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1、第2章色度学原理与CIE 标准色度学系统PrologueThisisthestoryofMisterChromewhostartedouttopainthishome.Thepaintranoutwhenhalfawaythroughsotothestorehequicklyflewtobuysomemoreofmatchinghue,adelicateshadeofegg-shellblue.Butwhenhetriedthislatestbatch,hefounditsimplydidntmatch.Nowonderhewasinafix,forofthecolorswecanmix,th
2、emajorshadesandthosebetween,tenmilliondifferentcanbeseen.Youfoolishman,saidMissisChrome,youshouldhavetakenfromthehomeasimpleofthecolordone;youcantremembereveryone.Takingcarethatshehadgotasamplefromtheearlypot,shewentandboughtherhusbandmoreofbettercolorfromthestore.Beforeshepaid,shecheckedtheshade,an
3、dfoundaperfectmatchitmade.Intriumphnowshetookithome,andgaveitstraighttoMisterChrome.Heputitonwithoutdelay,andfoundthecolornowokey.But,afterdark,intungstenlight,theyfoundthecolorstillnotright.Sotothestoretheybothwentnow,withsamplesclear,andaskedthemhowapaintthatmatchedindaylightbrightcouldfailtomatch
4、intungstenlight.Themansreplytotheircomplaintwasthatthepigmentsinthepainthadbeenexchanged,sincetheyhadbought,forothersofadifferentsort.Tosolvetheproblemontheirwall,hegavethempainttodoitallfromjustonebatchofconstantshade,andthenatlastsuccesswasmade.Tocompensatethemfortheirtrouble,thestoresenttothemcur
5、tainsdouble.Theyhungthemupwithgreatdelight;theymatchedintungstenanddaylight.Aneighborthendidmakeacallandfixedhiseyeuponthewall;thepaint,hesaidwasallonecolor,butclearlysawthecurtainsduller!Thoughcolorsstrangeattimesappear,themoralofthistaleisclear:tounderstandjustwhatwesee,object,light,andeye,allthre
6、e,mustcolorallourthinkingthroughofchromicproblems,oldornew!2.1色度学实验依据2.1.1颜色匹配实验颜 色 转 盘 颜色光的匹配实验2.1.2同颜色光亮度的相加设有三个不同颜色的色光：P*、Q*、R*相应色的单位量值：P、Q、Rp、q、r 分别为颜色P*、Q*、R*的强度。调 出P/Lp、Q/Lq、R/Lr，使 这 些光 亮 度 相 等。Lp、Lq、Lr即 为 单 位 颜 色P、Q、R 的光亮度比值。选 择 光 亮 度 单 位，则Lp、Lq、Lr为P、Q、R 各单位颜色的光亮度值。因 此，Lp、Lq、Lr是 单 位 颜 色P、Q、R
7、的光亮度系数。2.1.2同颜色光亮度的相加pP、qQ 两色混合，与rR 光亮度比较实验证明：当p、q、r 满 足 下 列 数 值 关 系 时，被 比 较的两光亮度相等。pLp+qLq=rLr（2-1）物理意义：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。2.2颜色的数学表示2.2.1色三角形色度匹配：色光相同的颜色和亮度色度：色光的颜色和亮度的统称色坐标：（r，g。b）2.2.2颜色方程三原色R*、G*、B*、任意色C*看成是色向量，相应的单位向量R、G、B 以及C。R*=RR、G*=GG、B*=BB、C*=CC当 颜 色C*与RR、GG、BB 混 合 视 觉 上匹配时，则可写出颜色
8、方程：CC=RR+GG+BB(2-2)此时称R、G、B 为颜色C*的三刺激值。色光匹配：RedGreenBluenm700546.1435.82.2.2颜色方程在 颜 色 转 盘 实 验 中，如 果 被 匹 配 的 颜 色(转盘 中 心)很 饱 和，那 么 用 红、绿、蓝 三 原 色 可 能实 现 不 了 匹 配。在 这 种 情 况 下，如 图2-1(b)所 示匹配。颜色匹配方程：CC+BB=RR+GG可写成：CC=RR+GG-BB(2-3)颜色转盘thesensitivitycurvesofthethreetypesofcone等能白：SERedGreenBlueMixturecd/m21.
