1、测色与计算机配色 感觉是认识的开端 知识的源泉客观世界听觉视觉味觉嗅觉神经系统对外界现象和事物产生认识什么什么颜色颜色？q视觉是感觉中重要的一种视觉是感觉中重要的一种q眼睛是一种高级的光学系统，能够反映外界物体的形状和颜色眼睛是一种高级的光学系统，能够反映外界物体的形状和颜色q人的眼睛仅对人的眼睛仅对380380780nm780nm的光波敏感的光波敏感q颜色视觉决定于光源（颜色视觉决定于光源（illuminantilluminant）、）、物体（物体（objectobject）、观测者（）、观测者（observerobserver）太阳视 觉 现 象 每个人对色彩的感受不一样错 觉 现 象 被
2、观察物体的背景、物体的大小和形被观察物体的背景、物体的大小和形状等常常引起人们对颜色的错觉状等常常引起人们对颜色的错觉q眼眼 前前 的的 色色 环环 颜颜 色色 相相 同同 吗吗?q眼眼 前前 的的 色色 环环 颜颜 色色 相相 同同 吗吗?色色 彩彩 视视 觉觉 测测 试试色色 彩彩 视视 觉觉 测测 试试q 世界上世界上超超过过2 2亿亿人在判人在判别颜色时有别颜色时有视视觉觉上的障上的障碍碍q 超超过过8 8%的的男性有这方面的男性有这方面的障碍障碍q 仅有仅有0.50.5%的的女性有这方面的障女性有这方面的障碍碍q 不同的不同的测试过程会测试过程会有不同的有不同的结果结果 人类视觉障碍
3、率统计数据人类视觉障碍率统计数据 北美北美 8.00%欧欧洲洲 8.76%西西欧欧 9.31%中中国国 6.15%日本日本 4.50%亚洲亚洲 6.00%在生产和贸易过程中，如何避免视觉上的错误呢？我们需要一种可靠我们需要一种可靠评评定定颜色颜色的方式的方式,请看请看“NEXT”NEXT”是如何运作的？是如何运作的？颜色的数字信息颜色的数字信息31 组反射率值组反射率值织物样品织物样品NEXTNEXT颜色标准颜色标准样品样品光源光源电子信号电子信号光电二极管阵列光电二极管阵列NEXT反射率数据反射率数据布样布样分光光度计分光光度计NEXT反射率数据波谱曲线波谱曲线NEXT反射率数据波谱曲线波谱
4、曲线R/%/nm 根据色差值判断根据色差值判断CMC色差公式色差公式以以色差值色差值判断颜色的视觉差异判断颜色的视觉差异E=0 完美匹配完美匹配 E=0.3 刚可察觉刚可察觉 E 0.8 可接受可接受 E 1.2 拒绝拒绝NEXTR/%R/%/nm/nm色度学色度学（colorimetry）研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学。以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理学等学科为基础（还应包括现代工业技术）以统一的标准，对颜色做定量的描述和控制。可可 见见 光光 区区 域域第一节第一节 光与色的基础知识光与色的基础知识 1.1 光 与 色 一、光一、光v可见光与电磁波波长的关系可见光与
5、电磁波波长的关系q可见光波长范围可见光波长范围 物理学意义：物理学意义：380380780nm780nm 人的颜色视觉意义：人的颜色视觉意义：400400700nm700nmq比视感度比视感度红红 色色480 560 nm黃黃 色色 560590 nm二、光的色散 牛頓三棱镜色彩实验光光 源源三棱镜三棱镜白白 色光色光紫紫青青蓝蓝绿绿黄黄橙橙红红可可 见见 光光 谱谱物理学概念：物理学概念：v复色光：由不同波长的光组合在一起的光。复色光：由不同波长的光组合在一起的光。v单色光：单一波长的光，如激光。单色光：单一波长的光，如激光。颜色测量中光的概念与物理学概念的区别：颜色测量中光的概念与物理学概
6、念的区别：较窄波长范围内的光（物理学中仍然认为是不较窄波长范围内的光（物理学中仍然认为是不同波长的光组成的复色光）在颜色测量中通常被看同波长的光组成的复色光）在颜色测量中通常被看成是单色光。成是单色光。三、物体的颜色三、物体的颜色物体显示颜色的原因：对光的选择性吸收。物体显示颜色的原因：对光的选择性吸收。/nmR/%R/%/nm0 0101020203030404050506060707080809090100100400400500500600600700700 R R/%/%/nm/nm物体颜色的决定因素：物体颜色的决定因素：q物体的物体的色泽色泽决定于吸收光的决定于吸收光的波长波长，如吸
