色度学原理与CIE标准色度学系统25
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色度学原理与CIE标准色度系统
颜色光匹配实验
“同色异谱”的颜色 配对：由三原色组成 的颜色的光谱组成与 被匹配的颜色光的光 谱组成可能不一致。
500nm左右，红光出 现了负值？
匹配此波长的光谱色时，需要将红色光源移至下 方目标光源处，从而上下方的光源可以做到颜色 匹配，因此在曲线图中产生负的函数。
1.2 亮度相加
• 三种不同颜色的色光：P*、Q*、R*。
颜色方程 C[C]=R[R]+G[G]+B[B]
• 可以将R*、G*、B*、C*看作是向量， [R]、[G]、[B] 、[C] 为单位向量，R、G、B、C为相应的颜色强度和色量。
• R、G、B为颜色的三刺激值 • C[C]=R[R]+G[G]-B[B]（举例：黄单色光）
r+g+b=1
• 色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。
b=0.0028
(Y):r=-1.7392 g=2.7671
b=-0.0279
(Z):r=-0.7431 g=0.1409
b=1.6022
➢将 X Y Z 三 角 形 转 换 为 麦 克斯韦直角三角形，即得 到目前通用的1931CIEXYZ色度图。 根据XYZ三点在r-g图中 的坐标以及色度转换矩阵， 我们可以先求出规化矩阵 [k]，从而求算出两个色度 图的色度坐标转换关系。
3 均匀颜色空间和色差公式
色差是指两个颜色在颜色 知觉上的差异，它包括明 度差、彩度差和色相差三 方面。
心理概念，表示物体表面色而 非光色，常用色相、明度、饱
和度表示
如果能够以两点的距离表示色差，就实现了数字表达。
理论上是可以的，但是有两个问题需要解决。
问题1：色差是知觉色的差异，是以人对物体颜 色的感觉为基准的。
CIE标准色度学系统
⑶规定（ 规定 X）和（ 和 Z）的亮度为 的亮度为0，XZ线称为无 亮度线 无亮度线 的各点只代表 度 亮度线。无亮度线上的各点只代表色度， 没有亮度，但Y既代表色度，也代表亮度。 为了使用方便，XYZ三角形经过转换就成 为麦克斯韦直线三角形，即目前国际通用 的CIE 1931 色度图。
• CIE 1931 标准观察者光谱三刺激值 标准 察者光谱 刺激值X‐，Y‐，Z‐ 分别代表匹配各波长等能光谱刺激所需要 的红、绿、蓝三原色的量。在理论上，要 想得到某一波长的光谱颜色 想得到某 波长的光谱颜色，可以从表中 可以从表中 ‐ ‐ ‐ 或图上查出相应的X ，Y ，Z 三刺激值，也 就是说 按X‐，Y‐，Z‐数量的红、绿、蓝设 就是说，按 数量的红 绿 蓝设 想原色相加，便能得到该光谱色。
X k ( ) x ( ) Y k ( ) y ( ) Z k ( ) z ( )
4. 根据下式，求出光源的色度坐标。 根据 式 求出光源的色度坐标
X x X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
1931 CIE‐RGB系统
莱 特 （ W.D.Wright,1928‐1929 ） 选 择 650 、 530 和 460nm 的 三 原 色 和 吉 尔 德 （J.Guild,1931）选择630、542和460nm三原 色，由若干名观察者在2°视场范围内，用 视场范围内，用 这三种原色匹配等能光谱的各种颜色。
光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系为： 光谱 刺激值与光谱色色度坐标的关系为 r＝ r‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ）， g＝ g‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ）, b= b‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ） 1931 CIE‐RGB 系统用700nm，546.1 546 1 nm和 435.8 nm作为三原色是因为700nm是可见光 的红色末端 546.1 的红色末端， 546 1 nm和435.8 435 8 nm是两个较 为明亮的汞亮线谱，三者都比较容易精确 地产生 来 地产生出来。
色度学原理与CIE标准色度学系统
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。
CIE标准色度学系统介绍