9、00004.59070.06915.65081Redunit=R=1.0000cd/m2;1Greenunit=G=4.5907cd/m2;1Blueunit=B=0.0691cd/m2.100Bproduce:10054100Gproduce:010075100Rproduce:00100Tomatch1powerunitof500nm 1unitof500nmproduces20402020B2010.839G03929.220B+39G=2040301unitof500nmproduces20402010ofRproduces00101500nm+10R=2040301500nm+10R
10、ismatchedby39G+20B1500nm=-10R+39G+20B1600nm=95R+30G+0B1500nm+1600nm=85R+69G+20B2.2.2颜色方程在 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R+G+B 总量的相对比值表示颜色。色 度 坐 标：三 原 色 各 自 占R+G+B 总 量 的 相 对 比值。对颜色C*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C*的单位值：C=rR+gG+bB则颜色C*的色量C：C=R+G+B。白色的单位向量W令
11、W=(1/3)R+(1/3)G+(1/3)BW 色度坐标：r=1/3、g=1/3、b=1/3相应R、G、B的相对光亮度值：LR=1.0000、LG=4.5907、LB=0.0691，从而颜色C*的单位光亮度为LC=rLR+gLG+bLB若 已 知 颜 色C*的 光 亮 度 为L，并 且 测 量 得 颜色C*的r、g、b 值，则颜色C*的色量为C=L/LC=L/(rLR+gLG+bLB)2.3色度相加原理根据格拉斯曼配色混合的代替律，如果色光A*=色光B*，色光C*=色光D*，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。2.3色度相加原理22色光混合色光混合：设色光C1C
12、1C2C2三刺激值：RR11、GG11、BB11RR22、GG22、BB22色度坐标：r1、g1、b1r2、g2、b2经过色光混合后色光为C12C12，则颜色C12C12 为C12C12=C1C1+C2C2=RR11RR+GG11GG+BB11BB+RR22RR+GG22GG+BB22BB=(R(R11+R+R22)R)R+(G(G11+G+G22)G)G+(B(B11+B+B22)B)B=(C1r1+C2r2)RR+(C1g1+C2g2)GG+(C1b1+C2b2)BB所以C12=C1(r1+g1+b1)+C2(r2+g2+b2)=C1+C2这 就 是 说，在 色 三 角 形 坐 标 中 两
13、 色 混 合 的色 度，相 当 于C1*、C2*两 色 依 其 色 量C1、C2而形成的重心点。n 个不同色颜色相混合则其色度坐标应为：2.4色谱图实验中采用：光谱色+适当的白光例：C500*=C1C1=W1W+Co*，Co*=G1G+B1B，因而有：C1C+W1W=G1G+B1B确定R*、G*、B*，与各种不同波长的单色光的颜色相匹配，从而得出各光谱单色光相对于选定三原色的色度值。光谱色是最纯的，想用三原色混合得到是不可能的。C1C+W1W=G1G+B1B 式改写为C500*=C1C1=G1G+B1B-W1W=G1G+B1B W1(1/3)R+(1/3)G+(1/3)B=(W1/3)R+(G
14、1 W1/3)G+(B1 W1/3)B光谱色C500*相应的色度坐标r1、g1、b1为由于分母中有负号，因此r1、g1、b1不但可以为负值，而且它的绝对值不限于0到1范围，有可能大于1。光谱色的色度坐标轨迹根 据 色 相 加 原理，显 然 任 何 现实 颜 色 的 色 度 坐标 必 然 都 在 光 谱轨 迹 与 长、短 波两 端 点 连 线 所 构成 的 范 围 之 内。由 此 所 构 成 的 图谱称为色谱图。色谱图2.5光谱三刺激值如 果 已 知 色 光E 的 光 谱 功 率 分 布，怎 样 来 确 定它的三刺激值及色度坐标呢？设：光谱功率分布为E()，光谱色的色度坐标r()、g()、b()
15、。首先找出单色光E()d 的色量值dC()，单色光E()d 的亮度：kV()E()d，其对应的C 值dC()：dC()=kV()E()d/r()LR+g()LG+b()LB2.5光谱三刺激值再由式（2-10）得色光E 的色度坐标为：rE=r()dC()/dC()，gE=g()dC()/dC()，bE=b()dC()/dC()或写成：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。令其中k 为规化系数。于是得：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。一 般 来 说，光 谱 三 刺
