颜色度量体系及标准

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1、MMT第四讲、颜色度量体系及颜色空间YANGZHOUDAXUE物理科学与技术学院第1节颜色的基本概念一．颜色的物理性质从物理学这个角度来说，光波是一种具有一定频率范围的电磁辐射，其波长覆盖的范围很广。电磁辐射中只有一小部分能够引起眼睛的兴奋而被感觉，其波长在380nm-780nm的范围里。电磁波谱可见光谱颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果。物体由于内部物质的不同，受光线照射后，一部分光线被吸收，其余的被反射或投射出来，成为我们所见的物体的颜色。所以，颜色既与光有密切关系，也与被光照射的物体，以及与观察者均有关。眼睛感知到的颜色和光波长之间的对应关系如图所示。纯颜色通常使用光的波长来定义，

2、用波长定义的颜色叫做光谱色(spectralcolors)。人眼对颜色的感知特性：用不同波长的光进行组合时可以产生各种颜色感觉。眼睛对颜色的采样仅相对于红、绿和蓝色三种锥体细胞。这些锥体细胞采样得到的信号通过大脑产生不同颜色的感觉。国际照明委员会(CIE)用颜色的三个特性来区分颜色。这些特性是色调，饱和度和明度。二．色调、饱和度和亮度从人的视觉系统看，颜色可用色调（hue）、饱和度（saturation）和亮度（luminance）来描述，其中色调与光波的波长有直接关系，亮度和饱和度与光波的幅度有关。人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果，这三个特性是颜色的三要素。（一）色调（色彩）

3、色调(hue)又称为色相，指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。是最容易把颜色区分开的一种属性。色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫(red，orange,yellow，green，cyan，blue，indigo，violet)等术语来刻画。色调与颜色明暗无关。黑、灰、白则为无色彩。仔细分析，色调可有一千万种以上，但普通颜色专业人士可辨认出的颜色大约可达三百至四百种。色调有一个自然次序：红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫。在这个次序中，当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调。色调在颜色圆上用圆周表示，圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不同。色调不同

4、于我们平时所说的颜色（色度）。同样的色调，由于饱和度不同会呈现不同的颜色。（二）饱和度（鲜艳与否）饱和度(saturation)是颜色的纯洁性，可用来区别颜色艳丽的程度。当一种颜色渗入其他光（白光）成分愈多时，就说颜色愈不饱和。完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色。饱和度在颜色圆上用半径表示，如图所示。沿径向方向上的不同颜色具有相同的色调和明度，但饱和度不同。（三）明度和亮度（明暗）1．明度明度(brightness)是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。明度的一个极端是黑色(没有光)，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色。明度和人的感知有关，目前还无法用物理设备来测量

5、。在许多颜色系统中，明度常用垂直轴表示，如图所示。图(b)所示的七种颜色,它们具有相同的色调和饱和度，但它们的明度不同，底部的明度最小，顶部的明度最大。2．亮度亮度表示光的强度。在CIEXYZ系统中用Y表示。由于明度很难度量，通常可以用亮度即辐射的能量来度量。不考虑亮度，由色调和饱和度共同体现颜色的色度。两种颜色的色调和饱和度一样，就是色度一样。色度一样，亮度可能不一样。第2节CIE颜色系统国际照明委员会（CIE）：CommissionInternationaledeL‘Eclairage/InternationalCommissiononIlluminationCIE模型是最早使用的颜色

6、模型之一。它是三维模型，其中，两维定义颜色，第三维（用Y表示）定义亮度。一．CIE1931RGB定义：红光波长700nm绿光波长546.1nm蓝光波长435.8nm定义：1个红基色光R=1光瓦1个绿基色光G=4.5907光瓦1个蓝基色光B=0.0601光瓦1光瓦=680流明(lm)为了便于计算对白光的配色：有：其中EW代表标准白光配色方程：rgb的比例决定色度，一般r+g+b=1。把（r,g,b）看成三维空间中的一个点，这个空间称为颜色空间。二．配色三基色原理：用红、绿和蓝单光谱基色可以匹配所有可见的颜色下图表示用三基色匹配光谱色所需要的配色比例，横坐标表示光谱波长，纵坐标表示用以匹配光谱

7、各色所需要的RGB三基色刺激值。由图知：匹配在438.1nm和546.1nm之间的光谱色，红色出现负值。这就意味匹配这段里的光谱色时，混合颜色需要使用补色才能匹配。如果两种色光相混合能形成白光，则这两种色光互为补色。标准光源（色度学）：以白光为标准。以色温度量。除了标准白光外，CIE还定义了多种国际标准光源。如右图：三．CIE1931XYZ定义想象中的三种基色X，Y和Z，由CIE1931RGB颜色空间到XYZ颜色空间的变