CIE标准色度学系统介绍所谓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与色度坐标r、g、b均变为正值。
（一）、CIE-RGB系统与CIE-XYZ系统的转换关系选择三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。
它们在图5-27中的色度坐标分别为：从图5-27中能够看到由XYZ形成的虚线三角形将整个光谱轨迹包含在内。
因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。
在XYZ系统中所得到的光谱三刺激值、、、与色度坐标x、y、z将完全变成正值。
经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有下列关系：X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011B …………………………（5-8）Z= 0.010G+0.990B两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）………………(5-9)z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）这就是我们通常用来进行变换的关系式，因此，只要明白某一颜色的色度坐标r、g、b，即能够求出它们在新设想的三原色XYZ颜色空间的的色度坐标x、y、z。
通过式（5-9）的变换，对光谱色或者一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能白光的色度坐标仍然是（0.33，0.33），没有改变。
表5-3是由CIE-RGB系统按表5-2中的数据，由式（5-9）计算的结果。
从表5-3中能够看到所有光谱色度坐标x(l)，y(l)，z(l)的数值均为正值。
（毫微米）x y z3800.17410.00500.82090.001450.00000.0065 3850.17400.00500.82100.00220.00010.0105 3900.17380.00490.82130.00420.00010.0201 3950.17360.00490.82150.00760.00020.0362 4000.17330.00480.82190.01430.00040.0679 4050.17300.00480.82220.02320.00060.1102 4100.17260.00480.82260.04350.00120.2074 4150.17210.00480.82310.07760.00220.3713 4200.17140.00510.82350.13440.00400.6456 4250.17030.00580.82390.21480.0073 1.0391 4300.16890.00690.82420.28390.0116 1.3856 4350.16690.00860.82450.32850.0168 1.6230 4400.16440.01090.82470.34830.0230 1.7471 4450.16110.01380.82510.34810.0298 1.7826 4500.15660.01770.82570.33620.0380 1.7721 4550.15100.02270.82630.31870.0480 1.7441 4600.14400.02970.82630.29080.0600 1.6692 4650.13550.03990.82460.25110.0739 1.5281 4700.12410.05780.81810.19540.0910 1.2876 4750.10960.08680.80360.14210.1126 1.0419 4800.09130.13270.77600.09560.13900.8130 4850.06870.20070.73060.05800.16930.6162 4900.04540.29500.65960.03200.20800.4652 4950.02350.41270.56380.01470.25860.3533 5000.00820.53840.45340.00490.32300.2720 5050.00390.65480.34130.00240.40730.2123 5100.01390.75020.23590.00930.50300.1582 5150.03890.81200.14910.02910.60820.1117 