16、激值在某些波段会出现负值。称为光谱三刺激值。2.6色度转换2.6.1色度坐标的转换三原色R*、G*、B*X*、Y*、Z*单 位 向 量：R、G、BX、Y、Z设颜色向量C*单位向量：CC三刺激值：R、G、BX、Y、Z则颜色向量C*可表示为：C*=(R+G+B)C=RR+GG+BB=(X+Y+Z)C=XX+YY+ZZ2.6.1色度坐标的转换已知：X 的色度坐标：（rX，gX，bX）Y 的色度坐标：（rY，gY，bY）Z 的色度坐标：（rZ，gZ，bZ）则X、Y、Z 在R*、G*、B*中的色向量分别为：X=rXR+gXG+bXBY=rYR+gYG+bYBZ=rZR+gZG+bZB对X*、Y*、Z*体
17、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kX、kY、kZ为确定X、Y、Z 单位向量的规化系数。2.6.1色度坐标的转换将上式代入式(2-16)，取R、G、B 两边的系数相等，得：R=kXrXX+kXgXY+kXbXZG=kYrYX+kYgYY+kYbYZB=kZrZX+kZgZY+kZbZZ上式用矩阵表示：确定k 的规化条件是当RGB 为白色rWgWbW 时，XYZ=1/31/31/3。由此得：从此式可求得矩阵k2.6.2光亮度值的转换单 位 向 量X、Y、Z 的
18、光 亮 度 值LX、LY、LZ与LR、LG、LB之间有如下关系：LX=kXrXLR+kXgXLG+kXbXLBLY=kYrYLR+kYgYLG+kYbYLBLZ=kZrZLR+kZgZLG+kZbZLB而色向量C*的光亮度值不随坐标的变化而异：L=CXYZLC=XLX+YLY+ZLZ=CRGBLC=RLR+GLG+BLB由于CXYZ=X+Y+Z，CRGB=R+G+B，所以LLCC(X+Y+Z)=L(X+Y+Z)=LCC(R+G+B)(R+G+B)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。2.6.2光亮度值的转换依相同原
19、理，可得X，Y，Z 系统中光谱三刺激值与R，G，B 系统中光谱三刺激值的转换关系为：实 际 上 这 一 比 例 系 数K 可 由 规 化 条 件或从仪器的标定中得出。2.7CIE 标准色度观察者现代色度学采用国际照明委员会(简称CIE)所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，称为CIE 标准色度学系统。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。CIEl931 标准色度观察者光谱三刺激值，适于1o4o视场的颜色测量；CIEl964 补充标准观察者光谱三刺激值，适于大于4o视场的颜色测量。并且CIE 规定必须在明视觉条件下使用这两组标准观察者的数据。2.7.11931CIE-RGB 系
20、统(2o观察条件)1931年CIE 规定700nm 的红、546.1nm 的绿和435.8nm 的蓝为色光三原色，三原色能相加匹配出等能白色(E光源)，然后在2o观察条件下，采用目视配色仪上匹配出等能光谱色的R、G、B 分量，称为1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺激值，用1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者1931CIE-RGB 系统色度图2.7.21931CIE-XYZ 系统亮 度 仅 由Y 表 示，X、Y、Z 所 形 成 的虚 线 三 角 形 包 含 了整 个 光 谱 轨 迹，使得 光 谱 轨 迹 上 和 轨迹 之 内 的 色 度 坐 标都成了正值。XYZ 假想三
21、原色的由来：X、Y、Z 三点在rg 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1931CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即E 光源的色度坐标为：xE=0.3333，yE=0.3333。1931CIE-XYZ 色度图CIEl931-XYZ标准色度观察者2.7.3CIE1964 补充色度学系统(10o观察条件)单 纯 原 色 的 混 合 物，在 整 个 视 场 低 于10o时 出现 不 均 匀 现 象，工 业 上 配 色 总 是 在 比2o视 场
22、 更 大的 范 围。为 了 适 合 于10o大 视 场 的 色 度 测 量，1964年CIE 规 定 了 一 组CIEl964 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CIEl964 补充标准色度学系统。在CIEl964 补 充 色 度 学 系 统 色 度 图 中，等 能白光的色度坐标：x10E=0.3333，y10E=0.3333，z10E=0.3333。研 究 表 明，观 察 视 场 增 加 到10o辨 色 精 度 能 提高，但视场进一步增大就不再提高了。CIEl964 与CIEl931 三刺激值曲线比较CIE1964 色度图与C
