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2.1.4 1960 CIE-UCS计色系统[共6页]

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第2章 数字电视与平板电视中的色度学 49
在等色调波长线WG 上，彩色光F 越靠近W 点，表示彩色中包含的白光成分越多，饱和度越低，W 点则成为纯白光，色饱和度为0%；相反，彩色光F 越靠近谱色轨迹，则白光成分越少，饱和度越高，色度越纯，到G 点则成为波长为520nm 的谱色光F λ。

在1931 CIE-XYZ 色度图上彩色光F 的饱和度可按下式计算：
S C = WF WF λ × 100% （2.1.22）
由色调波长不同而饱和度相同的各点连成的曲线称为等饱和度线，如图2.1.9所示。

在图 2.1.9中，△BWR 内的彩色不能由白光和某一波长的谱色光混合得出，即图
2.1.10中的阴影区内的彩色不能由白光和某一波长的谱色光混合得出。

因为阴影面积内的颜色与基准白的连线对应的这条线称为紫线，该线上的颜色无法用单一波长的谱色代表，但可以用红端与蓝端的谱色混合而成。

现以图2.1.10中的S 2点为例，假定基准白选择等能白光W E ，W E 与S 2相连接，交于P 点，P 点无法用谱色代表。

这时可延长S 2与W E 的连线，并与光谱轨迹交于λc 。

光谱色λc 和S 2的混合可以得到等能白光W E ，称λc 为颜色S 2以基准白为W E 时的“补色波长”，或者说颜色S 2可以用“补色波长”λc
和基准白W E
来表示。

与“主波长”的概念一样，在说明某颜色的“补色波长”时，也应该附注所对应的基准白。

图2.1.10 1931 CIE-XYZ 系统的紫色区
这样，1931 CIE-XYZ 色度图就可以用舌形图来表示任意颜色的三要素：y 轴的大小代表亮度，用基准白与代表颜色色度坐标点的延长线与舌形线交点的波长代表色调，用基准白与代表颜色色度坐标的距离代表色饱和度。

2.1.4 1960 CIE-UCS 计色系统
在1931 CIE-XYZ 系统的色度图上，每一种颜色都有它相对应的色度坐标位置，可以用色度计精确地测出它的色度坐标x 、y 。

与人眼分辨亮度变化的能力一样，人眼对颜色的分辨能力也是有限的，并随着颜色类别的不同和颜色变化的趋向不同而不同，也就是说颜色坐标
50 数字电视与平板电视中的色度学
位置发生微小变化，人眼感觉不出它的变化，但仪器可以识别。

例如彩色电视机中三色荧光粉光谱的微小变化，白场色温的微小变化，人眼往往无法分辨，但用色度计可以精确测出。

可见每一种颜色虽然在色度图上对应一个确定的点，但对人眼来说却是一个范围。

人眼感觉不出颜色变化的范围叫做颜色的宽容度。

假若在1931 CIE-XYZ 系统的色度图上，当由某颜色点向另一方向颜色点变化时，在正常条件下，正常视力的观察者能看出颜色变化的最小距离称为该点颜色的刚辨差（Just
Noticeable Difference ，缩写为JND ）。

莱特和彼特选取单色光谱上不同波长的颜色，研究了人
眼对光谱不同部位的辨别能力，得到图2.1.11所示的曲线。

图2.1.11 人眼对蓝、橙红色的辨别能力（舌形曲线下半部）
从图2.1.11可以看出，在490nm 和600nm 一带的蓝色和橙红色，人的视觉的辨色能力很强，Δλ = 1nm 就能被人眼分辨出来，即人眼对这些颜色的宽容度较低；而在430～650nm 一带的绿色，人眼分辨颜色变化的能力很差，Δλ需达到5～6nm 人眼才能感觉出颜色差别，
即人眼对绿色的宽容度较大（见图2.1.12），蓝、橙红色端的刚辨差是绿色的120。

就视觉能分辨的颜色数量来说，谱色轨迹蓝、紫端的密度大于顶部绿色密度的300～400倍。

可见1931 CIE-XYZ 系统的色度图的色度空间在视觉上是不均匀的，即1931 CIE-XYZ 系统色度图上相等的空间在视觉上是不相等的，不便于反映颜色的视觉效果。

麦克亚当在1931 CIE-XYZ 系统的色度图上选取了25种常见色，做了人眼宽容度的实验，其方法和结果如图2.1.12所示。

在图2.1.12（a ）中，P 点代表一种颜色，当它朝Q 方向稍微有变化时，人眼并不能立即察觉，直到变化到Q 点的颜色时，人眼才能看出颜色变化，把PQ 称为一个刚辨差。