5200.07430.83380.09190.06330.71000.07826750.73270.26730.00000.06360.02320.0000 6800.73340.26660.00000.04680.01700.0000 6850.73400.26600.00000.03290.01190.0000 6900.73440.26560.00000.02270.00820.0000 6950.73460.26540.00000.01580.00570.0000 7000.73470.26530.00000.01140.00410.0000 7050.73470.26530.00000.00810.00290.0000 7100.73470.26530.00000.00580.00210.0000 7150.73470.26530.00000.00410.00150.0000 7200.73470.26530.00000.00290.00100.0000 7250.73470.26530.00000.00200.00070.0000 7300.73470.26530.00000.00140.00050.0000 7350.73470.26530.00000.00100.00040.0000 7400.73470.26530.00000.00070.00020.0000 7450.73470.26530.00000.00050.00020.0000 7500.73470.26530.00000.00030.00010.0000 7550.73470.26530.00000.00020.00010.0000 7600.73470.26530.00000.00020.00010.0000 7650.73470.26530.00000.00010.00000.0000 7700.73470.26530.00000.00010.00000.0000 7750.73470.26530.00000.00010.00000.00007800.73470.26530.00000.00000.00000.0000按5毫微米间隔求与：=21.3714；=21.3711；=21.3715为了使用方便，图5-27中的XYZ三角形，经转换变为直角三角形（图5-28），其色度坐标为x、y。
光学基础之色度-三原色及CIE标准色度系统知识介绍
光学基础之⾊度-三原⾊及CIE标准⾊度系统知识介绍1.5 ⾊度⾊度学中所应⽤的⽅法和⼯具，都是以⽬视颜⾊匹配定律和国际上⼀致采⽤的标准为基础的。
国际照明委员会（CIE ），通过其⾊度学委员会，推荐了⾊度学⽅法和基本的标准。
1.5.2 三原⾊三原⾊：（红R 、绿G 、兰B ）或（品红、绿、兰）三原⾊不能由其他⾊混合得到，三原⾊的波长如下：红：700nm ，绿：546.1nm ，兰：435.8nm由RGB 构成⽩光，得亮度⽐为L R =L G :L B =1:4.5907:0.0601 Lm/(s r ·m 2)⾊度坐标和⾊品坐标三原⾊坐标：R ，G ，B ，是三维⾊度坐标。
⾊品坐标(归⼀化坐标)：r=R R+G+B , g= G R+G+B ,b= B R+G+B, 并有 r+g+b=1光谱三刺激值（⾊匹配函数） )(λr ,)(λg ,)(λb 代表匹配⼀种颜⾊，需要R 、G 、B 的⽐例。
即取 )(λc = B b G g R r )()()(λλλ++，就可以匹配出所要求的)(λc 颜⾊.并且)(λr ,)(λg ,)(λb 是有表可查的，其规律可参见图1.5－1。
图1.5－1 ⾊匹配函数（6）⾊度图及⾊品图三原⾊坐标见图1.5－2a,⾊品坐标见图1.5－2b,实际⾊谱的⾊品则⽰于图1.5－2c 中。
由图1.5－2c 可见，三原⾊系统的⾊品图中有很⼤部分出现负值，使⽤很不⽅便，为此，国际照明委员会建⽴了CIE 标准⾊度系统，解决了这⼀问题。
图1.5－2 ⾊度及⾊品图1.5.4 CIE 标准⾊度系统设⽴标准光源和标准观察者,建⽴假想⾊度坐标 ),,(Z Y X ，归⼀化坐标),,(z y x 和⾊匹配函数),,(z y x ，以此来建⽴CIE 标准⾊度系统。
1） CIE1931标准⾊度系统这⼀⾊度系统是在观测视场为2°的情况下制订出来的。
