《印刷色彩学》课件(4)-共74页PPT

1、第四章 CIE色度学系统4.1 颜色匹配4.2 CIE1931RGB真实三原色表色 系统4.3 CIE1931XYZ标准色度学系统4.4 CIE色度计算方法4.5 颜色色差与均匀色度空间2019.10第四章 CIE色度学系统第一节 颜色匹配2019.10第一节 颜色匹配描述颜色的方法显色系统表示法孟塞尔系统混色系统表示法CIE色度学系统一、颜色匹配实验颜色匹配将两种颜色调整到视觉感受相同的方法；将不同的颜色以不同的比例进行混合，从而得到一种与原色样具有相同颜色效果的新颜色的过程。2019.10第一节 颜色匹配转盘实验2019.10第一节 颜色匹配颜色转盘示意图 a颜色方程：(A)R(R)+G(

2、G)+B(B)A2019.10第一节 颜色匹配颜色转盘示意图 b颜色方程：(C)+B(B)R(R)+G(G)(C)R(R)+G(G)-B(B)CB2019.10色光匹配示意图第一节 颜色匹配2019.10第一节 颜色匹配在颜色匹配实验中，用于相加混合以产生任意颜色的三种颜色叫做三原色。通常加色混合中使用红光、绿光、蓝光作三原色。由色光三原色混合成的颜色，只表达了被匹配颜色的外貌，而不能表达它的光谱组成情况。颜色匹配是利用色光加色法实现的，其理论依据是格拉斯曼颜色混合定律。2019.10第一节 颜色匹配二、光谱三刺激值三刺激值：在颜色匹配实验中，当与待测色达到色匹配时，所需要的三原色的数量，称为

3、三刺激值，记作R、G、B。如果三刺激值相同，则颜色外貌一定相同；反之，若颜色外貌相同，三刺激值也必相同。2019.10第一节 颜色匹配光谱三刺激值：匹配等能光谱各波长单色光所需三原色的数量。用 、 、 表示，可为负值；任何一种颜色，包括可见光中的各单色光都能用R、G、B三原色光相加混合获得，前提是三原色光中的任一种不能由其余两种混合获得。光谱三刺激值的数量只决定于人眼的颜色视觉特性，代表了三种感光视神经对光谱的响应，是色度计算的基础。2019.10第一节 颜色匹配颜色方程：利用数学方程的形式来表示颜色匹配的情况。三刺激值 (C)R(R)+G(G)+B(B)光谱三刺激值 (C) (R)+ (G)

4、+ (B)2019.10第一节 颜色匹配三、色度坐标和色度图三刺激值的确定：选特定波长的红、绿、蓝光进行混合，直到三原色光匹配出标准白光，将这时的三原色光数量均定为一个单位(R)、(G)、(B)，即匹配白光时R=G=B=1。色度坐标：是指R、G、B三原色各自在R+G+B 总量中的相对比例，记为 r、g、b。2019.10第一节 颜色匹配在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在 R+G+B 总量中的相对比例，引入色度坐标r、g、b。色度坐标完全相同，但颜色外貌不一定相同，一个色度坐标表述的是一组颜色。r+g+b=12019.10第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统等能白：由三原

5、色等量相加产生的标准白光。等能白色品坐标为：r=g=b=0.33。颜色方程：(W)=0.33(R)+0.33(G)+0.33(B)色度图：表示色品坐标的平面图。一般采用直角坐标系，以r 作为横坐标，g 作为纵坐标。 如： 麦克斯韦颜色三角等。2019.10第一节 颜色匹配2019.10第五章 CIE色度学系统第二节 CIE 1931 RGB真实三原色表色系统 2019.10第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统一、色度学系统概述相对于颜色的定性描述，定量描述则更加科学和准确，但会受到照明及观察条件、人的视觉生理、视觉心理等因素的影响。为了统一度量，国际照明委员会（CIE）规定了一套标准

6、色度系统，为近代色度学理论奠定了一定的基础。CIE表色系统是一种混色系统，是基于每一种颜色都能用原色按适当的比例混合而成的颜色匹配实验而建立的，以人眼的颜色视觉特性为基础，用三刺激值来定量描述颜色的方法。2019.10第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统二、1931 CIE-RGB系统1931 CIE-RGB系统条件：三原色：700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B)单位的确定：匹配等能白光，(R):(G):(B)=1:1:1观察条件： 2视场下标准色度观察者：选取一定数量，一定年龄段的颜色视觉正常的人进行颜色匹配实验。2019.10第二节 CIE1931RGB真实