23、IEl931 色度图比较2.8CIE 标准照明体和标准光源2.8.12.8.1光源光源（1）发 光 效 率：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 的光通量。（2）光 谱 功 率 分 布：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。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。（3）绝 对 光 谱 功 率 分 布 曲 线 和 相 对
24、 光 谱 功 率 分 布 曲 线：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。2.8.1光源（4）连 续 光 谱、线 状 光 谱、混 合 光 谱：由 红 到蓝 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 光谱 称 为 线 状 光 谱；在 连 续 光 谱
25、 中 附 上 一 些 突 出的线光谱称为混合光谱。（5）绝 对 黑 体 和 全 辐 射 体：指 在 任 何 波 长 下 能够全部吸收任何波长的辐射的物体。（6）黑 体 轨 迹：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 谱功 率 分 布 转 换 成CIEl931 色 度 坐 标，绝 对 黑 体 不同 温 度 的 色 光 变 化 在CIEl931 色 度 图 上 形 成 的 弧形轨迹，称为黑体轨迹。（7）色温和相关色温：光 源 的 色 温：某 光 源 的 色 度 与 绝 对 黑 体 辐 射 在某 一 温 度 下
26、的 色 度 一 样，则 这 一 温 度 称 为 某 光源的色温。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，也可能不一致。同色同谱颜色：光谱功率分布完全一致的两色同 色 异 谱 颜 色：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。相 关 色 温：光 源 的 光 色 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 黑体 轨 迹 最 近 的 颜 色 来 确 定 该 光 源 的 色 温，称 为相关色温。2
27、.8.2CIE 标准照明体A、B、C、DCIE 推 荐 了 四 种 标 准 照 明 体A、B、C、D 和 三 种标准光源A、B、C。1、CIE 标准照明体标 准 照 明 体：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 接提供，也不一定能用一个光源来实现。标 准 照 明 体A：相 当 于 绝 对 黑 体 在 加 温 到2856K 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：标准照明体A 色度点正好落在CIEl931 色度图的黑体轨迹上。1、CIE 标准照明体 标
28、 准 照 明 体B：相 当 于 相 关 色 温4874K 的 直 射阳 光，光 色 相 当 于 中 午 阳 光，其 色 度 点 紧 靠 黑体轨迹。标 准 照 明 体C：相 当 于 相 关 色 温 为6774K 的 平均 阳 光，光 色 近 似 阴 天 天 空 的 日 光，其 色 度 点在黑体轨迹上方。标 准 照 明 体D65：相 当 于 色 温 约 为6504K 的 日光，其色度点在黑体轨迹的上方。标 准 照 明 体D：代 表 标 准 照 明 体D65以 外 的 其 他日光。B:Tcp=4874K;C:Tcp=6774KCIE 标准照明体的光谱功率分布曲线2、CIE 标准光源标 准 光 源：指
29、 用 来 实 现 标 准 照 明 体 光 谱 功 率 分布 的 光 源，CIE 规 定 用 下 述 人 工 光 源 来 实 现 标 准照明体。标 准 光 源A：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2856K 的辐射。标 准 光 源B：在A 光 源 前 加 一 组 特 定 的 戴 维 斯-吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温4874K 的辐射。标 准 光 源C：A 光 源 另 加 一 组 戴 维 斯-吉 伯 逊 液体滤光器，以产生相关色温6774K 的辐射。戴维斯-吉伯逊滤色液系用硫酸钠、甘露醇吡啶、蒸馏水，或硫酸钻铵、硫酸钠、硫酸、蒸馏水等不同的分量配
