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1、2第第2章章色度学原理与色度学原理与CIE标准色度学系统标准色度学系统2PrologueThisisthestoryofMisterChromewhostartedouttopainthishome.Thepaintranoutwhenhalfawaythroughsotothestorehequicklyflewtobuysomemoreofmatchinghue,adelicateshadeofegg-shellblue.Butwhenhetriedthislatestbatch,hefounditsimplydidntmatch.Nowonderhewasinafix,forofthec
2、olorswecanmix,themajorshadesandthosebetween,tenmilliondifferentcanbeseen.2Youfoolishman,saidMissisChrome,youshouldhavetakenfromthehomeasimpleofthecolordone;youcantremembereveryone.Takingcarethatshehadgotasamplefromtheearlypot,shewentandboughtherhusbandmoreofbettercolorfromthestore.Beforeshepaid,shec
3、heckedtheshade,andfoundaperfectmatchitmade.Intriumphnowshetookithome,andgaveitstraighttoMisterChrome.Heputitonwithoutdelay,andfoundthecolornowokey.2But,afterdark,intungstenlight,theyfoundthecolorstillnotright.Sotothestoretheybothwentnow,withsamplesclear,andaskedthemhowapaintthatmatchedindaylightbrig
4、htcouldfailtomatchintungstenlight.Themansreplytotheircomplaintwasthatthepigmentsinthepainthadbeenexchanged,sincetheyhadbought,forothersofadifferentsort.Tosolvetheproblemontheirwall,hegavethempainttodoitallfromjustonebatchofconstantshade,andthenatlastsuccesswasmade.2Tocompensatethemfortheirtrouble,th
5、estoresenttothemcurtainsdouble.Theyhungthemupwithgreatdelight;theymatchedintungstenanddaylight.Aneighborthendidmakeacallandfixedhiseyeuponthewall;thepaint,hesaidwasallonecolor,butclearlysawthecurtainsduller!Thoughcolorsstrangeattimesappear,themoralofthistaleisclear:tounderstandjustwhatwesee,object,l
6、ight,andeye,allthree,mustcolorallourthinkingthroughofchromicproblems,oldornew!22.1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颜颜 色色 转转 盘盘 2颜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。调调出出P/Lp、Q/Lq、R/Lr，使使这这些些光光亮亮度度相相等等。Lp、Lq、Lr即即为为单
7、单位位颜颜色色P、Q、R的光亮度比值。的光亮度比值。选选择择光光亮亮度度单单位位，则则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。因因此此，Lp、Lq、Lr是是单单位位颜颜色色P、Q、R的的光亮度系数光亮度系数。22.1.2同颜色光亮度的相加同颜色光亮度的相加pP、qQ两色混合，与两色混合，与rR光亮度比较光亮度比较实验证明实验证明：当当p、q、r满满足足下下列列数数值值关关系系时时，被被比比较较的两光亮度相等。的两光亮度相等。pLp+qLq=rLr（2-1）物理意义物理意义：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