如果P 点颜色向Q '点方向移动，直到Q '人眼才能看出变化，同样PQ '也是一个刚辨差，但PQ 并不等于PQ '。

把不同方向、相同宽容度的门限点连接起来，就可以得到麦克亚当椭圆，它说明人眼对不同颜色以及颜色不同变化方向的宽容度不同，并呈椭圆形。

图2.1.12中的麦克亚当椭圆被放大了10倍，主要目的是为了便于观察。

在麦克亚当椭圆内的颜色变化人眼无法分辨。

为了克服1931 CIE-XYZ 计色系统的缺点，1960年国际照明委员会（CIE ）根据麦克亚当的实验结果，制定了1960 CIE 均匀色度标尺图（1960 CIE Uniform Chromaticity-Scale
Diagram ，简称1960 CIE-UCS 色度系统）。

在1960 CIE-UCS 色度图上，颜色的宽容度轨迹都近似圆形，它更适合工程上的色度计算和检验，也符合人眼的视觉特性。

1960 CIE-UCS 色度图的横坐标为u ，纵坐标为v ，它与1931 CIE-XYZ 计色系统的关系为：。

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CIE标准色度系统

CIE标准色度系统

CIE:
Commission Internationale de L'Eclairage（法）
International Commission on Illumination （英）
CIE的总部位于奥地利维也纳
引言中—国颜色科学领域的学术机构
中国照明学会（ CIE CHINA） 第1分部：视觉与颜色：
6. 光谱三刺激值：在三色系统中，匹配等能单色辐射的一系 列三刺激值。在CIE1931和CIE1964标准表色系统中分别用
x,y,z 和 x10 ,y10 ,z10 表示。
7. CIE1931色品坐标：三刺激之值与它们之和的比。
8. 均匀色空间：能以相同距离表示相同知觉色差的色空间。
9. 色差
§引 言—光源色与物体色
§引 言—光源色与物体色
引言--人眼的色视觉模型
观察者 眼睛和大脑
光源 光谱
分布特性
光
眼睛和大脑
物体
物体 吸收和
反射（透射）特 性
引言--人眼的色视觉模型
黑/白
引言--人眼的色视觉模型
黑/白
三 色 模 型
概述
引言--人眼的色视觉模型
四色(对立色Opponent-color)模型
黑/白
引言--人眼的色视觉模型
红－绿色盲测试
黑/白
引言--人眼的色视觉模型
红－绿色盲测试
黑/白
引言--人眼的色视觉模型
黄－蓝色盲测试
黑/白
§ 引 言—色度学的研究内容
颜色光学 颜色化学 颜色生理 颜色心理 颜色艺术
§ 引 言—色度学的研究内容
18世纪，牛顿揭示颜色的本质：光本身没有颜色、色环概念
15.显色性：与参考光源相比较时，光源显现物体颜色的特性。
现代色度学-第二章 CIE标准色度系统part2

现代色度学-第二章 CIE标准色度系统part2

第二部分CIE标准色度系统(CIE calorimetric system)2.6 CIE我们知道，照明光源对物体的颜色影响很大。

不同的光源，•标准光源标准照明体A：代表完全辐射体在2856K发出的光（X0=109.87，Y0=100.00，Z0=35.59）；标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光（X0=99.09，Y0=100.00，Z0=85.32）；标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光，光色近似阴天天空的日光（X0=98.07，Y0=100.00，Z0=118.18）；标准照明体D65：代表相关色温大约为6504K的日光（X0=95.05，Y0=100.00，Z0=108.91）；标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其它日光。

•CIE标准照明体A、C、D的相对光谱能量分布•CIE标准照明体A、B、C的相对光谱能量分布•CIE标准照明体D55、D65、D75的相对光谱能量分布CIE standard illuminant(1)连续光谱(2)线状光谱(3)组合光谱•Fluorescent lamps•人造光源来实现标准照明体的规定CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布（《色度学》p229-），是规定的光源颜色标准。

它并不是必须由一个光源直接提供，也并不一定用某一光源来实现。

为了实现CIE规定的标准照明体的要求，还必须规定标准光源，以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分布。

CIE推荐下列人造光源来实现标准照明体的规定：√标准光源A：色温为2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄(白织灯)。

√标准光源B：色温为4874K，由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。

光色相当于中午日光。

√标准光源C：色温为6774K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光。

√标准光源D65：CIE标准照明体A、B、C由标准光源A、B、C实现，但对于模拟典型日光的标准照明体D65，目前CIE还没有推荐相应的标准光源。

色度学原理与CIE标准色度系统

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

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。