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色度学的基本原理和应用1. 色度学的定义色度学是研究颜色的科学，包括颜色的感知、测量和应用。
色度学对于设计、艺术、心理学等领域具有重要意义，在工业生产、产品设计等方面也有广泛的应用。
2. 色度学的基本原理2.1 颜色感知人眼感知的颜色来自于光的频率和波长的变化。
不同频率和波长的光刺激了不同类型的感光细胞，进而产生不同的颜色感知。
2.2 颜色空间颜色空间是指将颜色以多维数据表示的数学模型。
常见的颜色空间有RGB色彩模式、CMYK色彩模式和HSV色彩模式等。
2.3 颜色测量颜色的测量是通过仪器来完成的，常见的颜色测量仪器包括光谱仪和色差计。
光谱仪可以将光分解成不同频率和波长的成分，从而获取颜色的光谱数据。
色差计用于比较样品与标准颜色之间的差异。
3. 色度学的应用3.1 设计与艺术色度学在设计与艺术领域中起到重要的作用。
设计师和艺术家可以通过研究颜色的组合和搭配，来创造出各种视觉效果和情绪表达。
色彩搭配的合理运用可以增强作品的吸引力和表现力。
3.2 印刷与出版在印刷与出版领域，色度学被广泛用于颜色的管理和控制。
通过色彩管理系统，可以确保在不同设备上印刷出一致的颜色效果。
色度学还可以帮助设计师选择合适的印刷材料和工艺，以获得符合要求的色彩效果。
3.3 产品设计色度学在产品设计方面起到了重要的指导作用。
通过研究用户的颜色喜好和心理反应，设计师可以选择适合的颜色方案，从而提升产品的吸引力和体验感。
3.4 心理学与行为学颜色对人的心理和行为产生影响，这是色度学与心理学和行为学相关的重要领域。
不同颜色可以引起不同的情绪和行为反应，例如红色可以引起兴奋和注意力，蓝色可以带来平静和放松。
3.5 照明工程色度学在照明工程中也有广泛应用。
通过合理设计照明系统的颜色温度和色彩分布，可以提高环境的舒适度和适应性。
色度学还可以帮助解决照明中的色彩溢出、光源选择等问题。
4. 总结色度学作为研究颜色的科学，对于设计、艺术和心理学等领域都具有重要意义。
色度学原理与CIE标准色度学系统一、引言色度学是一门研究颜色的科学，它涉及到物体反射、发射和感知的光的属性。
色度学的研究对于许多应用领域都具有重要意义，如图像处理、印刷、设计等。
CIE标准色度学系统作为国际上广泛应用的色度学标准，为我们提供了描述颜色的一套分析方法和标准。
二、色度学基础2.1 光的色彩与频率色彩来源于光的特性，光的色彩与其频率有直接关系。
常见的可见光波长范围在380-780纳米之间，对应的频率范围为400-790THz。
不同频率的光波经过人眼感觉，形成不同的颜色感知。
2.2 色光三基色原理色光三基色原理是指将可见光的色彩分解为三种基本色彩，通过不同的基本色彩的混合来形成各种其他颜色。
一般来说，最常用的三基色是红色、绿色和蓝色，这也是彩色显示技术的基础。
2.3 颜色感知人眼对于颜色的感知是通过视锥细胞来实现的。
根据颜色的感知级别，可以将颜色分为亮度、饱和度和色相三个属性。
亮度表示颜色的明暗程度，饱和度表示颜色的纯度，色相表示颜色的种类和类别。
三、CIE标准色度学系统3.1 CIE标准色度学系统简介CIE标准色度学系统是国际照明委员会（CIE）制定的一套描述和标准化颜色的系统。
它通过数学模型和测量标准，将各种颜色归纳成一组三刺激值，即人眼对应的红、绿、蓝三种光的感知量。
3.2 CIE XYZ色彩空间CIE XYZ色彩空间是CIE标准色度学系统的基础，它是一种线性变换的色彩空间，能够精确地表示所有可见光的颜色。
CIE XYZ色彩空间以人眼的感知为基础，通过三个轴表示红、绿、蓝三种感知的亮度值。
3.3 CIE色度图CIE色度图是CIE标准色度学系统中的一种图形表示方式，它将颜色以坐标的形式展示在一个平面内。
CIE色度图中，色度坐标表示颜色的色相和饱和度，亮度值表示颜色的亮度。