30、合而成。3、标准照明体D（重组日光）的确定和模拟（1）典型日光色度轨迹CIE 规 定 的 标 准 照 明 体D 也 叫 做 典 型 日 光 或重 组 日 光 它 是 由 在CIEl931 色 度 图 上 的 一 条位 于 普 朗 克(黑 体)轨 迹 上 方 的 典 型 日 光 色 度轨 迹 来 代 表 的。这 条 轨 迹 是 根 据CIEl931 色 度图 上 许 多 实 测 的 日 光 色 度 点 的 分 布 定 出 的，它 包 括400040000K 典 型 日 光 的 色 度 点。典型 日 光 轨 迹 也 就 是 标 准 照 明 体D 的 轨 迹。典 型日光色度轨迹是根据实验材料定出的。
31、典型日光色度的色度坐标CIE 规定典型日光(D)的色度坐标满足以下关系：yD=-3.000 xD2+2.870 xD0.275式中xD的有效范围为0.25000.380。在 相 关 色 温T 已 知 情 况 下，可 通 过 下 式 计 算 典 型日光色度坐标xD：(4000KT(4000KTCC7000K)7000K)(7000KTC25000K)（2）典型日光相对光谱功率分布的计算贾 德、麦 克 亚 当 和 威 泽 斯 基 对 上 述 康 狄 特 等人 测 量 的622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
32、 色温 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 型日 光 光 谱 功 率 分 布。这 就 是“重 组 日 光”的 含意。分 析 结 论：日 光 光 谱 分 布 由 平 均 曲 线So+偏 离 平均曲线的特征矢量S1和S2日光光谱分布的平均曲线So及第1、第2特征矢量曲线S1、S2典型日光的相对功率分布的公式：S()=So()+M1S1()+M2S2()式中S()为某一相关色温典型日光波长的相对光谱功率。在 已 知 典 型 日 光 的 色 度 坐 标 情 况 下，M1和M2可用下式求得：（
33、3）标准照明体D 的模拟目 前，CIE 还 没 有 正 式 推 荐 人 工 光 源 来 实 现标 准 照 明 体D，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 光谱功率分布。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。为 了 评 价 模 拟 日 光 的 光 谱 功 率 分 布 与 标 准 照明 体D55、D65、D75其 中
34、之 一 的 符 合 程 度，CIE推荐了用于色度学目的的评价方法。CIE 推荐的模拟日光的色度学评价方法CIE 推 荐 选 用5 对 非 荧 光 样 品 和3对 荧 光 样 品在 模 拟 日 光 照 明 下 的 色 度 与 在 标 准 照 明 体D65（或D55、D75）下 的 色 度 差 别 来 评 价 模 拟 日 光 的质量。可见光的同色异谱指数：5 对 非 荧 光 样 品 在 标 准 照 明 体D 照 明 下，每对 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 可见 光 的 同 色 异 谱 指 数
35、。这 个 指 数 表 明 模 拟 日 光模 拟 标 准 照 明 体D 在 可 见 光 区 域 的 程 度。可 见 光同色异谱指数越小，日光模拟得越好。CIE 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：3 对 荧 光 样 品 在 标 准 照 明 体D 下，每 对 也 是匹 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 同 色异 谱 指 数，它 表 明 模 拟 标 准 照 明 体D 紫 外 区 域的程度。按 照 同 色 异 谱 指 数 的 大 小，CIE 把 它 分 为5个 等 级。表 中 色 差 E
36、(CIELAB)指 色 差 采 用1976CIELAB 色 差 公 式,色 差 E(CIELUV)指色差公式采用1976CIELUV 色差公式。CIE 模拟日光的等级评价E(CIELAB)E(CIELUV)等级0.25 2.0 2.6 E等级评价的表示可 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。例 如：一 个 模 拟D65光 源 在CIELAB 匀 色 空 间 的可 见 光 同 色 异 谱 指 数 为0.3,紫 外 光 同 色 异 谱 指 数为0.6，则该模拟D65光源具有BC 级。目 前 认 为 具 有BC（CIELAB）等 级