7、收，如吸收400400420nm420nm的光，显的光，显示示黄色黄色；吸收；吸收560nm560nm左右的绿光左右的绿光，则显示，则显示紫色紫色。q颜色的颜色的纯度纯度决定于反射率曲线的形状。决定于反射率曲线的形状。q物体颜色的物体颜色的深浅深浅决定于决定于反射率反射率的高低，这与物体中的的高低，这与物体中的有色物有色物质浓度质浓度和和有色物质的状态有色物质的状态、物体的、物体的表面积大小表面积大小、表面性质表面性质、照、照明明光源光源以及以及入射角入射角大小等物理因素有关。大小等物理因素有关。q 镜面光反射镜面光反射q 散射光反射散射光反射q 固定式的穿透固定式的穿透q 散射式的穿透散射式
8、的穿透v平平 滑滑 光光 泽泽 面面散散 射射 光光 反反 射射散散 射射 光光 反反 射射正正 常常 的的 穿穿 透透 光照射至透明物体后光照射至透明物体后,光波会穿透光波会穿透此物此物体体而透射出光而透射出光线线。一一 般般 的的 传传 送送 方方 式式透透 射射 吸吸 收收光光 的的 散散 射射半半 透透 明明 物物 体体 光照射至半透明物体后光照射至半透明物体后,某些波某些波长会穿透此物体长会穿透此物体,有些色光有些色光会散射会散射出出而而无法经无法经此半透明物体透射出此半透明物体透射出。散散 射射 式式 的的 穿穿 透透四、人的视觉系统四、人的视觉系统视网膜视网膜眼角膜眼角膜 透视膜
9、透视膜虹虹 膜膜光光 源源瞳瞳 孔孔光光 源源视觉神经视觉神经眼眼 睛睛2视视角角 193110视视 角角 1964210人眼睛的视觉特性：人眼睛的视觉特性：1.视角视角 视角为被观察对象的大小对人眼睛形成视角为被观察对象的大小对人眼睛形成的张角。其大小决定视网膜上投影的大小。的张角。其大小决定视网膜上投影的大小。CIE 观测者视角视角的特征：的特征：tan =A：物体面积的大小物体面积的大小;D：物体与眼睛之间的距离。物体与眼睛之间的距离。因此，视角的大小决定于：（因此，视角的大小决定于：（1 1）物体面积的大小；）物体面积的大小；（2 2）物体与眼睛的距离。）物体与眼睛的距离。距离一定，物
10、体大，则视角大；距离一定，物体大，则视角大；同一物体，距离眼睛越近，视角越大。同一物体，距离眼睛越近，视角越大。22AD视角与颜色视觉有关系吗？视角与颜色视觉有关系吗？有！有！因为感受颜色的视觉细胞在因为感受颜色的视觉细胞在视网膜上的分布是不均衡的。视网膜上的分布是不均衡的。2.2.明视觉、暗视觉明视觉、暗视觉 明亮条件下，人们可以分辨物体的细节明亮条件下，人们可以分辨物体的细节和颜色。和颜色。黑暗条件下，人们只能分辨物体的大致黑暗条件下，人们只能分辨物体的大致轮廓，分辨不出物体的细节和颜色。轮廓，分辨不出物体的细节和颜色。原因：人眼的视网膜中，有两种不同的原因：人眼的视网膜中，有两种不同的感
11、光细胞分别在不同条件下执行不同的视觉感光细胞分别在不同条件下执行不同的视觉功能，这是功能，这是视觉的二重性，或称明视觉、暗视觉的二重性，或称明视觉、暗视觉特性。视觉特性。解剖学和神经生理学证明，视网膜中存在解剖学和神经生理学证明，视网膜中存在杆体细胞杆体细胞（黑暗中分辨轮廓）和（黑暗中分辨轮廓）和锥体细胞锥体细胞（明亮条件下分辨颜色和细（明亮条件下分辨颜色和细节）。节）。间视觉也称微明视觉。间视觉也称微明视觉。光光 源源视视 网网 膜膜 的的 中中 央央 窝窝杆杆 体体 细细 胞胞锥锥 体体 细细 胞胞q锥体细锥体细胞胞（约约650650万万个）个）:布满布满在在视网膜视网膜中心中心处（处（1
12、4万万16万万/mm2）。当视角为2时，物体像落在该处。是判是判断色彩断色彩变化变化的的感应细感应细胞。胞。在日光下感应非常敏在日光下感应非常敏锐锐。q杆体细杆体细胞胞（约（约1 1亿亿个）个）:布满布满在在视网视网膜周膜周围围。判断明与暗判断明与暗变化的感变化的感应细胞应细胞。在昏暗光源下特別敏在昏暗光源下特別敏锐锐。锥体细胞和杆体细胞在视网膜上的分布锥体细胞和杆体细胞在视网膜上的分布3.光谱光视效率函数光谱光视效率函数V()暗视觉光谱光视效率V（）明视觉光谱光视效率V（）4.颜色视觉颜色视觉（1 1）颜色辨认）颜色辨认v视网膜的颜色区（见右图）视网膜的颜色区（见右图）v颜色辨认颜色辨认(视
13、力正常的人视力正常的人可以辨认可以辨认400400700nm700nm的各种颜色）的各种颜色）红 700nm 640750nm橙 620nm 600640nm黄 580nm 550600nm绿 510nm 480550nm蓝 470nm 450480nm紫 420nm 400450nmv贝措德贝措德 布吕克效应布吕克效应（Bezold-Brcke effect)人的视觉对不人的视觉对不同波长光的颜同波长光的颜色辨认色辨认 精精 度度不不 同，除同，除 了了黄（黄（572nm572nm）、）、绿（绿（503nm503nm）、）、蓝蓝 （478nm478nm）外，其他波长外，其他波长的颜色随光的的