（1）标准⾊度坐标的变换CIE1931标准⾊度系统的变换关系为：[]=????=??????????B G R B G R Z Y X5943.50565.000601.05907.40002.11302.17517.17689.299.001.000106.08124.01770.02.03100.04900.06508.5 及---=????----=??????????Z Y X Z Y X B G R1786.00025.00009.00157.02524.00912.00828.01587.04185.00092.10144.00052.00888.04264.15152.04681.08966.03646.26508.51 2） CIE1964标准⾊度系统因为CIE1931标准⾊度系统的观测视场为2°，不能概括所有情况，所以⼜制订出CIE1964标准⾊度系统，它的观测视场是10°，其定义式、数据及曲线略有变化。
CIE标准色度系统
A ≡ B, C ≡ D
A+C ≡ B + D
式中符号“ ”代 表颜色相互匹配
≡
相减的情况也成立。 相减的情况也成立。即
A ≡ B, C ≡ D
A−C ≡ B − D
一个单位量的颜色与另一个单位量的颜色相同，那么 一个单位量的颜色与另一个单位量的颜色相同， 这两种颜色数量同时扩大或缩小相同倍数则两颜色仍为相 同。即 A≡B
2．光谱三刺激值 ． 在颜色匹配实验中， 在颜色匹配实验中，待测色光也可以是某一种波长 的单色光(亦称为光谱色 亦称为光谱色)， 的单色光 亦称为光谱色 ，对应一种波长的单色光可以得 到一组三刺激值R、 、 。 到一组三刺激值 、G、B。对不同波长的单色光做一系 列类似的匹配实验， 列类似的匹配实验，可以得到对应于各种波长单色光的 三刺激值。 三刺激值。如果将各单色光的辐射能量值都保持为相同 (这样的光谱分布称为等能光谱 来做上述一系列实验，所 这样的光谱分布称为等能光谱)来做上述一系列实验 这样的光谱分布称为等能光谱 来做上述一系列实验， 得到的三刺激值称为光谱三刺激值，也就是匹配等能光 得到的三刺激值称为光谱三刺激值， 谱色的三原色的数量。 表示。 谱色的三原色的数量。用符号 r , g , b 表示。光谱 三刺激值又称为颜色匹配函数， 三刺激值又称为颜色匹配函数，它的数值只决定于人眼 的视觉特性。 的视觉特性。匹配方程表示为
nA ≡ nB
根据代替律可知，只要在感觉上颜色是相同的， 根据代替律可知， 只要在感觉上颜色是相同的， 便可 以互相代替，所得的视觉效果是相同的， 以互相代替， 所得的视觉效果是相同的， 因而可以利用 颜色混合的方法来产生或代替所需要的颜色。 例如： 颜色混合的方法来产生或代替所需要的颜色 。 例如 ： 如果没有B种颜色 种颜色， 设 A + B ≡ C ，如果没有 种颜色，但是 X + Y ≡ B ，那 么 A + ( X + Y ) ≡ C 。这个由代替而产生的混合色与原来 的混合色具有相同的效果。 的混合色具有相同的效果。 (4) 混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度 总和，称为亮度相加定律。 总和，称为亮度相加定律。 格拉斯曼定律仅适用于各种颜色光的相加混合过程。 格拉斯曼定律仅适用于各种颜色光的相加混合过程。 三、颜色匹配方程 颜色匹配的结果可用格拉斯曼定律来阐述， 颜色匹配的结果可用格拉斯曼定律来阐述，还可以 用代数式和几何图形来表示。 用代数式和几何图形来表示。 用代数式表示色匹配称为颜色匹配方程 用代数式表示色匹配称为颜色匹配方程 表示为下列方程： 表示为下列方程
A+C ≡ B + D
式中符号“ ”代 表颜色相互匹配
≡
相减的情况也成立。 相减的情况也成立。即
A ≡ B, C ≡ D
A−C ≡ B − D
一个单位量的颜色与另一个单位量的颜色相同，那么 一个单位量的颜色与另一个单位量的颜色相同， 这两种颜色数量同时扩大或缩小相同倍数则两颜色仍为相 同。即 A≡B
2．光谱三刺激值 ． 在颜色匹配实验中， 在颜色匹配实验中，待测色光也可以是某一种波长 的单色光(亦称为光谱色 亦称为光谱色)， 的单色光 亦称为光谱色 ，对应一种波长的单色光可以得 到一组三刺激值R、 、 。 到一组三刺激值 、G、B。对不同波长的单色光做一系 列类似的匹配实验， 列类似的匹配实验，可以得到对应于各种波长单色光的 三刺激值。 三刺激值。如果将各单色光的辐射能量值都保持为相同 (这样的光谱分布称为等能光谱 来做上述一系列实验，所 这样的光谱分布称为等能光谱)来做上述一系列实验 这样的光谱分布称为等能光谱 来做上述一系列实验， 得到的三刺激值称为光谱三刺激值，也就是匹配等能光 得到的三刺激值称为光谱三刺激值， 谱色的三原色的数量。 表示。 谱色的三原色的数量。用符号 r , g , b 表示。光谱 三刺激值又称为颜色匹配函数， 三刺激值又称为颜色匹配函数，它的数值只决定于人眼 的视觉特性。 的视觉特性。匹配方程表示为