37、 以 上 模 拟日 光 可 用 于 大 多 数 实 际 场 合。我 国 目 测 评 定纺 织 品 色 牢 度 用 标 准 光 源 条 件 中 采 用 的 模 拟D65光 源 的 一 级 标 准 为BC（CIELAB）级，二 级标准为CD（CIELAB）级。模拟D65 的人工光源的种类现在正在研制三种模拟D65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提供了最好的模拟，国际上最好能达到AA 级；带滤光器的白炽灯和荧光灯：带滤光器的白炽灯只在紫外区的模拟尚不理想，最好达到AD 级；荧光灯的模拟过去一直较差，只达到CD 级。Daylight 荧光灯：随着稀土荧光粉的发展，荧光灯的模拟可达
38、到BB 级。2.9CIE 标准照明和观测条件0454502.9CIE 标准照明和观测条件0dd 0测色仪实际采用的照明和观察几何条件（物体反射）测色仪实际采用的照明和观察几何条件（物体透射）2.10CIE 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CIE1931 标准色度系统CIE1964 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()代表光谱辐亮度密度，在CIE1931-XYZ中Y 值为亮度，其中k=Km=683(lm/W)，=V()。积分范围为360nm 至830nm
39、。2.10.1三刺激值的计算对于物体色：CIE1964 标准色度系统在 大 多 数 实 际 应 用 时，波 长 范 围 为380nm 至780nm，波 长 间 隔 为5nm，甚 至10nm。在计 算 物 体 色 三 刺 激 值 时，应 尽 量 采 用CIE 标 准 照明体，通常建议使用CIE 标准照明体D65。参考白 N 色刺激 C:主波长=D 处的波长;饱和度(兴奋纯度):pe=NC/ND.色刺激 C:补色波长=D 处的波长;饱和度(兴奋纯度):pe=NC/ND.2.10.2颜色三属性的计算1、色相的计算2、饱和度的计算C1:m1亮度单位色坐标x1,y1C2:m2亮度单位色坐标x2,y2C3
40、:色光C1和C2相加1亮度单位=1/LY2.10.2颜色三属性的计算4、色光相加(计算法)X=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/LYy2,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:x=(m1x1/y1+m2x2/y2)/(m1/y1+m
41、2/y2)y=(m1y1/y1+m2y2/y2)/(m1/y1+m2/y2)4、色光相加(作图法)P 为 色 光l，Q 为 色 光2，M 为P+Q 的 混 合 色。为 了 求得 这 一 点，可 在P 点 作 一 条与PQ 垂 直 的 直 线，其 长 度 与Q 色 的 量 成 正 比；另 在Q 点 上也 作 一 条 与PQ 垂 直 的 直 线，长 度 与P 色 的 量 成 正 比，然后 连 接 这 两 条 垂 直 线 末 端 的线，与PQ 线 的 交 叉 点 就 是 所求 混 合 色 的 点。从 而 即 可 求出 混 合 色 的 三 属 性，Y 值 等于Y1+Y2。2.10.3光源色温、相关色温
42、的确定在CIEl931 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CIEl931 色度图的空间是不均匀的，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CIEl960UCS 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视觉分辨的单位，叫做麦勒德（rd）。麦勒德与色温、相关色温的关系为：l 麦勒德=l/色温106光源的相关色温近似值计算：TC=1.4388TC48/1.43802.11CIE 均匀颜色空间和色差公式2.11.1 均匀颜色空间人眼对光谱颜色的差别感受性人眼对颜色的恰可分辨范围 麦克亚当的颜
43、色椭圆形宽容量范围CIEl960 均匀色度空间（CIEl960UCS）u=4X/(X+15Y+3Z)=4x/(-2x+12y+3)v=6Y/(X+15Y+3Z)=6y/(-2x+12y+3)CIEl964 均匀颜色空间用 明 度 指 数W*、色 度 指 数U*和V*三个参数来表示颜色的空间位置：W*=25Y1/317U*=13W*(u-uo)V*=13W*(v-vo)式中：u 和v是颜色样品的色度坐标，uo和vo则是所采用光源的色度坐标。CIEl976L*u*v*均匀颜色空间(CIELUV)L*=116(Y/Yo)1/3-16(Y/Yo0.008856)L*=903.3(Y/Yn)(Y/Yn0