8、。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度匹配：色度匹配：色光相同的颜色和亮度色光相同的颜色和亮度色度色度：色光的颜色和亮度的统称：色光的颜色和亮度的统称色坐标色坐标：（r，g。b）22.2.2颜色方程颜色方程三原色三原色R*、G*、B*、任意色、任意色C*看成是色向量，看成是色向量，相应的单位向量相应的单位向量R、G、B以及以及C。R*=RR、G*=GG、B*=BB、C*=CC当当颜颜色色C*与与RR、GG、BB混混合合视视觉觉上上匹配时，则可写出颜色方程：匹配时，则可写出颜色方程：CC=RR+GG+BB(2-2)此时称此时称R、G、B为颜色为颜色
9、C*的的三刺激值三刺激值。2色光匹配色光匹配：RedGreenBluenm700546.1435.822.2.2颜色方程颜色方程在在颜颜色色转转盘盘实实验验中中，如如果果被被匹匹配配的的颜颜色色(转转盘盘中中心心)很很饱饱和和，那那么么用用红红、绿绿、蓝蓝三三原原色色可可能能实实现现不不了了匹匹配配。在在这这种种情情况况下下，如如图图2-1(b)所所示示匹配。匹配。颜色匹配方程：颜色匹配方程：CC+BB=RR+GG可写成：可写成：CC=RR+GG-BB(2-3)2颜色转盘颜色转盘2thesensitivitycurvesofthethreetypesofcone2等能白：等能白：SERedGr
10、eenBlueMixturecd/m21.00004.59070.06915.65081Redunit=R=1.0000cd/m2;1Greenunit=G=4.5907cd/m2;1Blueunit=B=0.0691cd/m2.100Bproduce:10054100Gproduce:010075100Rproduce:001002Tomatch1powerunitof500nm1unitof500nmproduces20402020B2010.839G03929.220B+39G=2040301unitof500nmproduces20402010ofRproduces00101500nm
11、+10R=2040301500nm+10Rismatchedby39G+20B1500nm=-10R+39G+20B1600nm=95R+30G+0B1500nm+1600nm=85R+69G+20B22.2.2颜色方程颜色方程在在颜颜色色科科学学中中，我我们们不不直直接接用用三三刺刺激激值值R、G、B来来表表示示颜颜色色，而而用用三三原原色色各各自自占占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。色色度度坐坐标标：三三原原色色各各自自占占R+G+B总总量量的的相相对对比比值。值。对颜色对颜色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)
12、b=B/(R+G+B)颜色颜色C*的单位值：的单位值：C=rR+gG+bB则颜色则颜色C*的色量的色量C：C=R+G+B。2白色的单位向量白色的单位向量W令令W=(1/3)R+(1/3)G+(1/3)BW色度坐标：色度坐标：r=1/3、g=1/3、b=1/3相应相应R、G、B的相对光亮度值：的相对光亮度值：LR=1.0000、LG=4.5907、LB=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=rLR+gLG+bLB若若已已知知颜颜色色C*的的光光亮亮度度为为L，并并且且测测量量得得颜颜色色C*的的r、g、b值，则颜色值，则颜色C*的色量为的色量为C=L/LC=L/(r
13、LR+gLG+bLB)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2 2色光混合色光混合色光混合色光混合：设色光设色光C1C1C2C2三刺激值：三刺激值：R R1 1、GG1 1、B B1 1RR2 2、GG2 2、B B2 2色度坐标：色度坐标：r1、g1、b1r2、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，
14、则颜色C12C12为为C12C12=C1C1+C2C2=R R1 1RR+GG1 1GG+B B1 1BB+R R2 2RR+GG2 2GG+B B2 2BB=(R(R11+R+R2 2)R)R+(G(G11+G+G2 2)G)G+(B(B1 1+B+B2 2)B)B=(C1r1+C2r2)RR+(C1g1+C2g2)GG+(C1b1+C2b2)BB2所以所以C12=C1(r1+g1+b1)+C2(r2+g2+b2)=C1+C2这这就就是是说说，在在色色三三角角形形坐坐标标中中两两色色混混合合的的色色度度，相相当当于于C1*、C2*两两色色依依其其色色量量C1、C2而而形成的重心点。形成的重心