nA ≡ nB
根据代替律可知，只要在感觉上颜色是相同的， 根据代替律可知， 只要在感觉上颜色是相同的， 便可 以互相代替，所得的视觉效果是相同的， 以互相代替， 所得的视觉效果是相同的， 因而可以利用 颜色混合的方法来产生或代替所需要的颜色。 例如： 颜色混合的方法来产生或代替所需要的颜色 。 例如 ： 如果没有B种颜色 种颜色， 设 A + B ≡ C ，如果没有 种颜色，但是 X + Y ≡ B ，那 么 A + ( X + Y ) ≡ C 。这个由代替而产生的混合色与原来 的混合色具有相同的效果。 的混合色具有相同的效果。 (4) 混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度 总和，称为亮度相加定律。 总和，称为亮度相加定律。 格拉斯曼定律仅适用于各种颜色光的相加混合过程。 格拉斯曼定律仅适用于各种颜色光的相加混合过程。 三、颜色匹配方程 颜色匹配的结果可用格拉斯曼定律来阐述， 颜色匹配的结果可用格拉斯曼定律来阐述，还可以 用代数式和几何图形来表示。 用代数式和几何图形来表示。 用代数式表示色匹配称为颜色匹配方程 用代数式表示色匹配称为颜色匹配方程 表示为下列方程： 表示为下列方程
CIE标准色度学系统
28
29
21
1—CIE1931标准色度学系统
CIE1931标准色度图 特点： 1.x +y + z=1 ∆λ=5nm 2.光谱轨迹特点 3.三原色坐标 4.无亮度线 5.等能白光点 6.主波长 7.色饱和度 8.混合中间色 1.700-770nm 9.颜色视觉特点 2.540-700nm
3.380-540nm 4.互补色
22
2—CIE1964补充色度学系统
• 适用范围：适合10°大视场观察
实验者 三原色 被试数 量 视场范围 三原色单位规定
645.2nm红光、 斯泰尔和 526.3nm绿光、 伯奇 444.4nm蓝光 640nm红光、 斯柏林斯 545nm绿光、 卡娅 465nm蓝光
49
10°
相加匹配NPL白色的条件 下，定三者为等量关系
11
12
1—CIE1931标准色度学系统
1931CIE-RGB系统的缺陷： 标定光谱的三原色总是有负值出现，计算起来极不方 便、且不易理解。
改进
1931标准色度学系统
1931CIE-XYZ系统(CIE1931标准色度学系统) 在1931CIE-RGB系统的基础上，改用三个假设的三原色 （X），（Y），（Z）建立了一个新的色度图，同时将匹 配等能光谱各种颜色的三原色数值标准化。
莱特
10
2°
630nm红光、 吉尔德 542nm绿光、 460nm蓝光
7
2°
相加匹配NPL白色的条件 下，定三者为等量关系
7
8
接近三原色三角 形的中心
9
1—CIE1931标准色度学系统
1931CIE-RGB色度学系统由二人的结果经过结合、转换 取平均值得到
CIE标准色度学系统说明
CIE标准色度学系统说明二、 1931CIE-XYZ标准色度系统所谓1931CIE-XYZ系统，确实是在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。
（一）、CIE-RGB系统与CIE-XYZ系统的转换关系选择三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。
它们在图5-27中的色度坐标分不为：从图5-27中能够看到由XYZ形成的虚线三角形将整个光谱轨迹包含在内。
因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。
在XYZ系统中所得到的光谱三刺激值、、、和色度坐标x、y、z将完全变成正值。
经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011B …………………………（5-8）Z= 0.010G+0.990B两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）………………(5-9)z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）这确实是我们通常用来进行变换的关系式，因此，只要明白某一颜色的色度坐标r、g、b，即能够求出它们在新设想的三原色XYZ颜色空间的的色度坐标x、y、z。
通过式（5-9）的变换，对光谱色或一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能白光的色度坐标仍然是（0.33，0.33），没有改变。
