第7章 顏色

1、第 七 章 顏 色,顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征 顏色混合及格拉斯曼顏色混合定律 顏色匹配 色度學的幾個概念 顏色相加原理及三刺激值 CIE標準色度學系統(tǒng) 均勻顏色空間及色差公式,應 用 光 學,,一、顏色及其分類,顏色：不同波長可見光輻射作用于人的視覺器官后所產(chǎn)生的心理感受。 可分為彩色和非彩色兩大類。 單一波長光的顏色稱為光譜色兩個問題：光譜色的波長范圍？有哪幾種？ 根據(jù)顏色形成的

2、物理機制，可分為光源色，物體色和熒光色。,明度：人眼對物體明暗的感覺。明度的高低同樣與兩個因素有關(guān)，對于發(fā)光的光源來說，亮度越大，明度越高。而不發(fā)光的彩色物體，在照明光源一定的情況下，光譜反射比或光譜透射比越高，則明度越高，或者說引起人眼明暗感覺的程度大。明度除和亮度有關(guān)外，還受色調(diào)和背景的影響。如相同的能量，綠光引起人眼的視覺感覺強度大，同一彩色物體，亮背景的明度遠高于在暗背景的明度。,二、顏色的表現(xiàn)特征：,顏色的表現(xiàn)特征：明度，色調(diào)

3、和飽和度。,色調(diào)：彩色彼此相互區(qū)分的一種特性。在可見光譜中，紅、橙、黃、綠、青、藍、紫以及許多中間過渡波長，在人眼的視覺上都表現(xiàn)為各種色調(diào)。紅色一般指610nm以上的光譜區(qū)域，570—590nm的區(qū)域為黃色，500～570nm為綠色，500nm以下為藍色或藍綠色，紫色為400nm附近．其余是介于中間的顏色。光源的色調(diào)是由其輻射的光譜組成對人眼所產(chǎn)生的感覺所決定的。而物體的色調(diào)，除與照明光源的光譜成分有關(guān)以外，還與物體的光譜反射和透射特性

4、有關(guān)。,二、顏色的表現(xiàn)特征：,顏色的表現(xiàn)特征：明度，色調(diào)和飽和度。,飽和度：指彩色的純結(jié)性，也稱純度。飽和度是指彩色和非彩色的差別，這種差別是指與同亮度的白光相比較，以避免將亮度的差別與彩色的差別混在一起。彩色是指黑白系列以外的各種顏色。非彩色是指黑色，白色和各種深淺不同的灰色。非彩色只有明度差別，沒有色調(diào)區(qū)分，飽和度等于0.,二、顏色的表現(xiàn)特征：,顏色的表現(xiàn)特征：明度，色調(diào)和飽和度。,一、顏色混合,兩種或者幾種顏色混合，

5、形成不同于原色的新色1、色光混合：不同顏色的直接混合，又稱之為加混色。2、色料混合：從白光中多去除某些色光，形成混色，又稱之為減混色。,1、人的視覺只能分辨顏色的三種變化： 明度，色調(diào)和飽和度。2、兩種顏色混合，如果一種顏色成分連續(xù)變化。 混合色的外貌也在連續(xù)地變化。3、顏色外貌（明度值，色調(diào)，飽和度）相同的 光，在顏色混合中是等效的代替律：相似色混 合，混合色仍相似 A=B,C=D 則A+

6、C=B+D4、混合色的亮度等于各色亮度之和。,二、格拉曼斯顏色混合定律,H.Grassman于1853總結(jié)出色光混合的基本規(guī)律,一、顏色匹配和顏色匹配實驗,1、顏色轉(zhuǎn)盤法。簡單易行，但難以進行定量實驗。2、色光混合匹配實驗：一般顏色匹配,色光混合匹配實驗：高飽和度顏色匹配,二、顏色方程式,三、顏色匹配實驗的結(jié)論,1)紅、綠、蘭三種顏色以不同的量值（有的可能為負值）相混合，可以匹配任何顏色。。2)紅、綠、藍不是唯一的能匹配所有顏

7、色的三基色，三種顏色，只要其中的每一種都不能用其它兩種混合產(chǎn)生出來，就可以用它們匹配所有的顏色。,一、顏色刺激,能夠引起顏色知覺的可見輻射的輻通量,二、三原色,能夠匹配所有顏色的三種顏色，不是唯一的通常選用紅(R)，綠(G)，蘭(B)。,三、三刺激值,顏色方程中的R，G，B就是三刺激值(匹配某種顏色所需的三原色的量)。三刺激值不是用物理單位，而是用色度學單位來度量的。對于既定的三原色，每種顏色的三刺激值是唯一的，可以用三刺激值來

8、表示顏色。,等能光譜色：在380nm-780nm的波長范圍內(nèi)，各種波長的輻射能量均相等時，稱為等能光譜色。,四、光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù),不同波長的光譜色，其光譜三刺激值為波長λ的函數(shù)，也稱為顏色匹配函數(shù)，光譜色的顏色方程為,五、色品坐標及色品圖,色品點：色品圖上表示顏色的各點。,分別是三原色紅(R)，綠(G)，藍(B)的色品點。,麥克斯韋顏色三角形：以上三點連線，構(gòu)成三角形，其里面的三原色以不同比例混合能產(chǎn)生所有顏色色品點

