應(yīng)用光學(xué) chapter 6教材

色度學(xué)基礎(chǔ)1青海湖2青海湖3水鄉(xiāng)周莊4567色度學(xué)是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術(shù)的科學(xué)8顏色研究歷史

日光－－復(fù)色光－－單色光－－激光自然中顏色（反射色－－結(jié)構(gòu)色）三原色－－黑白畫、照片－－彩色畫、照片黑白電視、電影－－彩色電視、電影－－激光電視涉及多個學(xué)科、推動了多個學(xué)科發(fā)展、交叉如圖像處理、醫(yī)學(xué)成像、光學(xué)等9人眼的顏色視覺理論10光的種類

僅從顏色，頻率成分和發(fā)光方式三方面將其分類。

1.按顏色可分為彩色光和非彩色光

2.按頻率成分可分為單色光和復(fù)合光。

單色光非單色光即復(fù)合光。指具有一波長的色光或者所占波譜寬度小于5nm的色光；3.按頻率和顏色綜合考慮可分為譜色光和非譜色光

主要是指波長從780nm到380nm，而顏色按紅、橙、黃、綠、青、藍、紫順序排列的各種單色光；

譜色光復(fù)合光11把兩個或者兩個以上的單色光混合所得，但又不能作為譜色出現(xiàn)在光譜上的色光。非譜色光白光是非譜色光。光的頻率和譜色光關(guān)系：單色光一定是譜色光，非譜色光一定是復(fù)合光，而復(fù)合光也可能是譜色光例：紅單色光和綠單色光合成的復(fù)合光為黃色，它屬于譜色光。4.按發(fā)光方式可分為直射光，反射光和透射光。

發(fā)光體(光源)直接發(fā)出的光稱為直射光；12能夠進行反射所形成的光稱為反射光；能進行透射所形成的光稱為透射光。說明二.光的顏色

無論是什么光，它的顏色都是取決于客觀與主觀兩方面的因素。1.客觀因素是它的功率波譜分布。2.主觀因素是人眼有視覺特性。色盲例：當(dāng)然直射光，反射光和透射光分別會改變各自的光能，波譜。13一.顏色的辨認光色波長(nm)頻率(Hz)中心波長(nm)紅760~622