7、三原色表色系统定义：根据一定量观察者在规定条件下，用CIE选定的三原色来匹配等能光谱色所得的R、G、B光谱三刺激值，用 、 、 表示，将这一组数据叫做“1931 CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”；以此代表人眼的平均颜色视觉特性，是颜色量化。2019.10第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统光谱三刺激值曲线：以波长为横坐标，光谱三刺激值为纵坐标，将匹配等能光谱色光的 、 、 光谱三刺激值绘制成三条曲线，即为“1931 CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值曲线”。2019.101931 CIE-RGB系统光谱三刺激值曲线第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统

8、2019.101931 CIE-RGB色度图利用光谱三刺激值经计算得到光谱色的色度坐标，便可绘制出1931CIE-RGB系统色度图。1931CIE-RGB系统色度图呈偏马蹄形曲线色品图的光谱轨迹中有一大部分的r坐标为负值。第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统2019.10gr0-1.4-0.70.71.41.01.01.80.65035405104705701931 CIE-RGB 系统色度图R=770nmG=546.1nmB=435.8nm第二节 CIE1931RGB真实三原色表色系统2019.10第五章 CIE色度学系统第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10

9、一、 1931 CIE-XYZ色度系统的建立转换的原因为了避免1931 CIE-RGB系统中的光谱三刺激值 和色度坐标 r、g、b出现负值；设想三个原色X、Y、Z，满足X、Y、Z落在色度图的光谱轨迹之外，色度坐标都为正值。第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值 和色度坐标 r、g、b均变为正值。第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10建立的依据选择三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色，Y代表绿

10、原色，Z代表蓝原色，这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。取RGB色度图上540nm700nm的一段近似直线与XY边重合，令YZ边与曲线上503nm的相切，令(X)、(Z)的亮度为零，则XZ边为无亮度线，Y既代表色度，又代表亮度。将XYZ三角形转换成麦克斯韦直角三角形，即得到1931 CIE-XYZ色度图。第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10真实三原色R700.0nmG= 546.1nmB= 435.8nmCIE理想三原色 r g bX: 1.275 0.278 0.003Y:-1.759 2.767 0.028Z:-0.743 0.141 1.602参照光源

11、：等能白Se2019.100.20.40.60.81.0540560600620700400480490500510520WYy00.20.40.60.81.0XZx1931 CIE-XYZ系统色品图光谱轨迹第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10CIE-RGB系统与CIE-XYZ系统的转换关系三刺激值X、Y、Z在1931 CIE-RGB系统中的色度坐标如下表所示。其中Y既代表色品，又表示亮度，称为亮度因数。rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.1

12、0经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有以下关系： 第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10二、 1931 CIE-XYZ色度学系统“1931 CIE 标准色度观察者光谱三刺激值”CIE-XYZ 光谱三刺激值是由CIE-RGB光谱三刺激值经过光谱色度坐标之间的转换得到的，记为 ： 1931 CIE-XYZ 系统中，用于匹配光谱三刺激值的(X)、(Y)、(Z)的数量，称为 “ CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值” ，简称“ CIE标准色度观察者”，在物体色色度值的计算中代表

13、人眼的颜色视觉特征参数。第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.101931CIE-XYZ系统标准色度观察者光谱三刺激值曲线第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10 1931CIE-XYZ色度图根据色度坐标的定义由CIE-XYZ 光谱三刺激值可得出CIE-XYZ系统的色品坐标，从而绘制CIE-XYZ标准色度图。而且第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10CIE 1931标准色度图2019.101931CIE-XYZ色度图的内涵1931 CIE-XYZ 色度图“马蹄形”的光谱轨迹内包括一切自然界中的真实颜色，都是物理上能实现的颜色，此区域以

14、外的颜色都是不能由真实光线产生的颜色。颜色三角形中心的E处是等能白光，三原色各占三分之一，色度坐标为x=y=0.33。任何颜色在色度图中都占有一确定的位置，由中心E点向外过某颜色点引直线，与光谱轨迹相交处的波长即为该颜色的主波长(色相)，该颜色点越靠近光谱轨迹则饱和度越大，反之越小。第三节 CIE 1931 XYZ标准色度学系统2019.10第五章 CIE色度学系统第四节 CIE色度计算方法2019.10一、物体色三刺激值及色度坐标的计算匹配物体反射色光所需要红、绿、蓝三原色的数量为物体色三刺激值，即X、Y、Z也是物体色的色度值。物体色彩感觉形成的三大要素是光源、颜色物体、人的视觉器官；所以物