14、颜色随光的强度而变化。强度而变化。（2）颜色对比颜色对比 视场中，相邻区域的两个不同颜色的视场中，相邻区域的两个不同颜色的相互影响叫做相互影响叫做颜色对比。颜色对比。每种颜色都可以在其周围诱导出其补色，每种颜色都可以在其周围诱导出其补色，如如红红绿绿、黄黄蓝蓝等。因此，在一种颜色的背等。因此，在一种颜色的背景上景上,观察另一种颜色，由于颜色对比，两颜色会观察另一种颜色，由于颜色对比，两颜色会相互影响，色调会向另外一种颜色的补色方向变相互影响，色调会向另外一种颜色的补色方向变化。如果两种颜色互为补色，则彼此加强饱和度。化。如果两种颜色互为补色，则彼此加强饱和度。观察纺织品颜色时，应避免对比效应的
15、干扰。观察纺织品颜色时，应避免对比效应的干扰。（3 3）颜色适应）颜色适应 人眼在颜色的刺激作用下，所造成的颜色视觉人眼在颜色的刺激作用下，所造成的颜色视觉变变 化化称为称为颜色适应。颜色适应。对某一颜色的光适应后，再观察另外一种颜色，对某一颜色的光适应后，再观察另外一种颜色，后者的颜色会发生变化。后者的颜色会发生变化。颜色适应规律：颜色适应规律：q对某一颜色光适应后，再观察其他颜色，明度会降低。对某一颜色光适应后，再观察其他颜色，明度会降低。q饱和度变化与两颜色的色相有关。两颜色互为补色时，饱和度变化与两颜色的色相有关。两颜色互为补色时，饱和度会提高，否则饱和度降低。饱和度会提高，否则饱和度
16、降低。q研究颜色适应规律在实际中的意义研究颜色适应规律在实际中的意义先后在两种不同的光源下观察颜色，必须考虑先后在两种不同的光源下观察颜色，必须考虑前一光源对视觉颜色适应的影响。前一光源对视觉颜色适应的影响。在同一光源下观察颜色，周围还有其他颜色的在同一光源下观察颜色，周围还有其他颜色的光时，要考虑周围光颜色适应的影响。光时，要考虑周围光颜色适应的影响。q颜色匹配的恒定性颜色匹配的恒定性 如果两种颜色用眼睛看来是一样的，如果两种颜色用眼睛看来是一样的，即两种即两种颜色相匹配颜色相匹配。如果两种相匹配的颜色，即使在不同如果两种相匹配的颜色，即使在不同的颜色适应下观察，两种颜色仍然始终一的颜色适应
17、下观察，两种颜色仍然始终一样，这种现象叫做样，这种现象叫做颜色匹配的恒定性颜色匹配的恒定性。1.2 颜色的分类和特征颜色的分类和特征一、颜色的分类一、颜色的分类 自然界的颜色可以简单地分为自然界的颜色可以简单地分为无彩色无彩色和有和有彩色彩色两大两大类。类。1.1.无彩色无彩色q无彩色（消色）：只有明度，无色相和彩度的颜色，无彩色（消色）：只有明度，无色相和彩度的颜色，包括白（最高）、灰、黑（最低）三种颜色。包括白（最高）、灰、黑（最低）三种颜色。q测色学中，将理想的测色学中，将理想的“白白”和绝对的和绝对的“黑黑”也归入无也归入无彩色之列。彩色之列。q无彩色对可见光各个波长的吸收都没有明显的
18、选择性无彩色对可见光各个波长的吸收都没有明显的选择性（图（图1-121-12所示）。所示）。q白色：各波长的反白色：各波长的反 射率均大于射率均大于80%80%。纯白纯白理想的完全理想的完全 反射物体，反射反射物体，反射 率为率为1 1。q黑色：各波长的黑色：各波长的 反射率均小于反射率均小于4%4%。纯黑纯黑理想的完全理想的完全 无反射物体，反无反射物体，反 射率为射率为0 0。图1-142.2.有彩色有彩色 无彩色以外的各种颜色，无彩色以外的各种颜色，都称为有都称为有彩色彩色q有彩色都对可见光内有彩色都对可见光内某一某一 部分波长部分波长有比较明显的吸有比较明显的吸 收（如右图）。收（如右
19、图）。q可以用反射率曲线表示有可以用反射率曲线表示有 彩色吸收和反射的特征。彩色吸收和反射的特征。图1-15 反射率是指在可反射率是指在可见光见光谱内谱内光照射光照射于物于物体体上后所反射出上后所反射出的的光量光量与标准白板反射光量与标准白板反射光量的比率的比率。实际测试的实际测试的反射率值反射率值是根据是根据分光光度分光光度仪测量仪测量色色样样 与积分与积分球壁球壁的的反射光量反射光量后后,比比较并计算较并计算出出的的一一种种 数据。数据。色样的反射率值就如同每个人的身色样的反射率值就如同每个人的身份证号码份证号码,无无法仿冒法仿冒。反射率反射率值可值可视视为为色色样的身样的身份份证证明文件