表5-3是由CIE-RGB系统按表5-2中的数据，由式（5-9）计算的结果。
从表5-3中能够看到所有光谱色度坐标x(l)，y(l)，z(l)的数值均为正值。
色度学原理与CIE标准色度学系统讲座课件
1976年加以修订，并正式被采用。 • CIE为此还提出了确定的参照光源，称“CIE标准光源”。
§2-1
选定三原色
1、其中任何一种原色不能被其他两种原色匹配 2、三色之间的光谱间隔大，匹配色覆盖的颜色最多
3、容易实现
CIE确定：
Red
Green Blue
nm
700
546.1
435.8
为标准三原色
这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出
§3-2 ＸＹＺ系统的光谱三刺激值
• 依据光谱三刺激值与色品坐标之间的关系有
（ x x( ） ） （ x y( ） ） （ x z( ） ） （ x） （ y） （ z）
• 并且国际照明委员会规定：CIE1931XYZ系统的Y(λ) 与光谱光视效率V（λ）相一致： Y(λ) = V（λ） 所以有：
• 经过中心白色点直线连接的颜色互为补 色。
CIE1931XYZ标准色度系统
• CIE1931XYZ标准色度（观察者） （ x）（ y、 ）（ z、 ） • 和CIE1931XYZ标准色度图一起构成了 • CIE1931XYZ标准色度系统 • CIE1931XYZ标准色度系统是国际上色度计算、颜
是否比必需做匹配实验？
• 怎样利用颜色的光谱构成，确定颜色的三刺激 值？
• CIE规定了以上问题的解决方案—CIE标准色 度学系统
§2 CIE标准色度学系统
• 国际照明委員会(Commission Internationale ed I‘Eclairage-CIE) 光度学和色度学的国际学术研究机构。
• 并考虑E()所对应的波长间隔△ 得：
780
CE38C0E（）
780
C 780
§2-1
选定三原色
1、其中任何一种原色不能被其他两种原色匹配 2、三色之间的光谱间隔大，匹配色覆盖的颜色最多
3、容易实现
CIE确定：
Red
Green Blue
nm
700
546.1
435.8
为标准三原色
这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出
§3-2 ＸＹＺ系统的光谱三刺激值
• 依据光谱三刺激值与色品坐标之间的关系有
（ x x( ） ） （ x y( ） ） （ x z( ） ） （ x） （ y） （ z）
• 并且国际照明委员会规定：CIE1931XYZ系统的Y(λ) 与光谱光视效率V（λ）相一致： Y(λ) = V（λ） 所以有：
• 经过中心白色点直线连接的颜色互为补 色。
CIE1931XYZ标准色度系统
• CIE1931XYZ标准色度（观察者） （ x）（ y、 ）（ z、 ） • 和CIE1931XYZ标准色度图一起构成了 • CIE1931XYZ标准色度系统 • CIE1931XYZ标准色度系统是国际上色度计算、颜
是否比必需做匹配实验？
• 怎样利用颜色的光谱构成，确定颜色的三刺激 值？
• CIE规定了以上问题的解决方案—CIE标准色 度学系统
§2 CIE标准色度学系统
• 国际照明委員会(Commission Internationale ed I‘Eclairage-CIE) 光度学和色度学的国际学术研究机构。
• 并考虑E()所对应的波长间隔△ 得：
780
CE38C0E（）
780
C 780
《CIE标准色度系统》课件
XYZ色彩空间
XYZ色彩空间可以用于表示任何一种颜色，并且可以进行颜色与物理光谱之 间的转换。
CIE RGB色彩空间
CIE RGB色彩空间由红色、绿色和蓝色构成，常用于彩色显示器和电视等设 备中。
CIE L*a*b*色彩空间
CIE L*a*b*色彩空间是用于描述人眼所感受到的颜色，其中L*表示亮度，a*表 示绿色-红色的差异，b*表示黄色-蓝色的差异。
L*表示亮度，a*表示绿色-红色的差异，b*表 示黄色-蓝色的差异，用于描述人眼所感受 到的颜色。
CIE RGB色彩空间
由红色、绿色和蓝色构成，用于彩色显示器 和电视等设备中。
CIE L*u*v*色彩空间
L*表示亮度，u*表示从青色到红色的颜色， v*表示从洋红色到黄色的颜色，用于计算颜 色的距离。
《CIE标准色度系统》PPT课件
CIE标准色度系统的全面介绍，从基本概念到应用场景等各个方面，展现出色 彩世界的多样性和美妙。
什么是CIE标准色度系统
CIE是国际照明委员会的简称。CIE标准色度系统是一种用于描述颜色的国际 标准。
CIE标准色度系统的应用
