CIE-XYZ标准色度学系统解析课件.ppt

1、第七章第七章 CIE1931XYZ标准色度系统标准色度系统第七章第七章 CIE1931XYZ标准色度系统标准色度系统为什么要建立为什么要建立CIE1931XYZ标准色度系统？标准色度系统？7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值 、和色度坐标r、g、b均变为正值。)(r)(g)(b7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 建立建立CIE 1931 XY

2、Z系统主要是考虑到系统主要是考虑到 n为了避免为了避免CIE 1931 RGB系统中光谱三刺激值和色度系统中光谱三刺激值和色度坐标出现负值，就必须在坐标出现负值，就必须在（R）（G）（B）三原色的三原色的基础上另外选择三原色，由新的三原色所形成的三角基础上另外选择三原色，由新的三原色所形成的三角形色度图能够包含整个光谱轨迹形色度图能够包含整个光谱轨迹 n光谱轨迹光谱轨迹540nm700nm在在CIE RGB色度图上基本色度图上基本上是一段直线上是一段直线 n规定规定（X）和和（Z）的亮度为的亮度为0，XZ线视为无亮度线视为无亮度线线 7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931

3、 XYZ系统的转换系统的转换 CIE 1931 RGB系统中(R)、(G)、(B)三原色的相 对亮度关系是1.0000:4.590:0.0601 某颜色C的亮度方程为：Yc r+4.5907g+0.0601b 又 若此颜色在无亮度曲线上，则Yc0 即 r+4.5907g+0.0601b0，并且r+g+b=1 0.9399r+4.5306g+0.0601=0 即为XZ无亮度线的方程 7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 三角形除零亮度线以外的另外两边：选取700nm和540nm两点作为直线上的两点，求得直线方程为：r+0.99g-1=0 另取一

4、条与光谱轨迹波长503nm点相靠近的直线，这条直线的方程是 1.45r+0.55g+1=0 7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 以上三条直线相交，就得到X、Y、Z三点，这三点在CIE RGB色度图中的坐标是：rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602X、Y、Z即为理想三原色7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 真实三原色R700.0nmG=546.1nmB=435.8nmCIE理想三原色 r g bX:1.275 0.27

5、8 0.003Y:-1.759 2.767 0.028Z:-0.743 0.141 1.602参照光源：等能白Se7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 CIE 1931 XYZ系统和CIE 1931 RGB系统的色度坐标的转换关系为)1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.990b(+)0.010g(+)0.000r()()1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.010b(+)0.812g(+)0.177r()y()1.200b(+)1.132g(+)0.667r()0.200b(+)0.310g(+)0.49

6、0r()x(z7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 1931 CIE-XYZ 系统中，用于匹配光谱系统中，用于匹配光谱三刺激值的三刺激值的(X)、(Y)、(Z)的数量，称为的数量，称为“CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值标准色度观察者光谱三刺激值”，也也叫做叫做“CIEl931标准色度观察者颜色匹配标准色度观察者颜色匹配函数函数”，简称简称“CIE标准色度观察者标准色度观察者”或或“颜颜色匹配函数色匹配函数”，在物体色色度值的计算中代，在物体色色

7、度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。表人眼的颜色视觉特征参数。记为记为 、)(x)(y)(z规定函数 与明视觉光谱光效率函V()一致，即7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换)(y)V()(y7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 光谱色度坐标已知，由下式即可求出光谱三刺激值：)()()()(1)()()()()()()()()()(yyyxyyzzVyyyxx7.1 CIE 1931 RGB系统向系统向CIE 1931 XYZ系统的转换系统的转换 CIE 光谱三刺激值光谱三刺激值 7.2

8、CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图y=0的直线与亮度没有关系，即无亮度线，光谱轨迹的短波端紧靠这条线，虽然补充短的光的刺激能够引起视觉上的反应，产生蓝紫色的感觉，但是380420nm这一段补充的辐通量在视觉上只能够引起微弱的反应。7.2 CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图颜色三角形中心E处是等能白光，又三原色各1/3产生，其色度坐标为：x=0.33，y=0.33，z=0.33。C点的CIE标准光源C的色度坐标点；7.2 CI