20、明文件 色样经分光色样经分光测色测色仪器解析后仪器解析后,可可得到得到不同波长不同波长下下的反射率值的反射率值(以以%表示表示)。/nm/nmR/%R/%反反 射射 率率 曲曲 线线波波 长长/nm蓝色样曲线蓝色样曲线v反反 射射 率率 曲曲 线线 波波 长长/nm黄色样曲线黄色样曲线反反 射射 率率 曲曲 线线 波波 长长/nm红色样曲线红色样曲线 反反 射射 率率 曲曲 线线波波 长长/nm绿色样曲线绿色样曲线二、颜色的特征二、颜色的特征 客观地研究颜色的特征，首先要排除干扰客观地研究颜色的特征，首先要排除干扰因素（物体形状、大因素（物体形状、大 小、性小、性 质、用途、背景质、用途、背景
21、等）的影响等）的影响 非相关色（例如测色仪对颜色非相关色（例如测色仪对颜色的测量，更客观）。的测量，更客观）。孟塞尔卡集是在特定背景下，以人眼的视孟塞尔卡集是在特定背景下，以人眼的视觉观察结果为依据制定的，更接近人的感觉，觉观察结果为依据制定的，更接近人的感觉，但是容易受到人种、个体、情感、习惯等的影但是容易受到人种、个体、情感、习惯等的影响，更主观些。响，更主观些。q饱满 (Fuller)或 稀薄(Thinner)q较深 (Darker)或 较浅(Lighter)q较明亮(Brighter)或 较平淡(Flatter)q较鲜艳(Brighter)或较暗淡(Duller)q饱和度高(More
22、Saturate)或饱和度底(Less Saturate)q色相(Hue)通常人们对通常人们对色彩的描述色彩的描述标准样标准样太太深深太太 浅浅色 彩 的 描 述标准样标准样较亮较亮较暗较暗标准样标准样偏绿偏绿偏红偏红 无论是主观的观察，还是客观的无论是主观的观察，还是客观的 测试，共同的研究结果是：自然界的所有颜色可以测试，共同的研究结果是：自然界的所有颜色可以用：用：v 明度（明度（v 色相（色相（v 饱和度（饱和度（三个属性来描述。三个属性来描述。明度明度明亮或暗淡色度色度浓或淡色相色相红或黄1.明度明度 表示物体明亮程度的一种属性。表示物体明亮程度的一种属性。彩色光的亮度越高，人眼就越
23、感觉彩色光的亮度越高，人眼就越感觉 明明亮。在物理上表现为物体表面的光反射率亮。在物理上表现为物体表面的光反射率越高，明度就越高。越高，明度就越高。q色相(Hue)红:偏蓝 (bluer）或 偏黄 (yellower）黄:偏红 (redder)或 偏绿 (greener)绿:偏黄 (yellower)或 偏蓝 (bluer)蓝:偏绿(greener)或 偏红 (redder)2.2.色相色相色色 彩彩 的的 描描 述述 色相是彩色彼此相互区分的特性。色相是彩色彼此相互区分的特性。在物理学中表现为可见光的光谱波长不同。在在物理学中表现为可见光的光谱波长不同。在视觉上表现为视觉上表现为红红、橙橙、
24、黄黄、绿绿、蓝蓝、紫紫等各种色调。等各种色调。在人的视觉中，物体表面色的色相决定于三方面：在人的视觉中，物体表面色的色相决定于三方面：v照明体光源的光谱组成；照明体光源的光谱组成；v物体对光的吸收和反射特性；物体对光的吸收和反射特性；v不同观察者的差异。不同观察者的差异。波波 长长/nm绿色样反射率曲线绿色样反射率曲线 反射率/%3.3.饱和度饱和度 饱和度是指彩色的纯度（纯洁度）。饱和度是指彩色的纯度（纯洁度）。q 可见光中的单色光是最饱和的彩色，饱和度为可见光中的单色光是最饱和的彩色，饱和度为1 1。q 单色光中掺入白光成分越多，饱和度就越低。单色光中掺入白光成分越多，饱和度就越低。q 物
25、体色的饱和度决定于该物体表面反射光谱的选物体色的饱和度决定于该物体表面反射光谱的选择程度。对光谱某一较窄波段的反射率越高，而对择程度。对光谱某一较窄波段的反射率越高，而对其他波长无反射或反射率很低，表明有很高的光谱其他波长无反射或反射率很低，表明有很高的光谱选择性，这一颜色的饱和度就越高。选择性，这一颜色的饱和度就越高。波波 长长/nm绿色样反射率曲线绿色样反射率曲线 反射率/%明度明度色相色相饱和度饱和度三者之间三者之间 不是简单的线性关系。不是简单的线性关系。例如例如明度明度决定颜色的决定颜色的浓淡浓淡；而；而饱和度饱和度和颜色和颜色的的鲜艳度鲜艳度有关。但是鲜艳度不能代表饱和度，因有关。