660

橙622~597

610

黃597~577

570綠577~492

540

青492~470

480蘭470~455

460紫455~400

430可見光七彩顏色的波長和頻率范圍思考光的波長和顏色是一一對應(yīng)的嗎？顏色視覺14顏色和波長的關(guān)系并不確定的。只有三點是不變的顏色：(黃572nm)(綠503nm)(藍478nm)其他的顏色在光強增加時都向紅色波長或者藍色波長移動，以保持原來的顏色。問題(1)通常我們定義的色彩它的亮度是多少呢？含義：只有波長增加或者減少才可以保證原來的色調(diào)。(2)人眼對波長的分辨力是不同的。并且這種分辨能力隨光強而改變的。隨視場亮度增加而增高的。楚藍德：度量視網(wǎng)膜照度的物理量。15二.顏色的分類和特性1.顏色的分類顏色非彩色：彩色白色，黑色，各種深淺不同的灰色。白色：當(dāng)物體表面對可見光譜所有波長反射比都在80~90%以上。黑色：當(dāng)物體表面對可見光譜所有波長反射比均在4%以下?；疑航橛趦烧咧g的。純白色：它的反射比100%。純黑色：它的反射比0%。16說明(1)對于發(fā)光的物體，白黑的變化相當(dāng)于白光的亮度變化，亮度高時人眼感覺是白色；亮度低時感覺是黑色。(2)無光時是黑色。(3)非彩色只有明亮的差異。彩色的三個特性：明度、色調(diào)、飽和度。明度：人眼對物體明暗的感覺。發(fā)光物體的亮度越高，則明度越高。非發(fā)光物體反射比越高，明度越高。(4)白色、灰色、黑色物體對光譜各波長的反射沒有選擇性，它們是中性色。彩色物體對光譜各波長反射具有選擇性。所以它們在白光照射下出現(xiàn)彩色。17非發(fā)光物體的色調(diào)取決于照明光源的光譜和物體本身的發(fā)射光譜(透射光譜)的特性。飽和度色彩的純潔度?？梢姽庵械母鞣N單色光是最飽和的色彩了。物體色的飽和度取決于物體反射(透射)特性。例：物體反射光的光譜很窄，則色的飽和度就高。(是指彩色的純潔性。)色調(diào)彩色彼此相互區(qū)分的特性：紅、黃、綠、藍、紫可見:不同波長的單色光具有不同的色調(diào)。發(fā)光物體的色調(diào)取決于它的光譜組成。18飽和度紅藍綠橙黃綠黃綠藍紫色調(diào)白黑(1)色調(diào)與飽和度合稱為色度，它既說明彩色光的顏色類別，又說明顏色的深淺程度。(2)色度再加上亮度，就能對顏色作完整的說明?？偨Y(jié)19顏色匹配一.顏色匹配實驗顏色的混合光的混合染料的混合顏色的相加混合三原色顏色的相互混合稱為混色。將幾種顏色光同時或快速先后刺激人的視覺器官,便產(chǎn)生不同于原來顏色的新的顏色感覺。加法混色。顏色相加混合(加法混色)染料的混合稱為減色混合。紅、綠、藍三種顏色染料等量混合之后的顏色為黑色。紅、綠、藍三種等光量混合之后的顏色為白色。顏色的相減混合20白屏幕黑擋屏黑擋屏黑擋屏結(jié)論把兩個顏色調(diào)節(jié)到視覺上相同的方法─顏色匹配。顏色匹配實驗21一.H.Grassmann(格拉斯曼)顏色混合定律1.人的視覺只能分辨顏色的三種變化：明度，色調(diào)，飽和度2.在由兩個成分組成的混合色中，如果一個成分連續(xù)變化，混合色的外貌也連續(xù)變化。補色律每一種顏色都由一個相應(yīng)的補色。

+

=255,255,255

96,255,210

159,0,45

彩色負片的顏色也是照片的補色。例：(1)(2)22中間色律任何的兩個非補色相混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)決定于兩顏色的相對數(shù)量，其飽和度決定于二者在色調(diào)順序上的遠近。如果二者按其他比例混合，便產(chǎn)生近似比重大的顏色成分的非飽和色。(3)常識：人們在長時間注視一種顏色時,突然將視線轉(zhuǎn)到白色上,就會在白色底子上出現(xiàn)剛才那種顏色的補色。顏色三角形由紅，藍，綠混合產(chǎn)生的色域可以用等邊三角形代表。23顏色三角形但是這個顏色色域并不完全，三角形的外面也存在被眼睛感知的色光。注意24按順序把飽和度最高的譜色光和紫紅色圍成一個近似的圓環(huán)，每一顏色都在圓環(huán)上或環(huán)內(nèi)占有一確定位置。25白色位于圓心，顏色飽和度愈低，愈靠近圓心。顏色環(huán)圓心對邊的任何兩種顏色都是互補色，按適當(dāng)比例混合是得到白色或灰色。黃色與藍色，紅色與青色，綠色與品紅色。例：顏色環(huán)上任何兩種非補色相混合，可產(chǎn)生中間色，它的位置在此兩色的連線上。中間色的色調(diào)決定于兩顏色的比例多少，并按重力中心定律偏向比重大的一色；中間色的飽和度決定于兩色在顏色環(huán)的距離，二者距離愈近，飽和度越大，反之越小?；パa色在色環(huán)上的距離被認為是最遠。對于補色律對于中間色律263.顏色外貌相同的光，不管它們的光譜組成是否一樣，混合中具有相同的效果。凡是在視覺上相同的顏色都是等效的。代替律相似色混合后仍相似。顏色A=顏色B顏色C=顏色D顏色A+顏色C