9、E 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图任何颜色在色度图中都占有一个确定的位置；7.2 CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图靠近补充末端700770nm的光谱波段范围具有一个恒定的色度值；7.2 CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图光谱轨迹540700nm这一段，在颜色三角形上的坐标是x+y=1，这是一条与XY便重合的直线。它表明，在这段光谱范围内的任何

10、光谱色，都可以通过540nm和700nm这两种色光以适当的比例混合而成；7.2 CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图光谱轨迹380nm540nm这一段是曲线，在此范围内两种颜色的色光混合，不能够获得两者之间位于光谱轨迹上的颜色，而只能获得光谱轨迹所包含的的面积只内的混合色；7.2 CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.1 CIE 1931 XYZ色度图色度图增加两种颜色的色光的波长间隔，直到这两种色光相混合显示出无色相的白光，则称这两种颜色为互补色。7.2 CIE 19

11、31 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.2 CIE1931 Yxy数字表色方法数字表色方法 色度图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征。但是，前面曾经讨论过，色度坐标只规定了颜色的色度，而未未规定颜色的亮度规定颜色的亮度，不能够唯一地确定不能够唯一地确定一个颜色一个颜色7.2 CIE 1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.2 CIE1931 Yxy数字表色方法数字表色方法 所以若要唯一地确定某颜色，还必须指出其亮度特征，也即是Y的大小。我们知道光反射率=物体表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0所以亮度因数 Y=1007.2 CIE

12、1931 XYZ色度图与色度图与Yxy数字表色方法数字表色方法 7.2.2 CIE1931 Yxy数字表色方法数字表色方法 ZYXYyZYXXxYYYyyxZYYYyxX1 由物体三刺激值计算Yxy的公式为：由Yxy计算物体三刺激值：7.3 CIE 1964 XYZ补充色度学系统补充色度学系统 人眼观察物体细节时的分辨力与观察时视场的大小有关。与此相似，人眼对色彩的分辨力也受视场大小的影响。实验表明：人眼用小视场（4）观察颜色时辨别差异的能力较低，当观察视场从2增大至10时，颜色匹配的精度和辨别色差的能力都有增高；但视场再进一步增大时，则颜色匹配的精度提高就不大了。7.3 CIE 1964 X

13、YZ补充色度学系统补充色度学系统 1931CIE XYZ系统是在2视场下实验的结果。因此，只适用于4的视场范围。由于这一原因，1964年CIE又补充规定了一种10视场的表色系统，称为“CIE1964补充色度学系统补充色度学系统”。这两种系统中的三刺激值和色度坐标的概念完全相似，只是数值不同。7.3 CIE 1964 XYZ补充色度学系统补充色度学系统 2和10视场的三刺激值曲线 7.3 CIE 1964 XYZ补充色度学系统补充色度学系统 2视场与10视场xy色度坐标图 7.3 CIE 1964 XYZ补充色度学系统补充色度学系统101010101010101010101010101010ZY

14、XZzZYXYyZYXXx为了区别起见，在10视场下的这些物理量均加写下标“10”，可以表示为X10、Y10、Z10、x10、y10、z10。其色度坐标的计算式可写成：且有：x10+y10+z1017.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.1光源的光谱相对能量分布 分光辐射度计原理图 7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.1光源的光谱相对能量分布 光谱密度：在以波长为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比。ddee/)(光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小辐射能的大小。通常光源中不同波长色光的辐射能是随波长的变化而变化的，因此，光谱密度是波长的函数。光谱密度

15、与波长之间的函数关系称为光谱分布。7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.1光源的光谱相对能量分布 在实用上更多的是以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布，称为，记为S（）。相对光谱能量分布可用任意值来表示，但通常是取波长=560nm处的辐射能量为100，作为参考点，与之进行比较而得出的。若以光谱波长为横坐标，相对光谱能量分布S()为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.1光源的光谱相对能量分布 光源的相对光谱能量分布，决定了光源的颜颜色特性色特性。也就是说，光源的颜色特性，取决于在发出的光线中，不同波长上的