26、但是鲜艳度不能代表饱和度，因为饱和度是为饱和度是色度学色度学概念，是概念，是客观客观的；而鲜艳度则的；而鲜艳度则是是主观主观的，受的，受精神和心理因素精神和心理因素影响较大。影响较大。1.3 颜色的混合颜色的混合 两束两束不同波长的光不同波长的光叠加在一起，与两叠加在一起，与两种种不同颜色的颜料不同颜色的颜料混合在一起，混合的规混合在一起，混合的规律一样吗律一样吗？n红、绿、蓝红、绿、蓝三三种色光混色种色光混色后会形成加后会形成加和反应和反应,愈混愈混愈白愈白,且使用且使用这三这三种色光的不同能量混合种色光的不同能量混合会产生会产生出出各种不同的色彩各种不同的色彩。n红、绿、蓝红、绿、蓝三三种
27、色光的能量相同时产生白色种色光的能量相同时产生白色。1854 1854年年由由格拉斯曼格拉斯曼(H.GrassmannH.Grassmann)将颜色混合现将颜色混合现象象总结成颜色混合定律总结成颜色混合定律。一、加法混色一、加法混色 加法混色即各种不同颜色光的加和。三加法混色即各种不同颜色光的加和。三个原色光为红、绿、蓝。个原色光为红、绿、蓝。加加 法法 混混 色色红红 色色 光光 与与 绿绿 色色 光光加加 法法 混混 色色红红 色色 光光 、绿绿 色色 光光 、蓝色光蓝色光加加 法法 混混 色色红红 色色 光光、绿绿 色色 光光、蓝色光蓝色光 格拉斯曼颜色混合定律：格拉斯曼颜色混合定律：1
28、.人的视觉只能分辨颜色的三种变化，即人的视觉只能分辨颜色的三种变化，即明明 度、色相、饱和度度、色相、饱和度。2.在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。并据此续地变化，混合色的外貌也连续地变化。并据此导出两个定律。导出两个定律。q 补色定律：每种颜色都有一种相应的补色定律：每种颜色都有一种相应的外貌外貌。如果。如果某一颜色与其补色以某一颜色与其补色以适当比例适当比例混合，便产生白色混合，便产生白色或灰色；如果按照或灰色；如果按照其他比例其他比例混合，便产生近似混合，便产生近似比比重大的颜色重大的颜色成分的成分的非
29、饱和色非饱和色。q中间色定律：任何两个非补色相混合，便产中间色定律：任何两个非补色相混合，便产生生中间色中间色，其，其色相色相决定于两颜色的相对数量，决定于两颜色的相对数量，其其饱和度饱和度决定于两者在色相顺序上的远近。决定于两者在色相顺序上的远近。3.3.颜色外貌相同的光，不管其颜色外貌相同的光，不管其光谱组成光谱组成是否一样，在颜色是否一样，在颜色混合中具有相同的效果。并由此定律导出混合中具有相同的效果。并由此定律导出颜色的代替颜色的代替律律：相似色混合后仍然相似。：相似色混合后仍然相似。即即 若若A A=B B；C C=D D 则则A A+C C=B B+D D 或或 A A+B B=C
30、 C X X+Y Y=B B 则则 A A+X X+Y Y=C C4.4.亮度相加定律：混合色的总亮度等于组成亮度相加定律：混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和。混合色的各颜色光亮度的总和。加法混色方式：加法混色方式：q 光的直接混合。光的直接混合。q 观察距离很小的两个颜色时，由于人眼不能分辨观察距离很小的两个颜色时，由于人眼不能分辨而产生的混色。而产生的混色。q 两个颜色频繁交替作用于人眼，如转盘式混色装两个颜色频繁交替作用于人眼，如转盘式混色装置、彩电等。置、彩电等。吸收白光中的黄光，而出现蓝色，因对入射光有吸收而损失强度，故亮度下降入射光为白光，织物对蓝紫光有弱选择吸收，因
31、而反射光显黄色，而且强度因吸收而减弱v纺织印染实例纺织印染实例：二、减法混色二、减法混色 使入射光减弱的混色过程称减法混色。使入射光减弱的混色过程称减法混色。q光照射在物光照射在物体上体上,通常会吸收部通常会吸收部分分色光色光,因此因此某些色光某些色光将不会将不会反射反射或透射。或透射。q透明透明物体物体在色彩在色彩减减法法混色混色中会包含穿透性中会包含穿透性与与吸吸收性收性，但不包含散射性但不包含散射性，如滤光片。如滤光片。q非透明物体非透明物体在色彩在色彩减减法法混色混色中有吸收性中有吸收性与与散射性散射性，如纺织品如纺织品染色染色。根据加法规 律：应 该 是 白 色。实际呢？绿色。绿色。
32、因此此时因此此时混色规律是减法混色规律是减法性。性。减法混色三原色：黄、品红、青减减 法法 混混 色色品品 红红 色色减减 法法 混混 色色品品 红红 色色 与与 黃黃 色色减减 法法 混混 色色品品 红红 色、色、黃黃 色、色、青青 色色减法混色特点：减法混色特点：q 混合后样品的亮度与加法混色相反，混合后样品的亮度与加法混色相反，是是降低降低的。的。q 减法混色的结果不容易预测（不直减法混色的结果不容易预测（不直观）。观）。减法混色的应用：滤光片叠加摄影 染料混合染色qCICIE E是一是一个国际个国际性的性的组织组织,其最主要的工作是其最主要的工作是研究研究颜色的科学表达以及颜色的科学表