15、点。2n个不同色颜色相混合个不同色颜色相混合则其色度坐标应为：则其色度坐标应为：22.4色谱图色谱图实验中采用：光谱色实验中采用：光谱色+适当的白光适当的白光例：例：C500*=C1C1=W1W+Co*，Co*=G1G+B1B，因而有：因而有：C1C+W1W=G1G+B1B确定确定R*、G*、B*，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。2C1C+W1W=G1G+B1B式改写为式改
16、写为C500*=C1C1=G1G+B1B-W1W=G1G+B1BW1(1/3)R+(1/3)G+(1/3)B=(W1/3)R+(G1 W1/3)G+(B1 W1/3)B光谱色光谱色C500*相应的色度坐标相应的色度坐标r1、g1、b1为为由于分母中有负号，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光谱色的色度坐标轨迹光谱色的色度坐标轨迹根根据据色色相相加加原原理理，显显然然任任何何现现实实颜颜色色的的色色度度坐坐标标必必然然都都在在光光谱谱轨轨迹迹与与长长、短短波波两两端端点点
17、连连线线所所构构成成的的范范围围之之内内。由由此此所所构构成成的的图图谱称为色谱图。谱称为色谱图。色谱图色谱图22.5光谱三刺激值光谱三刺激值如如果果已已知知色色光光E的的光光谱谱功功率率分分布布，怎怎样样来来确确定定它的三刺激值及色度坐标呢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()LB22.5光谱三刺
18、激值光谱三刺激值再由式（再由式（2-10）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：2对对于于任任一一色色光光，只只要要测测得得它它的的光光谱谱功功率率分分布布，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。令令其中其中k为规化系数。于是得：为规化系数。于是得：需需要要指指出出，光光谱谱三三刺刺激激值值函函数数是是与与所所选选择择的的红红、绿绿、蓝蓝三三原原色色有有关关。一一般般来来说说，光光谱谱三三刺刺激值在某些波段会出现负值激值在某些波段会出现负值。称为称为光谱
19、三刺激值光谱三刺激值。22.6色度转换色度转换2.6.1色度坐标的转换色度坐标的转换三原色三原色R*、G*、B*X*、Y*、Z*单单位位向向量量：R、G、BX、Y、Z设颜色向量设颜色向量C*单位向量：单位向量：CC三刺激值三刺激值：R、G、BX、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=RR+GG+BB=(X+Y+Z)C=XX+YY+ZZ22.6.1色度坐标的转换色度坐标的转换已知：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*
20、中的色向量分别为：中的色向量分别为：X=rXR+gXG+bXBY=rYR+gYG+bYBZ=rZR+gZG+bZB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=kXX=kXrXR+kXgXG+kXbXBY=kYY=kYrYR+kYgYG+kYbYBZ=kZZ=kZrZR+kZgZG+kZbZB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。22.6.1色度坐标的转换色度坐标的转换将上式代入式将上式代入式(2-16)，取，取R、G、B两边的两边的系数相等，得：系数相等，得：R=kXrXX+kXgXY+kXbXZG=kYr
21、YX+kYgYY+kYbYZB=kZrZX+kZgZY+kZbZZ上式用矩阵表示：上式用矩阵表示：2确定确定k的规化条件是当的规化条件是当RGB为白为白色色rWgWbW时，时，XYZ=1/31/31/3。由此得：由此得：从此式可求得矩阵从此式可求得矩阵k22.6.2光亮度值的转换光亮度值的转换单单位位向向量量X、Y、Z的的光光亮亮度度值值LX、LY、LZ与与LR、LG、LB之间有如下关系：之间有如下关系：LX=kXrXLR+kXgXLG+kXbXLBLY=kYrYLR+kYgYLG+kYbYLBLZ=kZrZLR+kZgZLG+kZbZLB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
22、亮度值不随坐标的变化而异：L=CXYZLC=XLX+YLY+ZLZ=CRGBLC=RLR+GLG+BLB由于由于CXYZ=X+Y+Z，CRGB=R+G+B，所以，所以L LCC(X+Y+Z)=L(X+Y+Z)=LCC(R+G+B)(R+G+B)此此式式表表明明，某某一一颜颜色色在在两两个个不不同同三三原原色色中中的的单单位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。22.6.2光亮度值的转换光亮度值的转换依相同原理，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
