第五章CIE標準色度學(xué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標掌握顏色配色實驗掌握CIE1931RGB表色系統(tǒng)掌握CIE1931XYZ表色系統(tǒng)掌握CIE1964XYZ表色系統(tǒng)掌握色度計算方法掌握顏色的客觀三屬性，了解主觀三屬性和客觀三屬性的關(guān)系5.1顏色匹配實驗轉(zhuǎn)盤實驗色光匹配轉(zhuǎn)盤實驗色光匹配C=R（R）+G（G）+B（B）

其中C表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表產(chǎn)生混合色的紅、綠、藍三原色的單位量；R、G、B分別為匹配待配色所需要的紅、綠、藍三原色的數(shù)量，稱為三刺激值；“＝”表示視覺上相等，即顏色匹配。配色方程

待配色為單色光，其飽和度很高，而三原色光混合后飽和度必然降低，無法和待配色實現(xiàn)匹配。為了實現(xiàn)顏色匹配，在實驗中須將上方紅、綠、藍一側(cè)的三原色光之一移到待配色一側(cè)，并與之相加混合，從而使上下色光的飽和度相匹配。BUT!負刺激值

例如，將紅原色移到待配色一側(cè)，實現(xiàn)了顏色匹配：則顏色方程為:

因此，待配色:所以出現(xiàn)了負值C+B（B）=R（R）+G（G）C=R（R）+G（G）-B（B）顏色方程這一實驗方法和實驗結(jié)果是現(xiàn)代CIE標準色度學(xué)系統(tǒng)的定量基礎(chǔ)，也是工業(yè)上顏色標定、測量和計算的原始依據(jù)。5.2CIE1931RGB表色系統(tǒng)CIE1931RGB真實三原色表色系統(tǒng)就是根據(jù)萊特和吉爾德分別顏色匹配實驗的結(jié)果，取其光譜三刺激值的平均值，作為該系統(tǒng)的光譜三刺激值，全部的光譜三刺激值又常稱為“色度觀察者”。三原色的單位量

萊特：紅（650nm）

綠（530nm）

藍（460nm）吉爾德：紅（630nm）

綠（542nm）

藍（460nm）

WilliamDavidWright1908-1998JohnGuild1889-1979CIE：700nm546.1nm435.8nm三原色的單位量↓CIE：700nm、546.1nm、435.8nmCIE規(guī)定紅、綠、藍三原色的波長分別為700nm、546.1nm、435.8nm，在顏色匹配實驗中，當這三原色光的相對亮度比例為1.0000：4.5907：0.0601時就能匹配出等能白光，所以CIE選取這一比例作為紅、綠、藍三原色的單位量，即(R):(G)

:(B)

=1:1:1。盡管這時三原色的亮度值并不等，但CIE卻把每一原色的亮度值作為一個單位看待，所以色光加色法中紅、綠、藍三原色光等比例混合結(jié)果為白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。入(mm)光譜三刺激值

480-0.049390.039140.14494530-0.071010.203170.005497000.004100.000000.00000三刺激值舉例

它是CIE在對等能光譜色進行匹配時用來表示紅、綠、藍三原色的專用符號。因此，匹配波長為入的等能光譜色C(λ)的顏色方程為：光譜三刺激值記法CIE1931RGB三刺激值曲線色度坐標

在顏色匹配實驗中，為了表示R、G、B三原色各自在R+G+B總量中的相對比例，引入色度坐標r、g、b三刺激值與色度坐標光譜色度坐標入(mm)色度坐標

480-0.36670.29061.0761530-0.51591.47610.03987001.00000.000000.00000色度坐標舉例真實三原色R＝700.0nmG=546.1nmB=435.8nmCIE1931RGB色度圖5.3CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)為什么要建立CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)？(1)CIE1931RGB系統(tǒng)向CIE1931XYZ系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