33、达以及彼此彼此之间之间的色差的色差 比比 色方法色方法,也从事照明体的研究工作也从事照明体的研究工作。qCIECIE的的全名全名为为 Commission Commission InternationaleInternationale de de lEclairagelEclairage.又称之又称之为国际为国际照明照明体体委委 员会员会。第二节第二节 CIEXYZ表色系统表色系统CIE2.1 引言如何科学表达描述颜色？如何科学表达描述颜色？人在大脑中产生的视知觉可以分为人在大脑中产生的视知觉可以分为明暗知明暗知 觉觉和和颜色颜色知觉知觉。一般把引起一般把引起颜色知觉颜色知觉的光称为的光称为色
34、刺激（色刺激（color stimulus)。表示由于表示由于色刺激色刺激而产生的而产生的色知觉色知觉的体系称的体系称 作作 表色系表色系统（统（color specification system）。）。v色度学是从色度学是从2020世纪世纪3030年代才开始发展起来的一门新兴学科，年代才开始发展起来的一门新兴学科，它主要以颜色的表示、测量、计算为主要研究内容。它主要以颜色的表示、测量、计算为主要研究内容。v色度学可以把颜色用一组特定的参数定量地表示出来。而依色度学可以把颜色用一组特定的参数定量地表示出来。而依据这些相关参数，又可以反过来把相应的颜色复制出来。从据这些相关参数，又可以反过来把
35、相应的颜色复制出来。从此使颜色的评价实现了定量化。这样在对颜色的准确评价、此使颜色的评价实现了定量化。这样在对颜色的准确评价、人与人之间在颜色方面的交流、颜色的远程传递等诸多方面，人与人之间在颜色方面的交流、颜色的远程传递等诸多方面，都带来了极大的方便。都带来了极大的方便。vCIEXYZCIEXYZ表色系统，正是适应这样的要求而建立的，它表色系统，正是适应这样的要求而建立的，它是色度学中颜色的表示以及颜色相关参数计算的基础。是色度学中颜色的表示以及颜色相关参数计算的基础。v色度学是研究颜色测量的一门涉及面很广的新兴科学，色度学是研究颜色测量的一门涉及面很广的新兴科学，它是包括物理学、视觉生理学
36、、视觉心理学、心理物它是包括物理学、视觉生理学、视觉心理学、心理物理学在内的一门综合性学科。理学在内的一门综合性学科。2.2 CIE1931RGB表色系统 现代色度学采用的是现代色度学采用的是CIECIE所规定的一套所规定的一套颜色测量原理颜色测量原理、数据数据和和计算方法计算方法，统称为，统称为CIECIE标准色度学系统。标准色度学系统。这一系统以两组基本视觉实验数据为基础。这一系统以两组基本视觉实验数据为基础。v CIE1931CIE1931标准色度观察者，适用标准色度观察者，适用1 1 4 4视场的颜色测视场的颜色测量。量。v CIE1964CIE1964补充标准色度学观察者，适用大于补
37、充标准色度学观察者，适用大于4 4视场的颜视场的颜色测量。色测量。一、一、颜色匹配实验颜色匹配实验 颜色的匹配即把两个颜色调节到视觉上相同或颜色的匹配即把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法。相等的方法。根据格拉斯曼颜色混合定律，相互代替的颜色根据格拉斯曼颜色混合定律，相互代替的颜色可以通过颜色匹配实验找到。可以通过颜色匹配实验找到。颜色匹配实验方法：颜色匹配实验方法：q 颜色光的匹配实验。颜色光的匹配实验。q 颜色转盘实验颜色转盘实验传统方法。传统方法。A调节明度调节明度B蓝蓝R红红G绿绿C被匹配颜色被匹配颜色颜色转盘实验颜色转盘实验传统方法传统方法颜色光的匹配实验颜色光的匹配实验红红绿绿蓝
38、蓝光谱光谱单色光镜单色光镜实验结果表明：实验结果表明：q 红红、绿绿、蓝蓝不是不是唯一唯一的三原色，只要三个颜色的三原色，只要三个颜色中任何一个都不能由其余两个颜色相加混合得到，中任何一个都不能由其余两个颜色相加混合得到，三个颜色就可以是三原色。三个颜色就可以是三原色。q 红红、绿绿、蓝蓝组成的三原色产生的颜色范组成的三原色产生的颜色范 围围 最最广广，是最优的三原色。，是最优的三原色。q 三原色组成颜色的光谱组成与匹配颜色的光谱三原色组成颜色的光谱组成与匹配颜色的光谱组成可能不一致组成可能不一致同色异谱同色异谱的颜色匹配。的颜色匹配。视视 觉觉 化化 的的 三三 原原 色色 原原 理理视视