23、：实实际际上上这这一一比比例例系系数数K可可由由规规化化条条件件或从仪器的标定中得出。或从仪器的标定中得出。22.7CIE标准色度观察者标准色度观察者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CIE标准色度学系统标准色度学系统。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。CIEl931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；CIEl964补充标准观
24、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。22.7.11931CIE-RGB系统系统(2o观察条件观察条件)1931年年CIE规定规定700nm的红、的红、546.1nm的绿和的绿和435.8nm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
25、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21931年年CIE-RGB系统标准色度观察者系统标准色度观察者21931CIE-RGB系统色度图系统色度图22.7.21931CIE-XYZ系统系统亮亮度度仅仅由由Y表表示示，X、Y、Z所所形形成成的的虚虚线线三三角角形形包包含含了了整整个个光光谱谱轨轨迹迹，使使得得光光谱谱轨轨迹迹上上和和轨轨迹迹之之内内的的色色度度坐坐标标都成了正值。都成了正值。XYZ假想三原色的由来：假想三原色的由来：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
26、=0.0028Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022在在1931CIE-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。21931CIE-XYZ色度图色度图22CIEl931-XYZ标准色度观察者标准色度观察者22.7.3CIE1964补充色度学系统补充色度学系统(10o观察条件观察条件)单单纯纯原原色色的的混混合合物物，在在整整个个视视场场低低于于10o时时出出现现不不均均匀匀现现象象，工工业业上上配配色色总总是是在在比比2o视视
27、场场更更大大的的范范围围。为为了了适适合合于于10o大大视视场场的的色色度度测测量量，1964年年CIE规规定定了了一一组组CIEl964补补充充标标准准观观察察者者光光谱谱三三刺刺激激值值和和相相应应的的色色度度图图，这这一一系系统统称称为为CIEl964补充标准色度学系统补充标准色度学系统。在在CIEl964补补充充色色度度学学系系统统色色度度图图中中，等等能能白光的色度坐标：白光的色度坐标：x10E=0.3333，y10E=0.3333，z10E=0.3333。研研究究表表明明，观观察察视视场场增增加加到到10o辨辨色色精精度度能能提提高，但视场进一步增大就不再提高了高，但视场进一步增大
28、就不再提高了。2CIEl964与与CIEl931三刺激值曲线比较三刺激值曲线比较2CIE1964色度图与色度图与CIEl931色度图比较色度图比较22.8CIE标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源2.8.12.8.1光源光源光源光源（1）发发光光效效率率：一一般般指指电电光光源源所所发发出出的的光光通通量量与与该该光光源源所所消消耗耗的的功功率率之之比比，即即每每消消耗耗一一瓦瓦功功率率所所能能产产生生的的光通量。光通量。（2）光光谱谱功功率率分分布布：一一种种光光源源所所发发射射的的光光谱谱往往往往不不是是单单一一的的波波长长，而而是是由由许许多多不不同同波波长长的的混混合合辐辐射射所所
29、组组成成。光光源源的的光光谱谱辐辐射射按按波波长长顺顺序序和和各各波波长长强强度度分分布布称称为为光光源的光谱功率分布。源的光谱功率分布。（3）绝绝对对光光谱谱功功率率分分布布曲曲线线和和相相对对光光谱谱功功率率分分布布曲曲线线：前前者者指指以以光光谱谱辐辐射射的的各各种种波波长长光光能能量量绝绝对对值值所所作作的的曲曲线线；后后者者指指将将光光源源辐辐射射光光谱谱的的各各种种波波长长的的能能量量进进行行相相互互比比较较，作作归归一一化化处处理理后后使使辐辐射射功功率率仅仅在在规规定定的的范范围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。22.8.1光源光源（4）连连续续光光谱谱、线