44、.008856)u*=13L*(uuo)v*=13L*(vvo)式中X、Y、Z 为颜色样品的三刺激值；u=u、v=1.5v 为颜色样品的色度坐标；Xo、Yo、Zo为CIE 标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到人眼中的三刺激值，即Yo=100；uo、vo 为照明体的色度坐标。TheCIE1976UCS 色度图(u,v 图)u=4x/(-2x+12y+3),v=9x/(-2x+12y+3)CIE1976u,v 色调角huv、饱和度suv、彩度C*uvtghuv=(v-vn)/(u-un)=tg(v*/u*)suv=13(u-un)2+(v-vn)21/2C*uv=(u*)2+(v*)21/2
45、=L*suvTHECIELUV 色空间THECIELUV 色空间THECIELUV 色空间THECIELUV 色空间CIEl976L*a*b*均匀颜色空间(CIELAB)L*=116(Y/Yn)1/3-16(Y/Yn0.008856)L*=903.3(Y/Yn)(Y/Yn0.008856)f(x)=7.87x-16/116(x0.008856)CIE1976a,b 色调角hab、彩度C*abtghab=b*/a*C*ab=(a*2+b*2)1/2THECIELAB 色空间THECIELAB 色空间2.11.2 色差公式1、CIELUV 色差公式总色差：Euv=(L*)2+(u*)2+(v*)2
46、12=(L*)2+(H*uv)2+(C*uv)2色差单位为CIELUV色调差：H*uv=(Euv)2-(L*)2-(C*uv)2122、CIELAB 色差公式总色差：Eab=(L*)2+(a*)2+(b*)212=(L*)2+(H*ab)2+(C*ab)21/2色调差：H*ab=(Eab)2-(L*)2-(C*ab)212色差单位为CIELABCIE1994 色差公式（CIE94）式中SL=1，SC=1+0.045C*ab，SH=1+0.015C*ab，C*ab=。在 参 照 条 件 下，kL=kC=kH=1，否 则 要根 据 工 业 色 差 评 估 的 实 际 条 件 来 确 定 其 取 值
47、。例如，对于纺织工业，取kL=2，kC=kH=1。CIEDE2000a.总色差V=kE-1Eoo式中V 是被知觉的色差，Eoo是CIEDE2000 总色差，kE-1称为总色差视觉敏感度(对于一般的工业色差评估，可以直接用总色差Eoo表示被知觉的色差)；L、C、H 分别为明度差、彩度差、色调差；kL，kC、kH称为参数因子，是与实验条件有关的校正系数；SL、SC、SH称为权重函数，用来校正颜色空间均匀性；RT称为旋转函数，用来校正蓝色区域色分辨椭圆主轴方向的偏转。b.明度差、彩度差、色调差L=Lb-LsC=Cb-CsH=2(CbCs)0.5sin(h/2)其中h=hb-hs;L=L*,a=a*(
48、1+G)b=b*C=(a2+b2)0.5h=tan-1(b/a)h=-90ohb=300ohs=30oh270o注意:c.权重函数其中,表示它们的算术平均值。h=345ohb=300ohs=30oh165o注意:d.旋转函数e.CIEDE2000 规定的一组参照条件照明光源：模拟D65相对光谱功率分布的光源照度：10001x观察者：具有正常色觉背景：具有中等明度(L*=50)的均匀灰色观察模式：物体色色样大小；大于4o视场色 样 间 隔：一 对 色 样 的 两 个 样 品 边 缘 直 接 接 触，使色样对的间距最小色样的色差幅度：0至5个CIELAB 色差单位色 样 表 面 结 构：颜 色 均
49、 匀 单 一，无 可 见 的 花 纹或不均匀性e.CIEDE2000 规定的一组参照条件若 色 差 评 估 的 实 验 条 件 符 合 上 述 参 照 条 件，参 数 因 子kL=kC=kH=1，否 则 要 根 据 工 业 色差评估的实际条件来确定其取值。例如，对于纺织工业，取kL=2，kC=kH=1。当采用不等于1的参数因子，必须在括号内申明三个参数因子的取值。例如，用于纺织工业的CIEDE2000(2：1：1)，总色差为Eoo(2：1：1)，或者用文件来说明。CMC(l:c)formulainCIELABspaceE=(L*/l SL)2+(C*/cSC)2+(H*/SH)21/2wher
50、eSL=0.040975L*/(1+0.01765L*)forL*16SL=0.511forL*16SC=00638C*/(1+0.0131C*)+0.638SH=(fT+1-f)SC,wheref=(C*)4/(C*)4+19001/2andT=0.36+|0.4cos(hab+35o)|unlesshabisbetween164oand345owhenT=0.56+|0.2cos(hab+168o)|CMCcolordifferenceformula2.11.3 波长间隔对色度测量的影响对 于 波 长 测 量 间 隔 大 于5nm 的 情 况，由 于 三 刺 激 值的 误 差 较 大，一