15、体色三刺激值的计算涉及到光源能量分布S()、物体表面反射性能()和人眼的颜色视觉 三方面的特征参数。第四节 CIE 色度计算方法2019.10颜色的三刺激值X、Y、Z的计算公式：第四节 CIE 色度计算方法2019.10式中S()照射光源的相对光谱功率分布曲线式中()颜色样品的光谱反射率曲线式中 1931CIE-XYZ标准色度观察者光谱三刺激值式中K为调整因数，Y刺激值既表示绿原色的相对数量，又代表物体色的亮度因数。第四节 CIE 色度计算方法2019.10色度坐标X 、Y、 Z的计算 利用颜色三刺激值X、Y、Z可计算出色度坐标：X = X / (X+Y+Z)Y = Y / (X+Y+Z)Z

16、= Z / (X+Y+Z)X+ Y + Z = 1第四节 CIE 色度计算方法2019.10二、主波长与色纯度的计算：主波长的计算作图法：已知颜色样品的色度坐标(x, y)，确定光源的色度坐标为(x0, y0)；在CIE色度图上根据色度坐标标出颜色样品与照射光源的色度点；由光源色度点向颜色样品色度点引一条直线，并延长与光谱轨迹相交，则交点处的波长即为该颜色样品的主波长，即色相。如果交点不在光谱轨迹上，则反向延长与光谱轨迹的交点为该颜色样品补色的主波长，可以在补色波长前加一负号来表示该颜色的色相。第四节 CIE 色度计算方法2019.10色纯度的计算：色纯度是指样品的颜色与主波长光谱色的接近程度

17、。色纯度大致相当于颜色视觉中的颜色饱和度，但不完全相同。有两种表示方法：兴奋纯度：用光源色度点到样品色度点的距离与光源点到主波长(补色波长)光谱色度点的距离之比来表示。Pe = (x-x0) /(x-x0) (x-x0) (y-y0) Pe = (y-y0) /(y-y0) (x-x0) (y-y0) 亮度纯度：表示主波长的光谱色在颜色样品中所占亮度的比例。Pc = (x-x0)y/(x-x0)y (x-x0) (y-y0) Pc = (y-y0)y/(y-y0)y (x-x0) (y-y0) 第四节 CIE 色度计算方法2019.10三、颜色相加的计算：已知两种颜色的三刺激值，计算混合而得第

18、三种颜色的三刺激值：颜色相加原理：根据格拉斯曼颜色混合定律，两个颜色光分别用三原色的数量R1、G1、B1和R2、G2、B2匹配出来，则两个颜色的相加混合色可用三原色光数量的各自之和匹配出来，即R12=R1+R2 G12=G1+G2 B12=B1+B2混合色的三刺激值为各组成颜色的三刺激值之和。X12=X1+X2 Y12=Y1+Y2 Z12=Z1+Z2第四节 CIE 色度计算方法2019.10已知两种颜色的色品坐标和亮度值，可计算出混合色的色品坐标和亮度：已知：颜色C1x1，y1，Y1； 颜色C2x2，y2，Y2； 求：混合色C12 x12，y12，Y12。y= Y /(X +Y+Z) (X +

19、Y+Z)=Y/y = X/x = Z/z X/x =Y/y Xz=1-x-y, Y/y = Z/z Z X12=X1+X2 Y12=Y1+Y2 Z12=Z1+Z2第四节 CIE 色度计算方法2019.10第五章 CIE色度学系统第五节颜色色差与均匀色度空间2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间一、CIE 1960均匀色度标尺图颜色的宽容度：颜色的宽容度是指色品图上人的视觉感觉不到的颜色变化范围。每种颜色在色度图上占一个点，但对视觉而言，在这个点的一定范围内人眼是感觉不到颜色变化的，也就是说每种颜色在色品图上实际上是一个范围，在这个范围内的颜色变化视觉上是等效的。2019.102019.1

20、0第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE色品图的不均匀性：色品图的不同位置上，颜色的宽容度不同。蓝色部分的宽容度最小，绿色部分的宽容度最大；也就是说在色度图的同样空间内，人的视觉能够看出较多种的蓝色，而只能看出较少中的绿色；即人眼对蓝色区域颜色变化的敏感度要比绿色区域的敏感度高。色品图上相等的空间距离在视觉效果上不相等，因此不能正确反映颜色差别的视觉效果。2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE色品图颜色宽容度示意图2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE 1960 UCS 图2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间 CIE 1960 均匀色度标尺(UCS)图：视觉上差别

