炽

42、：带滤光器的白炽灯只在紫外区的模拟尚不理想，最好达到灯只在紫外区的模拟尚不理想，最好达到；荧光灯的模拟过去一直较差，只达到荧光灯的模拟过去一直较差，只达到。Daylight 荧光灯荧光灯：随着稀土荧光粉的发展，荧：随着稀土荧光粉的发展，荧光灯的模拟可达到光灯的模拟可达到。22.9 CIE标准照明和观测条件标准照明和观测条件045 45022.9 CIE标准照明和观测条件标准照明和观测条件0d d02222.10 CIE色度计算方法色度计算方法CIE 1931标准色度系统标准色度系统 CIE 1964标准色度系统标准色度系统d)(x)(kXd)(y)(kYd)(z)(kZ x=X/(X+Y+Z)

43、x10=X10/(X10+Y10+Z10)y=Y/(X+Y+Z)y10=Y10/(X10+Y10+Z10)如果如果 ()代表光谱辐亮度密度，在代表光谱辐亮度密度，在CIE 1931-XYZ中中Y值为亮度，其中值为亮度，其中k=Km=683(lm/W)，=V()。积分范围为积分范围为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)(kY101

44、010)(z)(S)(kZ1010)(y)(S/100k1010 在大多数实际应用时，波长范围为在大多数实际应用时，波长范围为380 nm至至 780 nm，波长间隔，波长间隔 为为 5 nm，甚至，甚至 10 nm。在。在计算物体色三刺激值时，应尽量采用计算物体色三刺激值时，应尽量采用CIE标准照标准照明体，通常建议使用明体，通常建议使用CIE标准照明体标准照明体D65。2参考白参考白 N 色刺激色刺激 C:主波长主波长 =D 处的波长处的波长;饱和度饱和度(兴奋纯度兴奋纯度):pe=NC/ND.色刺激色刺激 C:补色波长补色波长 =D处的波长处的波长;饱和度饱和度(兴奋纯度兴奋纯度):pe

45、=NC/ND.2C1:m1 亮度单位亮度单位 色坐标色坐标 x1,y1 C2:m2 亮度单位亮度单位 色坐标色坐标 x2,y2C3:色光色光C1和和C2相加相加 1 亮度单位亮度单位 =1/LY 4、色光相加、色光相加(计算法计算法)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+y+z=1,X+Y+Z=m1/LYy1+m2/LYy2,因此因此:x=(m1x1/y1+m2

46、x2/y2)/(m1/y1+m2/y2)y=(m1y1/y1+m2y2/y2)/(m1/y1+m2/y2)24、色光相加、色光相加(作图法作图法)P为色光为色光l，Q为色光为色光2，M为为P+Q的混合色。为了求的混合色。为了求得这一点，可在得这一点，可在P点作一条点作一条与与PQ垂直的直线，其长度与垂直的直线，其长度与Q色的量成正比；另在色的量成正比；另在Q点点上也作一条与上也作一条与PQ垂直的直线，垂直的直线，长度与长度与P色的量成正比，然色的量成正比，然后连接这两条垂直线末端的后连接这两条垂直线末端的线，与线，与PQ线的交叉点就是所线的交叉点就是所求混合色的点。从而即可求求混合色的点。从而

47、即可求出混合色的三属性，出混合色的三属性，Y值等值等于于Y1+Y2。2 在在CIE l931色度图上，黑体轨迹上各温度点色度图上，黑体轨迹上各温度点不是按等距分布的；同时由于不是按等距分布的；同时由于CIE l931色度图的色度图的空间是不均匀的，即在色度图上两处相同的距空间是不均匀的，即在色度图上两处相同的距离不代表视觉上等量的颜色差别，所以就很难离不代表视觉上等量的颜色差别，所以就很难确定一个在黑体轨迹附近的光源的相关色温，确定一个在黑体轨迹附近的光源的相关色温，因此，凯莱利用因此，凯莱利用CIE l960 UCS图，按视觉恰可图，按视觉恰可分辨的最小颜色差别，把黑体轨迹划分为许多分辨的最

48、小颜色差别，把黑体轨迹划分为许多视觉分辨的单位，叫做视觉分辨的单位，叫做麦勒德麦勒德（rd）。麦勒德）。麦勒德与色温、相关色温的关系为：与色温、相关色温的关系为：l 麦勒德麦勒德=l/色温色温 10622光源的相关色温近似值计算：光源的相关色温近似值计算：dddT1T1T1T1 21221148CTC =1.4388 TC48/1.438022.11 CIE均匀颜色空间和色差公式均匀颜色空间和色差公式222CIE l960 均匀色度空间（均匀色度空间（CIE l960UCS）u=4X/(X+15Y+3Z)=4x/(-2x+12y+3)v=6Y/(X+15Y+3Z)=6y/(-2x+12y+3)

49、22CIE l964 均匀颜色空间均匀颜色空间 用明度指数用明度指数W*、色度指数、色度指数U*和和V*三三个参数来表示颜色的空间位置：个参数来表示颜色的空间位置：W*=25 Y1/3 17 U*=13 W*(u-uo)V*=13 W*(v-vo)式中：式中：u 和和v是颜色样品的色度坐标，是颜色样品的色度坐标，uo和和vo则是所采用光源的色度坐标。则是所采用光源的色度坐标。2CIE l976 L*u*v*均匀颜色空间均匀颜色空间(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/Y

50、n)(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-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 对于波长测量间隔大于对于波长测量间隔大于5 nm的情况，由于三刺激值的情况，由于三