16、相对能量比例，而与光谱密度的绝对值无关与光谱密度的绝对值无关。绝对值的大小只反映光的强弱，不会引起光源颜色的变化。7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.1光源的光谱相对能量分布 7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.2 物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（1）确定光源及其相对光谱能量分布）确定光源及其相对光谱能量分布物体表面的颜色受照射光源的能量分布的影响，因此，在测量物体表面颜色时，应首先说明所使用的光源。如，CIE标准光源A、B、C、D、D65等。7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.2 物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（1）反射物体色的三刺激值

17、的计算）反射物体色的三刺激值的计算 物体表面的颜色受照射光源的能量分布的影响，因此，在测量物体表面颜色时，应首先说明所使用的光源。如，CIE标准光源A、B、C、D、D65等。7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.2 物体（印品）色三刺激值XYZ的计算（2）确定光源及其相对光谱能量分布）确定光源及其相对光谱能量分布dzRSKZdyRSKYdxRSKX)()()()()()()()()(dzRSKZdyRSKYdxRSKX)()()()()()()()()(101010101010101010或7.4 物体(印品)色三刺激值XYZ的计算 7.4.2 物体（印品）色三刺激值XYZ的计算

18、（3）三色坐标的计算方法）三色坐标的计算方法 yxZYXZzZYXYyZYXXx110101010101010101010101010101010101yxZYXZzZYXYyZYXXx或7.5 颜色的客观三属性主主 波波 长长(Dominant Wavelength,d)(Dominant Wavelength,d)兴奋纯度兴奋纯度(Excitable Purity,(Excitable Purity,PePe)亮度因数亮度因数(Luminance Factor,Y%)(Luminance Factor,Y%)7.5.1 主波长主波长 在在x,yx,y色度图色度图中中,将光源的色度点与样品色

19、的色将光源的色度点与样品色的色度点用一直线相连度点用一直线相连,并从样品色色度点向外延伸与并从样品色色度点向外延伸与光谱轨迹相交光谱轨迹相交,这一点处的波长就是样品色的主波这一点处的波长就是样品色的主波长。长。注意：注意：对于品红色区颜色的主波长，由于无品红光谱对于品红色区颜色的主波长，由于无品红光谱色，所以，用其反向延长线交点主波长的负值表色，所以，用其反向延长线交点主波长的负值表示示,称为称为补色主波长补色主波长。7.5 颜色的客观三属性7.5.2 兴奋纯度兴奋纯度 颜色的兴奋纯度颜色的兴奋纯度是指该颜色接近同一主波长的是指该颜色接近同一主波长的程度。在程度。在x,y色度图的样品色主波长线

20、上，用光源色度图的样品色主波长线上，用光源色度点至样品色度点的距离与光源色度点至光谱色度点至样品色度点的距离与光源色度点至光谱色度点的距离比值的色度点的距离比值的百分比百分比来表示。来表示。)|yy|xx|(yyyy )|yy|xx|(xxxxP00000000e时当时当7.5 颜色的客观三属性7.5.3 亮度因数亮度因数亮度因数：亮度因数：印刷品表面的明暗程度。印刷品表面的明暗程度。用颜色三刺激值中的用颜色三刺激值中的Y值百分数来表示，值百分数来表示，即即Y%。7.5 颜色的客观三属性1(x,y)2?(x0,y0)(x,y)127.5 颜色的客观三属性 颜色的心理三属性和客观三属性颜色的心理三属性和客观三属性是彼此联系而又相互区别的表示颜色是彼此联系而又相互区别的表示颜色的两种方法。的两种方法。7.6 HVC与与Yxy两种表色方法的转换两种表色方法的转换 亮度因数亮度因数Y与孟塞尔明度值与孟塞尔明度值V色度坐标色度坐标x、y与色相与色相H、彩度彩度C的转换的转换作业P98 16