通过CIE色度图，可以直观地比较不同颜色之间的差异。
3.4 CIE L a b*色彩空间CIE L a b色彩空间是一种非线性变换的色彩空间，它将颜色表示为一组三维坐标。
第二章色度学§1概论：色度学的基本问题§1-1 颜色学是多学科的交叉。
（1）颜色是光学现象：光源、光谱、辐射、反射、透射。
----物理学（2）颜色是视觉现象：生理学和心理学（3）颜料与染料：物理化学（4）颜色与艺术:：美学、设计、流行色等（5）颜色与环境：管理技术、行为科学、（6）颜色与历史、政治、民族、宗教等。
有关颜色的许多问题不可能以严格的科学方法来解决，色彩史年表§1-2 色度学及其基本问题：色度学是关于颜色的定量与度量的科学，基本问题：（1）颜色的定义（2）颜色知觉，颜色视觉理论。
（3）颜色知觉的量化：颜色刺激值的计算。
（4）颜色的测量及色差的测量（5）光源问题（6）颜色的复现颜色匹配理论（7）颜色的的排列颜色空间，色序系统。
（8）应用问题§1-3部分颜色的术语：心理学概念：（1）颜色的定义：（讨论）目视知觉的一种属性，凭借这种属性一个观察者能够识别两个同样大小，同样形状、同样结构的视场之间的差别。
（2）颜色的三个属性：色调、明度（亮度）、饱和度（心理学的概念）色调：目视知觉的一种属性，给出颜色的名称：红、黄、绿、蓝等明度：非自发光体黑白、或完全透明到完全不透明的划分。
亮度：自发光体亮暗程度的划分。
饱和度：纯色在总的色知觉中的比例。
彩度：春彩色的量，随明度的增加提高。
心理物理学概念：（1）颜色：目视刺激的一种特征，凭借这种特征一个观察者能够识别两个同样大小，同样形状、同样结构的视场之间的差别。
这种差别由光刺激的光谱成分之间的差别所引起，（2）色刺激：进入人眼引起彩色或非彩色感觉的可见光辐射〉（3）原色：用以混合产生其他各种颜色的基本色，其本身不能互相混合长生（一般取红绿蓝）（4）光源色：有光源发射的可见光的颜色（5）物体色：光被物体反射或透射的颜色。
（6）互补色：两种颜色混合产生非彩色的灰色。
§2 颜色视觉现象与颜色视觉理论：§2-1 颜色视觉现象（常见）（1）三原色与颜色混合现象：用红绿蓝三色相加混合可以引起人眼的各种不同的彩色知觉。
色度学基础知识什么是色度学？色度学是研究色彩的科学，也被称为颜色学。
它涉及颜色的感知、产生、测量和应用等各个方面。
色度学不仅仅关注颜色的外观，还研究颜色的物理和化学特性以及其在人类生活和工业中的应用。
主观与客观颜色在色度学中，我们经常讨论主观和客观颜色。
主观颜色是指人们通过视觉系统感知到的颜色，它受到个体的视觉特性和观察条件的影响。
相比之下，客观颜色是测量和描述颜色特性的科学方法。
在主观颜色的研究中，我们了解了人类视觉系统的工作原理。
视觉系统通过不同类型的感光细胞和神经传递来识别和解释外部光线的不同波长。
这些信息被传递到大脑中的视觉皮层，并被解释为不同的颜色。
客观颜色的研究则使用了各种仪器和方法来测量和描述颜色。
光谱仪是一种常用的工具，可以将光线分解为其组成的不同波长。
通过测量各个波长的强度，可以确定光线的颜色。
色彩空间色彩空间是用来描述颜色的一种系统。
它由不同的坐标轴组成，每个坐标轴表示颜色的一个特定属性。
常见的色彩空间有RGB、CMYK和HSB等。
•RGB色彩空间是由红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）三个原色组成的。
这种色彩空间常用于电子设备和计算机上的颜色显示。
•CMYK色彩空间是由青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Black）四个颜色组成的。
它常用于印刷行业，用于混合油墨来产生不同的颜色。
•HSB色彩空间代表色相（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）。
色相表示颜色的种类，饱和度表示颜色的纯度，亮度表示颜色的明暗程度。