21、相等的不同颜色，在均匀色度标尺图上大致是相等的，可以直接从色度图上两个颜色之间的相对距离来判断两种颜色的差异情况。 CIE 1960 UCS图色度坐标uv与XYZ的换算公式： 2019.10CIE 1960均匀色度标尺图2019.10二、均匀颜色空间均匀颜色空间的发展均匀颜色空间是指能以相同距离表示相同知觉色差的三维颜色空间。也就是说，在均匀色空间中，相等的空间距离的不同色样点在人的视觉上差别相同。均匀色空间的发展历程CIE 1960 UCS均匀色度标尺CIE 1964 W*u*v*均匀颜色空间 CIE 1976 L*a*b*均匀颜色空间 CIE 1976 L*u*v*均匀颜色空间第五节 颜色

22、色差与均匀色度空间2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE 1964 均匀颜色空间CIE 1960 UCS图虽然解决了色品图的不均匀性，但无法体现颜色的亮度，因此 将其扩充到包括亮度因数在内的三维空间，形成CIE 1964 均匀颜色空间，以明度指数W*，色度指数U*、V*坐标系统来表示。W*、U*、V*与色品坐标u、v的换算公式W* = 25Y1/3 17U* = 13W* ( u u0 )V* = 13W* ( v v0 )u、v是颜色样品的在1960UCS均匀色度标尺图中的色度坐标u0 、v0 是光源的色度坐标2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间为了进一步对评价颜色差别的

23、方法予以统一，CIE推荐两个颜色空间，即CIE1976L*u*v*空间和CIE1976 L*a*b*空间。CIE 1976 L*u*v*均匀颜色空间CIE1976L*u*v*均匀颜色空间是由CIE1931XYZ颜色空间和CIE1964匀色空间改进产生的；通过数学的方法对Y值进行非线性变换，再与u、v相结合而扩展成的三维均匀颜色空间。2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间L*u*v*与XYZ三刺激值的换算公式：L*为明度指数，u*v*为色度指数；XYZ为色样的三刺激值;u v是色样的色度坐标；X0Y0Z0为光源的三刺激值;u0 v0为光源的色度坐标。2019.10第五节 颜色色差与均匀色度

24、空间CIE 1976 L*a*b*均匀颜色空间为了获得物体色在视觉上均匀的空间，同时又能有效地反映颜色系统所表示的色差，CIE于1976年推荐了L*a*b*均匀颜色空间。L*a*b*与XYZ三刺激值的换算公式：2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间X、Y、Z为颜色样品的三刺激值；X0、Y0、Z0为CIE标准照明体照射下的“标准白”（完全漫反射面）的三刺激值；L*为心理计量明度，简称明度指数；a*，b*为心理计量色度，简称色度指数； a*表示红绿轴的变化， a* 为正值颜色为红色，a*为负值颜色为绿色； b*表示黄蓝轴的颜色变化， b*为正值颜色为黄色；b*为负值颜色为蓝色。2019.10

25、第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE 1976 L*a*b* 均匀颜色空间2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间红绿黄蓝黄绿橙紫蓝绿黑白+a*-a*-b*+b*L*=10L*=0灰2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE标准照明体X0、Y0、Z0值视场光 光源谱三刺激值2视场10视场D65CAD65CAX095.0598.07109.8594.8197.28111.14Y0100.00100.00100.00100.00100.00100.00Z0108.90118.2235.58107.34116.1435.202019.10第五节

26、 颜色色差与均匀色度空间三、色差公式色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。色差公式的发展1976年以前，无统一标准，各行业根据产品及专业领域使用各自不同的色差公式；1976年，CIE为了统一行业标准，正式推荐使用CIE Lab和CIE Luv两个颜色空间及其相应的色差公式。CIE Luv主要用于彩色摄影和彩色电视等领域；CIE Lab主要用于纺织印染、印刷油墨等于着色有关的行业。2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间CIE 1976 L*a*b*与L*u*v*色差公式色差单位NBS，美国国家标准局的名称缩写。色差的内涵：E：表示在均匀色空间中两个颜色之间的距离。NBS：1

27、个NBS色差单位约相当于人的视觉极限分辨率的5倍。2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间NBS的色差单位与人的色彩感觉差别用下表来描述：NBS单位色差值感 觉 色 差 程 度000.50（微小色差）感觉极微（trave）0.51.51（小色差）感觉轻微（slight）1.53（较小色差）感觉明显 （noticeable）36（较大色差）感觉很明显（ppreciable）6以上（大色差）感觉强烈（much）2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间我国国家标准规定，彩色装潢印刷品的同批同色色差为：一般产品 精细产品2019.10第五节 颜色色差与均匀色度空间CMC（l:c）色差公式1984年CMC（颜色测量委员会）推荐在工业检测中使用CMC（l:c）色差公式。通过大量数据验证，此公式要优于人的视觉评价。在C