1 颜色标示和描述
用于准确标示和描述各 种颜色，确保一致性和 标准化。
CIE L*u*v*色彩空间
CIE L*u*v*色彩空间是用于计算颜色的距离，其中L*表示亮度，u*表示从青色 到红色的颜色，v*表示从洋红色到黄色的颜色。
2 在线色彩选择和管
理
帮助设计师和艺术家在 线选择和管理色彩，提 供各种调色工具和准确 的色彩数值。
3 打印和出版领域
在打印和出版领域，确 保色彩准确传递，并保 持印刷品质量的一致性。
CIE标准色度一种颜色，并将颜色与物理光 谱之间进行转换。
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n
C i
i 1
b C 1 b C 1 1 C C 2 b 2 2 C C n n b ni n 1C ib i
n
C i
i 1
2
5.4 色谱图
确定 R*、G*、B*，
与各种不同波长的单色光
G*
的颜色相匹配，从而得出 C 500*
各光谱单色光相对于选定
C o*
三原色的色度值。光谱色
2
2-5 CIE
标 准 色 度 学 系
色 度 学 原 理 与
统
2
颜色光的匹配实验
2
5.2 同颜色光亮度的相加
设有三个不同颜色的色光 ：P*、Q*、R*
相应色的单位量值：[P]、[Q]、[R]
p、q、r 分别为颜色P*、Q*、R*的强度。
调出[P]/ Lp、[Q] / Lq、[R] / Lr，使这些光 亮度相等。Lp、Lq、Lr即为单位颜色[P]、[Q]、 [R]的光亮度比值。
g E
d
g ( )k( V )E ( ) d
r( )L [R ] g ( )L [G ] b ( )L [B ]
b ( )k( V )E ( )
b E
d
d
r( )L [R ] g ( )L [G ] b ( )L [B ]
相应 [R]、[G]、[B] 的相对光亮度值： L[R]= 1.0000 、L[G] = 4.5907 、L[B] = 0.0691 ， 从而颜色C*的单位光亮度为
L[C] = r L[R] + g L[G] + b L[B] 若已知颜色C*的光亮度为L，并且测量得颜 色C*的r、g、b值，则颜色C*的色量为
b ( ) k ( ) b V ( ) /r ( [ ) L [ R ] g ( ) L [ G ] b ( ) L [ B ] ]
其中k为规化系数。于是得：
r E ： g E ： b E r ( ) E ( ) d ： g ( ) E ( ) d ： b ( ) E ( ) d
2
5.6.1 色度坐标的转换
已知：[X] 的色度坐标：（rX，gX，bX） [Y]的色度坐标： （rY，gY，bY） [Z] 的色度坐标：（rZ，gZ，bZ）
则[X]、[Y]、[Z]在R*、G*、B*中的色向量分别为：
[X] = rX [R] + gX [G] + bX [B] [Y] = rY [R] + gY [G] + bY [B] [Z] = rZ [R] + gZ [G] + bZ [B] 对X*、Y*、Z*体系按照不同的规化条件，因此有
2 色光混合：
设色光
C1[C1]
C2[C2]
三刺激值： R1、G1、B1
R2、G2、B2
色度坐标： r1、g1、b1
r2、g2、b2
经过色光混合后色光为C12[C12]，则颜色C12[C12]为
C12[C12] = C1[C1] + C2[C2]
= R1[R] + G1[G] + B1[B]+ R2[R] + G2[G] + B2[B] = (R1 + R2)[R] + (G1 + G2 )[G] + (B1 + B2 )[B]
2
令 r ( ) k ( ) r V ( ) /r ( [ ) L [ R ] g ( ) L [ G ] b ( ) L [ B ] ]
g ( ) k ( ) g V ( ) /r ( [ ) L [ R ] g ( ) L [ G ] b ( ) L [ B ] ]
=(C1r1+C2r2)[R]+(C1g1+C2g2)[G]+(C1b1+C2b2)[B]
2
所以 C12 = C1(r1 + g1 + b1) + C2(r2 + g2 + b2) = C1 + C2
r1 2C C 1 r1 1 C C 2 2 r2， g 1 2C 1 C g 1 1 C C 2 2 g 2， b 1 2C 1 C b 1 1 C C 2 2 b 2
1 [500 nm]
= -10 [R] + 39 [G] + 20 [B]
1 [600 nm]
= 95 [R] + 30 [G] + 0 [B]
1 [500 nm] + 1 [600 nm] = 85 [R] + 69 [G] + 20 [B]