CIE1931XYZ系統(tǒng)是在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)方法，選用三個理想的原色來代替實際的三原色，從而將CIE-RGB系統(tǒng)中的光譜三刺激值、、和色度坐標r、g、b均變?yōu)檎怠＝IE1931XYZ系統(tǒng)主要是考慮到為了避免CIE1931RGB系統(tǒng)中光譜三刺激值和色度坐標出現(xiàn)負值，就必須在（R）（G）（B）三原色的基礎(chǔ)上另外選擇三原色，由新的三原色所形成的三角形色度圖能夠包含整個光譜軌跡……光譜軌跡540nm～700nm在CIERGB色度圖上基本上是一段直線……規(guī)定（X）和（Z）的亮度為0，XZ線視為無亮度線……∵CIE1931RGB系統(tǒng)中(R)、(G)、(B)三原色的相對亮度關(guān)系是1.0000:4.590:0.0601∴某顏色C的亮度方程為：

Yc＝r+4.5907g+0.0601b又∵若此顏色在無亮度曲線上，則Yc＝0即

r+4.5907g+0.0601b＝0，并且r+g+b=1∴0.9399r+4.5306g+0.0601=0

即為XZ無亮度線的方程三角形除零亮度線以外的另外兩邊：選取700nm和540nm兩點作為直線上的兩點，求得直線方程為：

r+0.99g-1=0另取一條與光譜軌跡波長503nm點相靠近的直線，這條直線的方程是

1.45r+0.55g+1=0以上三條直線相交，就得到X、Y、Z三點，這三點在CIERGB色度圖中的坐標是：rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602X、Y、Z即為理想三原色真實三原色R＝700.0nmG=546.1nmB=435.8nmCIE理想三原色

rgbX:1.275–0.2780.003Y:-1.7592.767–0.028Z:-0.7430.1411.602參照光源：等能白SeCIE1931XYZ系統(tǒng)和CIE1931RGB系統(tǒng)的色度坐標的轉(zhuǎn)換關(guān)系為色度坐標之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系規(guī)定函數(shù)與明視覺光譜光效率函V(λ)一致，即

CIEXYZ光譜三刺激值光譜色度坐標已知，由下式即可求出光譜三刺激值：光譜三刺激值的轉(zhuǎn)換CIE1931XYZ光譜三刺激值曲線CIE1931XYZ系統(tǒng)中，用于匹配光譜三刺激值的(X)、(Y)、(Z)的數(shù)量，稱為“CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值”，也叫做“CIEl931標準色度觀察者顏色匹配函數(shù)”，簡稱“CIE標準色度觀察者”或“顏色匹配函數(shù)”

，在物體色色度值的計算中代表人眼的顏色視覺特征參數(shù)。記為、、

CIE1931xy色度圖(2)

CIE1931XYZ色度圖與Yxy數(shù)字表色方法

y=0的直線與亮度沒有關(guān)系，即無亮度線，光譜軌跡的短波端緊靠這條線，雖然波長短的光的刺激能夠引起視覺上的反應(yīng)，產(chǎn)生藍紫色的感覺，但是380～420nm這一段波長的輻通量在視覺上只能夠引起微弱的反應(yīng)。xy色度圖顏色三角形中心E處是等能白光，又三原色各1/3產(chǎn)生，其色度坐標為：x=0.33，y=0.33，z=0.33。C點的CIE標準光源C的色度坐標點；任何顏色在色度圖中都占有一個確定的位置；靠近波長末端700～770nm的光譜波段范圍具有一個恒定的色度值；光譜軌跡540～700nm這一段，在顏色三角形上的坐標是x+y=1，這是一條與XY邊重合的直線。它表明，在這段光譜范圍內(nèi)的任何光譜色，都可以通過540nm和700nm這兩種色光以適當?shù)谋壤旌隙?；光譜軌跡380nm～540nm這一段是曲線，在此范圍內(nèi)兩種顏色的色光混合，不能夠獲得兩者之間位于光譜軌跡上的顏色，而只能獲得光譜軌跡所包含的的面積內(nèi)的混合色；增加兩種顏色的色光的波長間隔，直到這兩種色光相混合顯示出無色相的白光，則稱這兩種顏色為互補色。色度圖中點的位置可以代表各種色彩的顏色特征。但是，前面曾經(jīng)討論過，色度坐標只規(guī)定了顏色的色度，而未規(guī)定顏色的亮度，不能夠唯一地確定一個顏色CIE1931Yxy數(shù)字表色方法所以若要唯一地確定某顏色，還必須指出其亮度特征，也即是Y的大小。因為反射率ρ=物體表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0，且光源的Y規(guī)定為100所以亮度因數(shù)

