第七章CIE1931XYZ標準色度系統 第七章CIE1931XYZ標準色度系統 為什么要建立CIE1931XYZ標準色度系統 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 所謂1931CIE XYZ系統 就是在RGB系統的基礎上 用數學方法 選用三個理想的原色來代替實際的三原色 從而將CIE RGB系統中的光譜三刺激值 和色度坐標r g b均變為正值 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 建立CIE1931XYZ系統主要是考慮到為了避免CIE1931RGB系統中光譜三刺激值和色度坐標出現負值 就必須在 R G B 三原色的基礎上另外選擇三原色 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 規定 X 和 Z 的亮度為0 XZ線視為無亮度線 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 CIE1931RGB系統中 R G B 三原色的相對亮度關系是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 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 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 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 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 X Y Z即為理想三原色 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 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Se 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 CIE1931XYZ系統和CIE1931RGB系統的色度坐標的轉換關系為 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 1931CIE XYZ系統中 用于匹配光譜三刺激值的 X Y Z 的數量 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 簡稱 CIE標準色度觀察者 或 顏色匹配函數 在物體色色度值的計算中代表人眼的顏色視覺特征參數 記為 規定函數與明視覺光譜光效率函V 一致 即 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 光譜色度坐標已知 由下式即可求出光譜三刺激值 7 1CIE1931RGB系統向CIE1931XYZ系統的轉換 CIE光譜三刺激值 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ色度圖 y 0的直線與亮度沒有關系 即無亮度線 光譜軌跡的短波端緊靠這條線 雖然補充短的光的刺激能夠引起視覺上的反應 產生藍紫色的感覺 但是380 420nm這一段補充的輻通量在視覺上只能夠引起微弱的反應 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ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 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ色度圖 任何顏色在色度圖中都占有一個確定的位置 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ色度圖 靠近補充末端700 770nm的光譜波段范圍具有一個恒定的色度值 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ色度圖 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便重合的直線 它表明 在這段光譜范圍內的任何光譜色 都可以通過540nm和700nm這兩種色光以適當的比例混合而成 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ色度圖 光譜軌跡380nm 540nm這一段是曲線 在此范圍內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只內的混合色 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 1CIE1931XYZ色度圖 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 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 2CIE1931Yxy數字表色方法 色度圖中點的位置可以代表各種色彩的顏色特征 但是 前面曾經討論過 色度坐標只規定了顏色的色度 而未規定顏色的亮度 不能夠唯一地確定一個顏色 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 2CIE1931Yxy數字表色方法 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 我們知道光反射率 物體表面的亮度 入射光源的亮度 Y Y0所以亮度因數Y 100 7 2CIE1931XYZ色度圖與Yxy數字表色方法 7 2 2CIE1931Yxy數字表色方法 由物體三刺激值計算Yxy的公式為 由Yxy計算物體三刺激值 7 3CIE1964XYZ補充色度學系統 人眼觀察物體細節時的分辨力與觀察時視場的大小有關 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 7 3CIE1964XYZ補充色度學系統 1931CIEXYZ系統是在2 視場下實驗的結果 因此 只適用于 4 的視場范圍 由于這一原因 1964年CIE又補充規定了一種10 視場的表色系統 稱為 CIE1964補充色度學系統 這兩種系統中的三刺激值和色度坐標的概念完全相似 只是數值不同 7 3CIE1964XYZ補充色度學系統 2 和10 視場的三刺激值曲線 7 3CIE1964XYZ補充色度學系統 2 視場與10 視場xy色度坐標圖 7 3CIE1964XYZ補充色度學系統 為了區別起見 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 1 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 1光源的光譜相對能量分布 分光輻射度計原理圖 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 1光源的光譜相對能量分布 光譜密度 在以波長 為中心的微小波長范圍內的輻射能與該波長的寬度之比 光譜密度表示了單位波長區間內輻射能的大小 通常光源中不同波長色光的輻射能是隨波長的變化而變化的 因此 光譜密度是波長的函數 光譜密度與波長之間的函數關系稱為光譜分布 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 1光源的光譜相對能量分布 在實用上更多的是以光譜密度的相對值與波長之間的函數關系來描述光譜分布 稱為相對光譜能量 功率 分布 記為S 相對光譜能量分布可用任意值來表示 但通常是取波長 560nm處的輻射能量為100 作為參考點 與之進行比較而得出的 若以光譜波長 為橫坐標 相對光譜能量分布S 為縱坐標 就可以繪制出光源相對光譜能量分布曲線 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 1光源的光譜相對能量分布 光源的相對光譜能量分布 決定了光源的顏色特性 也就是說 光源的顏色特性 取決于在發出的光線中 不同波長上的相對能量比例 而與光譜密度的絕對值無關 絕對值的大小只反映光的強弱 不會引起光源顏色的變化 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 1光源的光譜相對能量分布 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 2物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 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 應首先說明所使用的光源 如 CIE標準光源A B C D D65等 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 2物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 1 反射物體色的三刺激值的計算 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 應首先說明所使用的光源 如 CIE標準光源A B C D D65等 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 2物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 2 確定光源及其相對光譜能量分布 或 7 4物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 7 4 2物體 印品 色三刺激值XYZ的計算 3 三色坐標的計算方法 或 7 5顏色的客觀三屬性 主波長 DominantWavelength d 興奮純度 ExcitablePurity Pe 亮度因數 LuminanceFactor Y 7 5 1主波長 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 7 5顏色的客觀三屬性 7 5 2興奮純度 顏色的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