2
5.2.2 颜色方程
在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、 G、B来表示颜色，而用三原色各自占R+G+B总 量的相对比值表示颜色。 色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比 值。 对颜色C*而言，其色度坐标为：
{X} = kX [X] = kX rX [R] + kX gX [G] + kX bX [B] {Y} = kY [Y] = kY rY [R] + kY gY [G] + kY bY [B] {Z} = kZ [Z] = kZ rZ [R] + kZ gZ [G] + kZ bZ [B] 其化中系数kX。、kY 、kZ 为确定{X}、{Y}、{Z}单位向量的规
这就是说，在色三角形坐标中两色混合的 色度，相当于C1*、C2*两色依其色量C1 、C2而 形成的重心点。
2
n 个不同色颜色相混合
则其色度坐标应为：
rC 1 C r11 C C 2r 2 2 C C n nrni n 1C iri
n
C i
i 1
g C 1 g C 1 1 C C 2 g 2 2 C C n n g ni n 1C ig i
光谱色 的色度坐标r()、g()、b()。 首先找出单色光E()d的色量值dC()， 单色光E()d的亮度：kV()E()d， 其对应的C值dC()： dC()=kV()E()d/[r()L[R]+g()L[G]+b()L[B]]
2
5.5 光谱三刺激值
再由式（2-10）得色光E的色度坐标为：
54
100 [G] produce :
0100 75100源自[R] produce :0
0 100
To match 1 power unit of 500 nm β γ ρ 2
1 unit of 500 nm produces
20 40 20
20 [B]
20 1 0.8
39 [G]
0 39 29.2
W*
是最纯的，想用三原色混
合得到是不可能的。
B*
R*
实验中采用：光谱色+ 适当的白光 例： C500*= C1[C1] = W1[W] + Co* ，
Co* = G1[G] + B1[B] ， 因而有：C1[C] + W1[W] = G1[G] + B1[B]
2
C1[C] + W1[W] = G1[G] + B1[B] 式改写为 C500* = C1[C1] = G1[G] + B1[B] - W1[W] = G1[G] +B1[B] –W1{(1/3)[R]+(1/3)[G] +(1/3)[B]} = (– W1 /3)[R] + (G1 –W1/3)[G] + (B1 –W1/3) [B] 光谱色C500*相应的色度坐标 r1、g1、b1为
Blue 0.0691
2
Mixture 5.6508
1 Red unit = [R] = 1.0000 cd/m2 ;
1 Green unit = [G] = 4.5907 cd/m2 ;
1 Blue unit = [B] = 0.0691 cd/m2 .
β
γρ
100 [B] produce :
100
选择
光
亮
度
单
位
，
则
L
p
、
L
q
、
L
为
r
[
P
]
、
[Q]、[R]各单位颜色的光亮度值。
因此，Lp、Lq、Lr是单位颜色[P]、[Q]、[R] 的光亮度系数。
2
5.2 同颜色光亮度的相加
p [P]、q [Q]两色混合，与 r [R]光亮度比较
实验证明：
当 p、q、r 满足下列数值关系时，被比较 的两光亮度相等。
20 [B] + 39 [G] =
20 40 30
1 unit of 500 nm produces 10 of R produces 1 [ 500 nm ] +10 [R] =
20 40 20 0 0 10 20 40 30
1 [ 500 nm ] +10 [R] is matched by 39 [G] + 20 [B]
对于任一色光，只要测得它的光谱功率分布， 就能计算求得这一色光的色度坐标。
r()、 g()、 b() 称为光谱三刺激值。 需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的 红、绿、蓝三原色有关。一般来说，光谱三刺 激值在某些波段会出现负值。
2
5.6 色度转换
5.6.1 色度坐标的转换
三原色
R*、G*、B* X*、Y*、Z*
C = L / L[C] = L / ( r L[R] + g L[G] + b L[B] )
2
5.3 色度相加原理