39、觉觉 化化 的的 三三 原原 色色 原原 理理视视 觉觉 化化 的的 三三 原原 色色 原原 理理LMS转换数据转换数据大大 脑脑红红 绿绿黃黃 蓝蓝黑黑(暗暗)白白(明明)锥锥 体体 细细 胞胞眼眼 睛睛 色彩在大脑中之色彩在大脑中之处理过程处理过程q眼睛无法描述出颜色的波眼睛无法描述出颜色的波长范围。长范围。q人眼对光的感受基本上是由人眼对光的感受基本上是由红红、绿绿、蓝蓝三三种色光种色光组组合合而成的。而成的。q人眼人眼会将会将 Y-BY-B、R-G R-G 与明暗与明暗编码后编码后,再由再由视觉视觉神神经经将此将此讯号传讯号传送至大送至大脑。脑。q大约有大约有 8 8%的男性的男性与与
40、 0.5%0.5%的女性对判色有困的女性对判色有困难，无难，无法法正正确判定确判定颜色。颜色。观观 测测 者者(人人 眼眼)二、二、RGBRGB表色系统的提出表色系统的提出 根据颜色匹配实验，三原色不是唯一的，这为根据颜色匹配实验，三原色不是唯一的，这为理论研究和实际应用带来了混乱，为了统一色度数理论研究和实际应用带来了混乱，为了统一色度数据，据，CIECIE根据大量的实验材料，选定了三色系统根据大量的实验材料，选定了三色系统 的的 三原色。三原色。q 红：波长红：波长700nm700nm，位于可见光谱长波末端。，位于可见光谱长波末端。q 绿：波长绿：波长546.1nm546.1nm，水银光谱
41、。，水银光谱。q 蓝：波长蓝：波长435.8nm435.8nm，水银光谱。，水银光谱。上述三种单色光都容易精确产生。上述三种单色光都容易精确产生。V()V()波长/nm等能白光等能白光E E：一种连续光谱的标准白色，并且其辐射功率对一种连续光谱的标准白色，并且其辐射功率对于各波长均相等（于各波长均相等（E E光源，色温光源，色温5500K5500K）。）。将等能白光将等能白光E E作为标准，用上述三原色混合，作为标准，用上述三原色混合，按照下列条件调整其光通量按照下列条件调整其光通量(亮度比率亮度比率)R R、G G、B B得到与等能白光得到与等能白光E E相匹配的白光。相匹配的白光。R R
42、G G B B=1 4.5907 0.0601=1 4.5907 0.0601：根据亮度相加定律：根据亮度相加定律：混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和，则混合白光的亮度为：和，则混合白光的亮度为：1+4.5907+0.0601=5.6508(1+4.5907+0.0601=5.6508(lm)lm m：光通量单位：光通量单位 1 1lm m的频率为的频率为54054010101212z z、辐通量为、辐通量为1/6731/673的单色辐的单色辐射的光通量。射的光通量。为了计算方便，分别把（为了计算方便，分别把（R R）=1 lm=1
43、lm；（G G）=4.5907 lm=4.5907 lm；（；（B B）=0.0601=0.0601 lm m作为单位量作为单位量“1”1”来看。则：来看。则：白光的光通量白光的光通量 E E=1=1（R R）+1+1（G G）+1+1（B B）对于任一待匹配的颜色亮度对于任一待匹配的颜色亮度C C：C C=R R（R R）+G G（G G）+B B（B B）其中：其中：R、G G、B B为混色比例，表示匹配为混色比例，表示匹配C C 需要多少个（需要多少个（R R）、（）、（G G）、（）、（B B）单位。单位。完全可以完全可以决定决定C C 的颜色。的颜色。因此在色度学中，把因此在色度学中
44、，把R R、G G、B B 称三刺称三刺激值。激值。即一组三刺激值可以表示一个颜色。即一组三刺激值可以表示一个颜色。尽管这时三原色的亮度值并不等，但尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIECIE却把却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以红、每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光 公式：C=R（R）+G（G）+B（B）称为颜色方程式。其中R（R）、G（G）、B（B）称为颜色分量。R、G、B称为三原色亮度系数。三、色度坐标三、色度坐标 在颜色匹配实验中，为了表示在颜色匹配实验中，为了表示R R、G G、B B三原色三原色各自