Y=100ρ

由物體三刺激值計算Yxy的公式為：由Yxy計算物體三刺激值：CIEXYZ系統(tǒng)中用X、Y、Z表示物體色的刺激值，用x、y、z表示色度坐標5.4CIE1964XYZ色度學(xué)系統(tǒng)

人眼觀察物體細節(jié)時的分辨力與觀察時視場的大小有關(guān)。與此相似，人眼對色彩的分辨力也受視場大小的影響。實驗表明：人眼用小視場（<4°）觀察顏色時辨別差異的能力較低，當觀察視場從2°增大至10°時，顏色匹配的精度和辨別色差的能力都有增高；但視場再進一步增大時，則顏色匹配的精度提高就不大了。

1931CIEXYZ系統(tǒng)是在2°視場下實驗的結(jié)果。因此，只適用于<4°的視場范圍。由于這一原因，1964年CIE又補充規(guī)定了一種10°視場的表色系統(tǒng)，稱為“CIE1964色度學(xué)系統(tǒng)”。這兩種系統(tǒng)中的三刺激值和色度坐標的概念完全相似，只是數(shù)值不同。2°和10°視場的三刺激值曲線CIE1964三刺激值曲線2°視場與10°視場xy色度坐標圖CIE1964XYZ色度圖CIE1964XYZ三刺激值與色度坐標為了區(qū)別起見，在10°視場下的這些物理量均加寫下標“10”，可以表示為X10、Y10、Z10、x10、y10、z10。其色度坐標的計算式可寫成：且有：x10+y10+z10＝15.5.1顏色三刺激值XYZ的計算5.5CIE色度計算方法(1)確定光源及其相對光譜能量分布。

物體表面的顏色受照射光源的能量分布的影響，因此，在測量物體表面顏色時，應(yīng)首先說明所使用的光源。如，CIE標準光源A、B、C、D50、D65等，可以查教材表2?3或按GB/T3978中的規(guī)定取值。

(3)確定標準觀察者

當視場是2°（≤4°）視場時，使用CIE1931XYZ標準觀察者

若是10°（＞4°）視場，則使用

(4)顏色的三刺激值的計算XYZ色度學(xué)系統(tǒng)中顏色的三刺激值X、Y、Z按下式計算：或在實際計算時，用上面的積分公式計算起來非常不方便，故用求和公式代替積分：(5)色坐標的計算或5.5.2顏色相加的計算在已知兩種或兩種以上顏色的色品坐標和亮度的情況下，可以根據(jù)顏色混合定律得出混合色的色品坐標和亮度值，主要有計算法和作圖法兩種方法。(1)計算法求出混合前各顏色的三刺激值。求混合色的三刺激值求混合色的色品坐標(2)作圖法5.6顏色的客觀三屬性主波長(DominantWavelength,λd)興奮純度(ExcitablePurity,Pe)亮度因數(shù)(LuminanceFactor,Y%)

在x,y色度圖中,將光源的色度點與樣品色的色度點用一直線相連,并從樣品色色度點向外延伸與光譜軌跡相交,這一點處的波長就是樣品色的主波長。注意：

對于品紅色區(qū)顏色的主波長，由于無品紅光譜色，所以，用其反向延長線交點主波長的負值表示,稱為補色主波長。5.6.1主波長5.6.2色純度(1)興奮純度

興奮純度是指該顏色接近同一主波長的程度。在x,y色度圖的樣品色主波長線上，用光源色度點至樣品色度點的距離與光源色度點至光譜色度點的距離比值的百分比來表示。(2)色度純度

色度純度是用樣品色和樣品色主波長光譜色的亮度比來表示的，用符號Pc來表示。設(shè)樣品色及其主波長光譜色的三刺激值中，Y值分量分別為Y1和Yd，則色度純度為：將

代入上式中，可得：通常將剛好能被識別的色度純度的差值

Pc稱為恰可覺差值（也稱識別閾，justnoticeabledifference,記作JND），下圖是1982