不同的色彩空间可以用来描述不同的颜色特性，选择适合的色彩空间可以更准确地表示和处理颜色。
颜色的应用在生活和工业中，颜色有许多应用。
颜色可以通过情绪而产生不同的影响，对于个人和品牌来说具有重要的影响力。
在设计领域，颜色可以用来传达特定的情感和理念。
例如，在广告中使用红色可以引起人们的注意力和兴奋感，而使用蓝色则可以传达平静和安全的感觉。
以上为转载文章基本概念色彩构成三要素：光源、被照射物体、可感觉色的眼睛和头脑（光源、物体、观测者）。
光源光源：宇宙间主要光源为太阳，会产生电磁波的振动，向四周传达光与热，其中一小段的电磁波为人眼可见，称为可见光。
被照射物体1.透射（Transmission）：透射是入射光经过折射穿过物体的现象，被透射之物体为透明体或是半透明体。
若是无色的物体，除了少数光从物体的两个表面反射外，大多数光是透射过物体。
2.吸收（Absorption）：当入射光照射在物体上，此物体会吸收部份可见光而显示出颜色；如果吸收全部的光则会呈现黑色；意即我们能看到物体的颜色是要光源含有该颜色，而被照射的物体反射出该颜色如此人眼才能看见该物体的颜色。
3.反射：（Reflection）：⏹镜面反射（Specular reflection）：发生于平而光滑的表面上，当光以某种角度射在平面上，则以同角度反射其光，物体的光泽是来自镜面反射。
⏹扩散反射（Diffuse reflection）：一般发生于粗糙表面上，入射光以很多不同的角度被反射，此扩散反射能显示物体的形状、大小、颜色和组织构造。
⏹大多数的透明体及不透明体的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散射的扩散反射。
4.散射（Scattering）：散射是指光被细粒子紊乱转向的现象，例如天空的青蓝色和云的白色都是散射的结果；当有足够的散射时，我们可以说光从物质被扩散反射。
可感觉颜色的眼睛与头脑1.眼睛与头脑：最重要的色彩侦测器是眼睛、神经系统及头脑。
眼睛中最重要的感光部份是网膜；而网膜中有杆状体（rod）及圆锥体（cones），其中圆锥体对不同波长的光有不同的分光感应曲线，因此要取代眼睛的侦测器也要有分光感应曲线的功能。
2.刺激值：将色产生的三要素联合起来就是色的信号或刺激（stimulus）。
头脑能将此刺激值转变成色的感觉，意即将照明光源光谱能量分布曲线乘以物体的分光反射率分曲线再乘以侦测器（或眼睛）的分光感应曲线就能得到色的刺激值。
3.分光资料互换：物体的分光反射率曲线比色彩三属性（色相、明度、彩度）包含更多的资料；色彩三属性的数据可以由分光反射率来求得，但是三属性的数据无法转换成分光反射曲线。
演色性演色性：当影响色彩的三要素──光源、物体、观测者其中之一被改变，会造成色刺激值的不同；例如：物体及观测者维持不变，光源改变，则可预知因为光源的改变，造成11此种由于光源的改变而造成物体色彩不同的情形即称为演色性（Color rendition）。
色变现象色变现象：两个物体在某一个光源下能对色，但是至少在另一个光源下无法对色，此一现象即称为色变现象（metamerism）。
色彩表示法色彩表示法有二种：一为显色系统-依据实际色物体的搜集给予有系统的排列及描述而得的系统；一为混色系统-基于三原色光来混合出许多色彩所归纳的系统，目前为止最重要的混色系统是以仪器测量色彩的CIE系统。
显色系统⏹显色系统：大部份显色系统是依据色彩的三属性：色相（hue）、明度（Valueh, Lightness,Brightness）、彩度（Chroma, Saturation）。
1.色相（hue）：表示红、橙、黄、绿、蓝、紫等色彩系统的术语。
由分光反射率曲线来判断，则视最高峰的波长色，即为该物体的色相。
2.明度（Valueh, Lightness, Brightness）：若无色彩时，则由白－灰－黑所组成。