45、在各自在R R+G G+B B总量中的相对比例，我们引入色度总量中的相对比例，我们引入色度坐标坐标r r、g g、b b。r r=R R/K K g g=G G/K K b b=B B/K K 由于由于 K K=R R+G G+B B 故故 r r+g g+b b=1=1 这样将原来的三维空间直角坐标，变成了二这样将原来的三维空间直角坐标，变成了二维平面直角坐标。知道其中两个，第三个就可以维平面直角坐标。知道其中两个，第三个就可以知道。将知道。将r r 值对值对 g g 作图，得作图，得r r g g色度图。色度图。光谱色光谱色的轨迹的轨迹原色光原色光G（0，1）纯紫纯紫轨迹轨迹等能光谱等能光
46、谱Er=g=1/3自然界所自然界所有颜色有颜色原色光原色光R（1，0）原色光原色光B（0，0）r r g g色度色度图图r r 、g g 称作称作色度坐标色度坐标舌形曲线称舌形曲线称为光谱轨迹为光谱轨迹z四、四、CIE1931 RGBCIE1931 RGB表色系统表色系统物体颜色决定于什么？物体颜色决定于什么？q 首先是物体对光的吸收和反射特性，即决定首先是物体对光的吸收和反射特性，即决定于反射光在可见范围内的分布（于反射光在可见范围内的分布（客观的）。客观的）。q 还要决定于人眼的视觉特性（还要决定于人眼的视觉特性（主观的）。主观的）。研究色度学是为了科学表达颜色，且要符合研究色度学是为了科
47、学表达颜色，且要符合人眼人眼观察结果，而不同人的视觉特性又有观察结果，而不同人的视觉特性又有差异差异，我们应当如何办？我们应当如何办？标准色度观察标准色度观察者是一者是一组数据组数据,主要主要用于用于描述人眼描述人眼对于对于色彩感知色彩感知变化情况变化情况,它是根它是根据据 W.D.Wright W.D.Wright 在在 19281928年与年与 J.Guild J.Guild 在在19311931年年人眼对颜色的人眼对颜色的实验发实验发展展出出来的来的理理论论。此此实验实验是将各是将各种波段种波段的目标测的目标测色光源投射在白幕色光源投射在白幕上上,找找约约100100个个判色能力正常的人
48、做判色能力正常的人做实验实验,再依照每个再依照每个人的判色能力让判色者自己人的判色能力让判色者自己 调调 整整 R R、G G、B B三种色光三种色光,得到观测者认为目标测得到观测者认为目标测色光与自己所调出的光最吻合色光与自己所调出的光最吻合的色光的色光,最后最后收集收集这些这些人所判定出人所判定出的各的各种不同光源的种不同光源的能量值而能量值而定义定义出人眼出人眼的的 三三 刺刺 激激 值值r r()、g g()、b b()。标准色度观察者标准色度观察者调整调整 R、G、B光源，直光源，直到与左图的蓝光色对色到与左图的蓝光色对色为止为止测试实验测试实验q莱特的实验条件：莱特的实验条件：三原
49、色波长三原色波长650nm650nm、530nm530nm、460nm460nm；1010名观名观察者；察者；2 2视场视场q吉尔德实验条件：吉尔德实验条件：滤光片产生三原色波长滤光片产生三原色波长630nm630nm、542nm542nm、460nm460nm；7 7名观察名观察者；者；2 2视场。视场。qCIECIE将两人实验中的三原色转换成波长将两人实验中的三原色转换成波长700nm700nm、546.1nm546.1nm、435.8nm435.8nm作为标准，选若干视力正常人对等能光谱逐一作为标准，选若干视力正常人对等能光谱逐一进行颜色匹配，得出了现在正式公布的进行颜色匹配，得出了现在
50、正式公布的“CIE1931CIE1931RGBRGB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”(教材中表教材中表2-12-1）q“CIE1931CIE1931RGBRGB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”代表代表了人眼睛的了人眼睛的平均视觉特性平均视觉特性，作为，作为标准标准，可以用于，可以用于色色 度度 计算计算。波长400nm的紫色三刺激值为r=0.00030 g=-0.00014 b=0.01214波长500nm的蓝色三刺激值为 r=-0.07173 g=0.08536 b=0.04776光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系