30、线状状光光谱谱、混混合合光光谱谱：由由红红到到蓝蓝各各种种色色光光在在内内的的连连续续彩彩色色光光带带称称连连续续光光谱谱；在在整整个个光光谱谱区区域域中中某某几几个个波波长长处处发发生生狭狭窄窄的的光光谱谱称称为为线线状状光光谱谱；在在连连续续光光谱谱中中附附上上一一些些突突出出的线光谱称为混合光谱。的线光谱称为混合光谱。（5）绝绝对对黑黑体体和和全全辐辐射射体体：指指在在任任何何波波长长下下能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）黑黑体体轨轨迹迹：随随着着绝绝对对黑黑体体加加热热温温度度的的升升高高，按按照照普普朗朗克克计计算算出出在在各各种种温温度度时时
31、的的相相对对应应光光谱谱功功率率分分布布转转换换成成CIEl931色色度度坐坐标标，绝绝对对黑黑体体不不同同温温度度的的色色光光变变化化在在CIEl931色色度度图图上上形形成成的的弧弧形轨迹，称为黑体轨迹。形轨迹，称为黑体轨迹。2（7）色温和相关色温：）色温和相关色温：光光源源的的色色温温：某某光光源源的的色色度度与与绝绝对对黑黑体体辐辐射射在在某某一一温温度度下下的的色色度度一一样样，则则这这一一温温度度称称为为某某光光源的色温。源的色温。相相同同光光源源色色温温的的相相对对光光谱谱功功率率分分布布与与某某温温度度下下黑黑体体辐辐射射的的光光谱谱功功率率分分布布可可能能完完全全一一致致，也
32、也可能不一致。可能不一致。同色同谱颜色同色同谱颜色：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同同色色异异谱谱颜颜色色：色色度度和和色色温温一一样样的的两两个个光光源源的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。相相关关色色温温：光光源源的的光光色色在在色色度度图图上上不不一一定定准准确确地地落落在在绝绝对对黑黑体体轨轨迹迹上上，所所以以只只能能用用光光源源与与黑黑体体轨轨迹迹最最近近的的颜颜色色来来确确定定该该光光源源的的色色温温，称称为为相关色温。相关色温。22.8.2CIE标准照明体标准照明体A、B、C、DCIE推推荐荐了了四四种种标标准准照照明明体体A、B、
33、C、D和和三三种种标准光源标准光源A、B、C。1、CIE标准照明体标准照明体标标准准照照明明体体：指指一一定定的的光光谱谱功功率率分分布布，这这种种标标准准的的光光谱谱功功率率分分布布并并不不是是必必须须由由一一个个光光源源直直接接提供，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。标标准准照照明明体体A：相相当当于于绝绝对对黑黑体体在在加加温温到到2856K时时所所辐辐射射出出来来的的光光，它它的的相相对对光光谱谱功功率率分分布布可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CIEl931色度色度图的黑体轨迹上。图的黑体
34、轨迹上。21、CIE标准照明体标准照明体标标准准照照明明体体B：相相当当于于相相关关色色温温4874K的的直直射射阳阳光光，光光色色相相当当于于中中午午阳阳光光，其其色色度度点点紧紧靠靠黑黑体轨迹。体轨迹。标标准准照照明明体体C：相相当当于于相相关关色色温温为为6774K的的平平均均阳阳光光，光光色色近近似似阴阴天天天天空空的的日日光光，其其色色度度点点在黑体轨迹上方。在黑体轨迹上方。标标准准照照明明体体D65：相相当当于于色色温温约约为为6504K的的日日光，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。标标准准照照明明体体D：代代表表标标准准照照明明体体D65以以外外的的其其他他
35、日光。日光。2B:Tcp=4874K;C:Tcp=6774KCIE标准照明体的光谱功率分布曲线标准照明体的光谱功率分布曲线22、CIE标准光源标准光源标标准准光光源源：指指用用来来实实现现标标准准照照明明体体光光谱谱功功率率分分布布的的光光源源，CIE规规定定用用下下述述人人工工光光源源来来实实现现标标准准照明体。照明体。标标准准光光源源A：熔熔凝凝石石英英壳壳或或玻玻璃璃壳壳带带石石英英窗窗口口的的充气钨丝灯，以产生色温为充气钨丝灯，以产生色温为2856K的辐射。的辐射。标标准准光光源源B：在在A光光源源前前加加一一组组特特定定的的戴戴维维斯斯-吉吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温伯逊液体滤光
36、器，以产生相关色温4874K的辐射。的辐射。标标准准光光源源C：A光光源源另另加加一一组组戴戴维维斯斯-吉吉伯伯逊逊液液体滤光器，以产生相关色温体滤光器，以产生相关色温6774K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。23、标准照明体、标准照明体D（重组日光）的确定和模拟（重组日光）的确定和模拟（1）典型日光色度轨迹）典型日光色度轨迹CIE规规定定的的标标准准照照明明体体D也也叫叫做做典典型型日日光光或或重重组