若由分光反射率曲线来判断，则视其波峰与波谷的平均大小而定。
3.彩度（Chroma, Saturation）：是色彩的纯粹度。
指绝对不含白、灰、黑等无彩色成份的颜色。
由分光反射率曲线来判断，则可视其波峰与波谷的差数。
彩度高则含黑白量少，彩度低则含黑白量高。
混色系统⏹混色系统：此系统是根据论与实验认为所有色彩都可以由红、绿、蓝色光三原色混合而成，此三原色称为光的原刺激值；因此在选定色料时，可用仪器量测出色料的三刺激值，使色彩的刺激与颜色的感觉能以定量的方式表达，此三种原色的刺激量即称为三刺激值（tristimulus values）；此表色法目前以国际照明委员会CIE系统最为普遍。
CIE标准光源⏹CIE 标准光源：CIE于1931年推出A、B、C三种标准光源。
由于荧光白剂的增加使用，因此须要包含紫外线区域且相似于自然日光的照明光源`0，于1965年推出另一系列的光源，其中以D65最常使用。
1.CIE光源A：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp），色温（color temperature）为2854°K。
所谓的色温，提指黑体与光源之颜色对色时之温度，且色温应不洽巧等于此光源的实际温度；此光源较常用是因其光谱较平滑，数据计算上较方便。
2.CIE光源B：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（colortemperature）为4800°K，相似于中午的阳光（noon sunlight）。
3.CIE光源Ｃ：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（colortemperature）为6740°K，相似于自北方45°仰角的天空日光。
4.氙弧灯光（Xenon arc lamp）：其色温（color temperature）为6000°K，相似于自然日光（nature daylight）。
5.Macbeth 7500°K Daylight：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（color temperature）为7500°K，相似于北方天空的日光（northsky daylight）。
6.冷白色荧光灯光（Cool White Fluorescent Lamp）：其色温（color temperature）为4200°K。
7.CIE D65：其色温（color temperature）为6500°K，相似于平均自然日光（average naturedaylight），由于此光源目前无法由实物制造出来，因此只能称为照明体；若能制造出来则可称为标准光源，此光源较常使用的原因是由于一般人是生活在太阳光之下。
CIE标准观测者及配色函数⏹1931年CIE推荐的标准观测者之色感觉是由许多正常视觉的人（约15至20人）对感觉的平均。
⏹实验的方式如下：1.选用光波长为700nm的红光（r）、546nm的绿光（g）、436nm的蓝光（b）作为色光的三原色，其单位为1R=1cd/m2、1G=45907cd/m2、1B=0.0601cd/m2，来与任一种测试光对色，调节三原色光的强度，就可调出与测试光相同颜色的混合色光。
2.在一实验室中放置一块白色的银幕（打光用），将三原色的光由上往下打在银幕中心偏上的位置；将测试用的光打在银幕中下偏下的位置，在白色银幕的中心以一块黑色板子将三原色的光及测试用的光上下分隔开来。
3.在观测者及各光源之前再放置一片遮蔽板，并在遮蔽板中心挖一个洞，使观测者至银幕之间的可视角度为２°，且观测者至银幕之间的距离为25cm。
4.针对参与实验的视觉正常之人，在可见光谱波长380nm ~ 780nm 范围中，每隔5nm调整一次测试光，并计录每次对色后的r、g、b三原色的三刺激值。