9、的集合。光譜色品軌跡：馬蹄形曲線。,色品圖：用r,g為橫坐標表示顏色。,六、色度學常用的光度學概念,1)光譜反射因數(shù)和光譜幅亮度因數(shù)： 在指定的方向上和限定的立體角ω范圍內(nèi)，物體反射的輻通量 與相同條件下完全漫反射體所反射的輻通量 的比值，稱為物體的光譜反射因數(shù)當ω趨近于0時，稱為光譜輻亮度因數(shù)。,2)光譜反射比： 如果立體角ω趨近于2π,則 和 分別代表物體和漫反射體在所有方向上反

10、射的輻通量總和。完全漫反射體的反射比為1，則有 = 則光譜反射比為,2)光譜透射比：物體透過的光譜輻通量 與入射光譜輻通量 之比為光譜透射比，是波長的函數(shù)，一般用,二、光源色和物體色的三刺激值,顏色刺激：表示作用于人眼引起顏色感覺的物理輻射通量；顏色刺激函數(shù)：表示顏色刺激與波長的關(guān)系函數(shù)。用φ(λ)表示,光譜色的三刺激值,一、顏色相加原理,國家照明委員會(CIE)規(guī)定的顏色測量原理，基本數(shù)據(jù)和計算方法

11、，核心內(nèi)容是用三刺激值及其派生參數(shù)來表示顏色。,一、CIE1931標準色度學系統(tǒng) 包括1931CIE-RGB和1931CIE-XYZ兩個系統(tǒng)（一）1931CIE-RGB系統(tǒng),光譜三刺激值,光譜色的三刺激值,波長,系統(tǒng)色品圖圖中舌形曲線上各點代表所有單色光的色品坐標點，這些色品坐標點連成的舌形曲線稱為光譜軌跡．從圖中可知，在光譜軌跡上的色品坐標值，在很大范圍內(nèi)出現(xiàn)負值，究其原因是在三色混合實驗中，無論如何調(diào)節(jié)光量調(diào)節(jié)器C，都不能使

12、視場顏色相匹配，而必須將三原色中某種基色源移向待配色源一邊，才可能實現(xiàn)顏色匹配，這基色就用負值表示．由此，RGB色度系統(tǒng)中的色品坐標就會出現(xiàn)負值現(xiàn)象。,無亮度線,（二）1931CIE-XYZ系統(tǒng),RGB色度系統(tǒng)是XYZ色度系統(tǒng)的過渡，幾乎無人使用RGB色度系統(tǒng)，因為使用RGB色度系統(tǒng)很不方便。原因是在三色混合實驗中，三刺激值中的某種要取負值。所以在1931年國際照明委員會又推薦了一種新的國際通用色度系統(tǒng)CIEl931- XYZ色度系統(tǒng)。

13、 XYZ色度系統(tǒng)是建立在RGB色度系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的．由三個虛設(shè)的三刺激值X、Y、Z來代替R,G,B，而組成一個新的色度系統(tǒng)。由于兩個色度系統(tǒng)都是國際照明委員會所規(guī)定和采納的，所以都稱為CIE色度系統(tǒng)，而將XYZ稱為標準色度系統(tǒng)，簡稱XYZ色度系統(tǒng)。,XYZ色度系統(tǒng)三原色的選擇條件是：(1)用三原色匹配等能量的白光時，三刺激值X、Y、Z均為正，而且必須使色三角形包含全部光譜軌跡。要求色三角形內(nèi)光譜軌跡外面部分的面積為最小。(2

14、)X、Z只代表色度，Y表示顏色的亮度。(3)X=Y=Z仍代表等能量白光．,光譜三刺激值,系統(tǒng)色品圖 光譜軌跡和連接光譜兩端點的直線所構(gòu)成的馬蹄形內(nèi)包括了一切物理上能實現(xiàn)的顏色。而在馬蹄形以外，所有顏色都是物理上不能實現(xiàn)的。,系統(tǒng)色品圖等能白光(E)為顏色的參考點,被考慮的色品點M,越接近光譜色品曲線，飽和度越高，越接近E,飽和度越低。光譜色的飽和度最高。兩種顏色P,Q混合而成白色時，這兩種顏色叫做互補色,在色品圖

15、上,互補色的兩色品連線一定經(jīng)過參考白光的色品點E。,XYZ表色系統(tǒng)的特點 1、XYZ系統(tǒng)由RGB系統(tǒng)換算得到，三原色不存在. 2、XYZ系統(tǒng)的三刺激值和色度坐標值無負值. 3、刺激值Y代表綠原色數(shù)量,還代表顏色的亮度. 4、光譜三刺激值y分量等于光譜光視效率.,1931CIE-XYZ系統(tǒng)的色品坐標為,,,顏色寬容量：顏色變化時色品圖上對應的距離變化量,麥克亞當?shù)膶嶒灲Y(jié)果,二、均勻顏色空間及相應的色差公式,1、C

16、IE1964均勻顏色空間及色差計算,作為CIEl960UCS色品圖向三維空間引伸，CIE又引進了CIEl964均勻顏色空間的W﹡U﹡V﹡三參數(shù)，W﹡為均勻顏色空間明度指數(shù)，U﹡和V﹡為色度指數(shù)。,明度指數(shù)W﹡和色度指數(shù)U﹡、V﹡定義分別表達為：,色差：用均勻顏色空間中的兩顏色點之間的距離表示這兩種顏色的色差,△E =[（W2﹡- W1﹡）2+ （U2﹡- U1﹡）2+ （V2﹡- V1﹡）2]1/2,或,可寫為 △E =[（△W﹡）+