37、组日日光光它它是是由由在在CIEl931色色度度图图上上的的一一条条位位于于普普朗朗克克(黑黑体体)轨轨迹迹上上方方的的典典型型日日光光色色度度轨轨迹迹来来代代表表的的。这这条条轨轨迹迹是是根根据据CIEl931色色度度图图上上许许多多实实测测的的日日光光色色度度点点的的分分布布定定出出的的，它它包包括括400040000K典典型型日日光光的的色色度度点点。典典型型日日光光轨轨迹迹也也就就是是标标准准照照明明体体D的的轨轨迹迹。典典型型日光色度轨迹是根据实验材料定出的。日光色度轨迹是根据实验材料定出的。2典型日光色度的色度坐标典型日光色度的色度坐标CIE规定典型日光规定典型日光(D)的色度坐标
38、满足以下关系：的色度坐标满足以下关系：yD=-3.000 xD2+2.870 xD0.275式中式中xD的有效范围为的有效范围为0.25000.380。在在相相关关色色温温T已已知知情情况况下下，可可通通过过下下式式计计算算典典型型日光色度坐标日光色度坐标xD：(4000KT(4000KTC C7000K)7000K)(7000KTC25000K)2（2）典型日光相对光谱功率分布的计算）典型日光相对光谱功率分布的计算贾贾德德、麦麦克克亚亚当当和和威威泽泽斯斯基基对对上上述述康康狄狄特特等等人人测测量量的的622例例光光谱谱分分析析进进行行了了统统计计学学的的特特征征矢矢量量分分析析，得得出出一
39、一组组公公式式，用用以以计计算算一一定定相相关关色色温温的的典典型型日日光光的的相相对对光光谱谱功功率率分分布布。也也就就是是说说，用用数数理理统统计计手手段段重重新新组组合合出出该该相相关关色色温温的的典典型型日日光光光光谱谱功功率率分分布布。这这就就是是“重重组组日日光光”的的含含意。意。分分析析结结论论：日日光光光光谱谱分分布布由由平平均均曲曲线线So+偏偏离离平平均曲线的特征矢量均曲线的特征矢量S1和和S22日光光谱分布的平均曲线日光光谱分布的平均曲线So及及第第1、第、第2特征矢量曲线特征矢量曲线S1、S22典型日光的相对功率分布的公式：典型日光的相对功率分布的公式：S()=So()
40、+M1S1()+M2S2()式中式中S()为某一相关色温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。在在已已知知典典型型日日光光的的色色度度坐坐标标情情况况下下，M1和和M2可用下式求得：可用下式求得：2（3）标准照明体）标准照明体D的模拟的模拟目目前前，CIE还还没没有有正正式式推推荐荐人人工工光光源源来来实实现现标标准准照照明明体体D，这这主主要要是是因因为为日日光光具具有有独独特特的的锯锯齿齿形形光光谱谱功功率率分分布布，而而人人工工光光源源不不具具有有这这种种光光谱功率分布。谱功率分布。在在色色度度学学的的实实际际应应用用中中，不不一一定定要要求求对对日日光
41、光光光谱谱功功率率分分布布做做出出完完善善的的模模拟拟。人人工工光光源源与与标标准准照照明明体体光光谱谱功功率率分分布布具具有有一一定定程程度度的的偏偏离离应应该是允许的。该是允许的。为为了了评评价价模模拟拟日日光光的的光光谱谱功功率率分分布布与与标标准准照照明明体体D55、D65、D75其其中中之之一一的的符符合合程程度度，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。2CIE推荐的模拟日光的色度学评价方法推荐的模拟日光的色度学评价方法CIE推推荐荐选选用用5对对非非荧荧光光样样品品和和3对对荧荧光光样样品品在在模模拟拟日日光光照照明明下下的的色色度度与与在在标标准准
42、照照明明体体D65（或或D55、D75）下下的的色色度度差差别别来来评评价价模模拟拟日日光光的的质量。质量。可见光的同色异谱指数可见光的同色异谱指数：5对对非非荧荧光光样样品品在在标标准准照照明明体体D照照明明下下，每每对对都都是是匹匹配配的的，但但在在模模拟拟日日光光照照明明下下，一一般般可可能能是是不不匹匹配配的的。它它们们的的色色差差平平均均值值就就定定义义为为可可见见光光的的同同色色异异谱谱指指数数。这这个个指指数数表表明明模模拟拟日日光光模模拟拟标标准准照照明明体体D在在可可见见光光区区域域的的程程度度。可可见见光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。
43、2CIE推荐的模拟日光的色度学评价方法推荐的模拟日光的色度学评价方法紫外光的同色异谱指数紫外光的同色异谱指数：3对对荧荧光光样样品品在在标标准准照照明明体体D下下，每每对对也也是是匹匹配配的的。但但在在模模拟拟日日光光照照明明下下，一一般般也也就就不不匹匹配配。它它们们的的色色差差平平均均值值就就定定义义为为紫紫外外光光的的同同色色异异谱谱指指数数，它它表表明明模模拟拟标标准准照照明明体体D紫紫外外区区域域的程度。的程度。按按照照同同色色异异谱谱指指数数的的大大小小，CIE把把它它分分为为5个个等等级级。表表中中色色差差 E(CIELAB)指指色色差差采采用用1976CIELAB色色差差公公式