待所有人都测试完毕之后将所有数值加以平均，可得到r、g、b三个函数值，此即为RGB 的配色函数(color matching functions)。
5.可是由于这些函数在某些波长会有负值产生，不但运算不方便，仪器更无法实现此一函数，因此利用数学运算方式转换为全部都是正数的x、y、z三个函数，以利计算。
⏹转换方式如下：先换成X,Y,Z 三刺激值X = 2.7689R + 1.7517G + 1.1302BY = 1.0000R + 4.5907G + 0.0601BZ = 0.0000R + 0.0565G + 5.5943B⏹ 此一公式有下列特点1. 混色时所有 X,Y,Z 系数均为正值。
2. Y 之数值正好代表光亮度。
3. X=Y=Z 时仍然代表等能量白光。
⏹ XYZ 归一化，引进色度坐标，而使 x + y + z = 1 可得 x = Z Y X X ++ y = Z Y X Y ++ z = ZY X Z ++ = 1 – x – y ⏹ 而 x,y,z 称为色度坐标，将其归一化后得到的配色函数成为x (λ) = 0.49r (λ) + 0.31g (λ) + 0.20b (λ)y (λ) = 0.17697r (λ) + 0.81240g (λ) + 0.01063b (λ)z (λ) = 0.00r (λ) + 0.01g (λ) + 0.99b (λ)其中 y (λ) = V(λ) 即光效函数 (Luminous Efficiency Function)⏹ 光效函数：即可见光各个波长的发光效率函数，此函数是由人眼比较可见光区内各波长单位辐射亮度之明暗度所定出之函数；即人眼对光亮之灵敏度函数。
⏹ 配色函数中的 y 函数恰巧相似于眼睛分光感应分布曲线，意即在各段波长中显示出眼睛有多少效率能转变能量成为明度感觉。
6. 由于视角大于4°以上时，视界较大，眼睛含盖的杆状体细胞较多，因此分光敏感度在短波长时较大；所以CIE 在1964年增定了10°视角的配色函数。
如此才能标出正确的色感觉。
CIE 三刺激值XYZ 的运算若以CIE 标准照明体照射在色物体上，并由CIE 标准观测者的配色函数测色，则此物体的颜色可由下列数学式获得。
X= K ⎰380780P λ R λ x λ Δλ Y= K ⎰380780P λ R λ y λ Δλ Z= K ⎰380780P λ R λ z λ Δλ其中P λ 为标准光源的光能量分布值R λ 为色物体的分光反射率分布值x λ y λ z λ 为CIE 配色函数的三刺激值Δλ 为测定值的波长间隔，一般为20nmK 为校正因素；其目的是使 X,Y,Z 三值不受Δλ大小影响，而应由P λ及 R λ来决定。
并且指定理相无荧光的标准白对所有波长的反射率均为100%，即标准白的Y 值为100，因此K=λλλλ∆⎰ y R P 100380780。
⏹ 量测发光体时，计算公式同上，但是反射率的部份不去考虑。
⏹ 量测透明物体时，计算公式同上，只是反射率的部份被穿透率所取代。
CIE 的色度坐标及色度图⏹ 由之前之叙述可知，物体的颜色可由CIE 三刺激值X,Y,Z 值来表示，但是只知道三刺激值要断定何种颜色却很困难；因此将 X,Y,Z 三值转换成色度坐标（chromaticity coordinates ），分别为 x,y 及z 值；其公式如下：须注意其文字之大小写x =Z Y X X ++ y = Z Y X Y ++ z = ZY X Z ++ = 1 – x – y由于 x + y + z =1 因此只要得知三值中的二个值就可以表示颜色，一般我们使用 x, y 值来表示；以x 为横轴，y 为纵轴，即可在绘图纸上建立一色度坐标图来表示颜色，先将光谱上各单色光的 X,Y,Z 值算出，再计算 x,y 值，然后点在绘图纸上的色度坐标上，再把这些点依序连起来就可以得到一色度曲线，再将两端以直线相连即成为 CIE 的x,y 色度图，此一直线亦称为紫色线（该线位于最大饱和红紫色、紫红、蓝红色区而得名）。