=顏色B+顏色DA+B=C例：X+Y=BA+(X+Y)=C說明：可以利用顏色混合的方法來產(chǎn)生或者代替各種所需要的顏色。4.混合色的總亮度=組成混合色的各顏色光亮度的總和。在顏色27亮度相加律由幾個顏色組成的混合色的亮度=各個顏色光亮度的總和。說明：以上的規(guī)律適用于各種顏色光的相加混合，但不適用于染料或者涂料的減光混合。三.三基色（三原色）任取三個互不能由其他兩個表現(xiàn)(線性無關(guān))的色光,都可以組成人眼能分辨的任意色光。這就是三基色現(xiàn)象,也叫三原色現(xiàn)象。說明(1)當(dāng)然“任選三個”是數(shù)學(xué)上的條件,它允許色光為負。28(3)絕大多數(shù)場合都使用紅、綠、藍作為三基色,以表現(xiàn)盡可能多的顏色。

(2)實際操作中是不可能產(chǎn)生負的光。(4)三基色單位的選定在RGB計色制中，國際照明委員會(CIE)規(guī)定：波長為700nm，光通量為1光瓦的紅光作為一個紅基色單位(或稱單位量)，用[R]表示；波長為546.1nm，光通量為4.5907光瓦的綠光作為一個綠基色單位(或稱單位量)，用[G]表示；波長為435.8nm，光通量為0.0601光瓦藍光作為一個藍基色單位(或稱單位量)，用[B]表示。比色計的讀數(shù)將按基色單位[R]、[G]、[B]進行刻度，而不按輻射功率或者光通量進行刻度。說明29四.顏色匹配方案顏色方程C(C)≡R(R)+G(G)+B(B)

說明：(1)≡表示視覺上的相等。(3)R，G，B

被匹配顏色的數(shù)量，且是代數(shù)量，可以為負值。(4)同色異譜色光視覺(顏色外貌)一樣，但光譜分布不同的顏色。(2)(C),

(R),(G),(B)

分別代表被匹配顏色的單位，混合色，紅，綠，藍三原色的單位。(4)R，G，B

的比例決定被匹配顏色的色度，它們的大小決定了所配色光的光通量30五.三刺激值C(C)≡R(R)+G(G)+B(B)

R，G，B

三原色的數(shù)量三刺激值說明(1)一種顏色與一組R，G，B數(shù)值相對應(yīng)。(2)當(dāng)然顏色感覺可以通過三刺激值來定量表示。(3)任意兩種顏色只要R，G，B數(shù)值相等，顏色感覺就相同的。(4)(R)，(G)，(B)

的單位。三T例：肉眼分不出哪一種白光是由太陽光連續(xù)光譜組成的,

哪一種是由紅、綠、藍三種色光組成的。

1.三刺激值31例在RGB計色制中W≡1(紅基色單位)+1(綠基色單位)+1(藍基色單位)則被匹配的白光的光通量為：4.59071+0.0601+=5.6508光瓦這就是遵循亮度相加律。W≡X(紅基色單位)+X(綠基色單位)+X(藍基色單位)同樣是白光，不同的僅僅是亮度。322.光譜三刺激值如果匹配的光為光譜色，如果再將所有匹配的光譜色的輻射能都保持為相同，所得到的三刺激值光譜三刺激值用表示也稱為：顏色匹配函數(shù)匹配過程方程3.三刺激值的計算公式要獲得每一種顏色的三刺激值不可能都用匹配實驗來測的，這就是提出該計算公式的意義。原理方法：將欲匹配的光的光譜分布函數(shù)按波長加權(quán)光譜三刺激值，得到每一波長的三刺激值；然后積分334.色品坐標(biāo)和色品圖C(C)≡R(R)+G(G)+B(B)