44、式,色色差差 E(CIELUV)指指色差公式采用色差公式采用1976CIELUV色差公式。色差公式。2CIE模拟日光的等级评价模拟日光的等级评价 E(CIELAB)E(CIELUV)等级等级0.252.02.6E2等级评价的表示等级评价的表示可可见见光光同同色色异异谱谱指指数数的的等等级级由由第第一一字字母母来来表表示，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。例例如如：一一个个模模拟拟D65光光源源在在CIELAB匀匀色色空空间间的的可可见见光光同同色色异异谱谱指指数数为为0.3,紫紫外外光光同同色色异异谱谱指指数数为为0.6，则该，则该模拟模拟D65光源具有光源具有B
45、C级级。目目前前认认为为具具有有BC（CIELAB）等等级级以以上上模模拟拟日日光光可可用用于于大大多多数数实实际际场场合合。我我国国目目测测评评定定纺纺织织品品色色牢牢度度用用标标准准光光源源条条件件中中采采用用的的模模拟拟D65光光源源的的一一级级标标准准为为BC（CIELAB）级级，二二级级标准为标准为CD（CIELAB）级。）级。2模拟模拟D65的人工光源的种类的人工光源的种类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
46、最好能达到AA级级；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：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AD级级；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CD级级。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BB级级。22.9CIE标准照明和观测条件标准照明和观测条件04545022.9CIE标准照明和观测条件标准照明和观测条件0dd02测色仪实际采用的照明和观察几何条件测色仪实际采用的照明和观察几何条件（物体反射）（物体反射）2测色仪
47、实际采用的照明和观察几何条件测色仪实际采用的照明和观察几何条件（物体透射）（物体透射）22.10CIE色度计算方法色度计算方法2.10.12.10.1三刺激值的计算三刺激值的计算三刺激值的计算三刺激值的计算CIE1931标准色度系统标准色度系统CIE1964标准色度系统标准色度系统 x=X/(X+Y+Z)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CIE1931-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360nm至至8
48、30nm。22.10.1三刺激值的计算三刺激值的计算对于物体色：对于物体色：CIE1964标准色度系统标准色度系统在在大大多多数数实实际际应应用用时时，波波长长范范围围为为380nm至至780nm，波波长长间间隔隔为为5nm，甚甚至至10nm。在在计计算算物物体体色色三三刺刺激激值值时时，应应尽尽量量采采用用CIE标标准准照照明体，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
49、奋纯度兴奋纯度):pe=NC/ND.2.10.2颜色三属性的计算颜色三属性的计算1、色相的计算、色相的计算2、饱和度的计算、饱和度的计算2C1:m1亮度单位亮度单位色坐标色坐标x1,y1C2: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/LY2.10.2颜色三属性的计算颜色三属性的计算4、色光相加、色光相加(计算法计算法)2X=Yx1/y1,Y=Yy1/y1,Z=Yz1/y1Y1=m1/LY,Y2=m2/LYC1:X1=m1x1/LYy1,Y1=m1y1/LYy1,Z1=m1z1/LYy1C2:X2=m2x2/LYy2,Y2=m2y2/LY
50、y2,Z2=m2z2/LYy2C3:X3=m1x1/LYy1+m2x2/LYy2Y3=m1y1/LYy1+m2y2/LYy2Z3=m1z1/LYy1+m2z2/LYy2x+y+z=1,X+Y+Z=m1/LYy1+m2/LYy2,因此因此:x=(m1x1/y1+m2x2/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为为色色光光l，Q为为色色光光2，M为为P+Q的的混混合合色色。为为了了求求得得这这一一点点，可可在在P点点作作一一条条与与PQ垂垂直直的的直直线线，其其长长度度与与Q色色的的量量成成正正