當(dāng)C=1時，可以寫為34由此可見：一個單位顏色(C)的色品只決定于三原色的刺激值各自在R+G+B總量中的相對比例色品坐標(biāo)僅僅有2個量是獨立的。三原色的刺激值各自在R+G+B總量中的相對比例。色品圖用色品坐標(biāo)表示的平面圖。35例標(biāo)準白光的三刺激值為0.20.40.60.81.0(R)(G)0.20.40.60.81.0(B)(W)36CIE標(biāo)準色度系統(tǒng)國際照明委員會所規(guī)定的一套顏色測量原理、數(shù)據(jù)和計算方法CIE1931標(biāo)準色度觀察者CIE1964補充標(biāo)準色度觀察者視場的顏色測量視場的顏色測量明視覺條件一.CIE1931──RGB色度系統(tǒng)選三原色:紅=700nm(R),

綠=546.1nm(G),

藍=435nm(B)。

來匹配等能光譜的各種顏色。為何選用這3個單色譜線？？700nm是可見光的紅色末端，546.1nm和435.8nm是較為明顯的汞譜線，三者都可以比較精確的產(chǎn)生。37例求光譜三刺激值與光譜色色品坐標(biāo)的關(guān)系。38三基色和等能白光的值紅基色100綠基色010藍基色001等能白光1/31/31/33940馬蹄形曲線是所有光譜色色品點連接起來的軌跡。光譜軌跡圖形中負值的含義41

連線所表示的色光是由紅基色和藍基色合成。中間點為品紅色。380nm與700nm連線所表示的色光是紫色和紅色合成的。中點為紫紅色.他們幾乎就是一條直線，顏色也比較相近。連線上的色光是非譜色光。42連線和馬蹄形曲線構(gòu)成一個封閉的區(qū)域。自然界的一切顏色實際顏色都在這個區(qū)域內(nèi)。封閉的區(qū)域外的顏色。虛色彩色光的色度越靠近光譜軌跡，其飽和度越高，越靠近白光，飽和度就越低。43144一.CIE1931─標(biāo)準色度系統(tǒng)

(CIE1931─XYZ系統(tǒng))CIE1931──RGB色度系統(tǒng)中的色品坐標(biāo)有負值，使用起來很不方便，也不容易理解，于是1931年CIE推薦了一個新的國際通用色度系統(tǒng)。1.使用“CIE1931─XYZ系統(tǒng)”的理由在CIE1931──RGB色度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改用三個假象的原色X，Y，Z建立起來的一個新的色度系統(tǒng)。將X，Y，Z匹配等能光譜的三刺激值定名為“CIE1931標(biāo)準色度觀察者光譜三刺激值”這三個原色不是物理上的真實色，而是虛構(gòu)的假想色。451.確定三個假想原色X，Y，Z的方法規(guī)定：(X),(Z)兩原色只代表色度，沒有亮度。光亮度只與刺激值Y有關(guān)。則XZ線為無亮度線。某一色品的亮度方程為若此顏色在無亮度線上，則46在此系統(tǒng)中光譜三刺激值全>0即，三原色所形成的顏色三角形能包括整個光譜軌跡。無亮度線47光譜軌跡從540nm附近至700nm，在RGB色品圖上基本是一段直線。這條線上的兩種顏色相混合可以得到兩色之間的各種光譜光。但它僅僅涉及(X),(Y)原色的變化，當(dāng)然不涉及(Z)原色該直線方程為YZ邊取與光譜軌跡波長503nm點相切的直線。該直線方程為48求解以上3個方程得rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602等能白點在r-g坐標(biāo)系內(nèi)為以上就是基色在RGB色度圖中的位置。492.通過坐標(biāo)變換求得的說明(1)全>0(2)與視見函數(shù)一致。503.CIExy色品圖說明(1)圖中閉合馬蹄形內(nèi)包括了一切物理上能實現(xiàn)