顏色測量中與色度學相關的一些基本顏色理論
2024-03-19
在顏色的測量過程中,會受到多種主客觀因素的影響,因此CIE為了規范化顏色測量,對顏色測量的理論做了相應的規定。本文對顏色測量中與色度學相關的一些基本顏色理論做了介紹,對此感興趣的朋友不妨了解一下!
光與顏色:
光(guang)(guang)(guang)是人們感(gan)知色(se)彩的(de)必要條件。光(guang)(guang)(guang)的(de)波(bo)長(chang)決(jue)定(ding)(ding)了(le)(le)光(guang)(guang)(guang)的(de)顏色(se),光(guang)(guang)(guang)的(de)能量決(jue)定(ding)(ding)了(le)(le)光(guang)(guang)(guang)的(de)強度。當光(guang)(guang)(guang)源發(fa)射出(chu)的(de)光(guang)(guang)(guang)照射在物體(ti)上時,物體(ti)選擇吸收特(te)定(ding)(ding)波(bo)長(chang)的(de)光(guang)(guang)(guang),而將其余波(bo)長(chang)的(de)光(guang)(guang)(guang)反射或透射出(chu)來,人眼(yan)感(gan)知到(dao)這(zhe)些反射出(chu)來的(de)光(guang)(guang)(guang),產生感(gan)覺,就得到(dao)物體(ti)顯示某種顏色(se)的(de)圖像。
可見(jian)光(guang)的(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)長(chang)(chang)范圍(wei)為380~780nm,不(bu)同(tong)波(bo)(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)在(zai)(zai)人們視覺中(zhong)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)色(se)彩感(gan)覺不(bu)同(tong),單一波(bo)(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)輻射表現為單一顏(yan)色(se)。光(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)輻射能量按波(bo)(bo)長(chang)(chang)分布的(de)(de)(de)(de)規律隨著光(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)而變化,光(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)特性取決于在(zai)(zai)發出的(de)(de)(de)(de)光(guang)線中(zhong)不(bu)同(tong)波(bo)(bo)長(chang)(chang)上的(de)(de)(de)(de)相對(dui)能量比例(li)。
人們(men)經(jing)常在不(bu)(bu)同(tong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)下辨(bian)認顏(yan)色(se)(se)(se)(se)。有些(xie)燈光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)與(yu)(yu)(yu)日光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)很相(xiang)似(如熒光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)燈、汞(gong)燈等),但其光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)能量分(fen)(fen)布與(yu)(yu)(yu)日光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)卻(que)有很大的(de)(de)差(cha)別,這(zhe)些(xie)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)中缺少(shao)某(mou)些(xie)波長的(de)(de)單色(se)(se)(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)成(cheng)分(fen)(fen)。人們(men)在這(zhe)些(xie)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)下觀察到(dao)的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)與(yu)(yu)(yu)日光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)下看到(dao)的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)是不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de),這(zhe)就(jiu)出現了(le)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)顯(xian)色(se)(se)(se)(se)性(xing)問題。不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan),由于(yu)發光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)物質不(bu)(bu)同(tong),其光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)能量分(fen)(fen)布也不(bu)(bu)相(xiang)同(tong)。一定(ding)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)能量分(fen)(fen)布表現為一定(ding)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)色(se)(se)(se)(se),對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)色(se)(se)(se)(se)變化,以色(se)(se)(se)(se)溫(wen)進行(xing)表征。這(zhe)樣,可(ke)用(yong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)顯(xian)色(se)(se)(se)(se)性(xing)和色(se)(se)(se)(se)溫(wen)來評價(jia)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)特性(xing)。在顏(yan)色(se)(se)(se)(se)測(ce)量計算中,為了(le)使(shi)其測(ce)量結(jie)果(guo)標準化,就(jiu)要(yao)采用(yong)CIE(國際照明(ming)學(xue)會(hui))標準光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)。
標準照明體和標準光源:
CIE規定了4種(zhong)標準(zhun)照明體的(de)色(se)溫(wen)標準(zhun),括號(hao)中(zhong)的(de)數(shu)值(zhi)為采(cai)用(yong)CIE1964補充標準(zhun)色(se)度(du)系統測量得到的(de)顏(yan)色(se)的(de)三刺激值(zhi)。三刺激值(zhi)就是根據顏(yan)色(se)匹配實驗,達(da)到與待測顏(yan)色(se)一(yi)致時所需要的(de)三原(yuan)色(se)的(de)數(shu)量。
標準(zhun)照明體(ti)(ti)A:代表完全輻射體(ti)(ti)在2856K發出的光(X10=09.87,Y10=100.00,Z10=35.59);
標準照明體B:代表相關(guan)色溫約為4874K的(de)直(zhi)射陽光(guang)(guang),光(guang)(guang)色相當于中午的(de)日光(guang)(guang)(X10=99.09,Y10=100.00,Z10=85.32);
標準(zhun)照明體C:代表相關色(se)溫(wen)約為(wei)6774K的(de)平均日光(guang),光(guang)色(se)近似陰天天空的(de)日光(guang)(X10=98.07,Y10=100.00,Z10=118.18);
標(biao)(biao)準(zhun)照明體D:代表(biao)各時間段日(ri)(ri)光(guang)(guang)(guang)的相(xiang)(xiang)對(dui)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)功率分布(bu),也(ye)稱作(zuo)典型日(ri)(ri)光(guang)(guang)(guang),其與實(shi)際日(ri)(ri)光(guang)(guang)(guang)具有(you)很近似的相(xiang)(xiang)對(dui)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)功率分布(bu)。CIE建議盡量應用D65代表(biao)日(ri)(ri)光(guang)(guang)(guang)。標(biao)(biao)準(zhun)照明體D65代表(biao)相(xiang)(xiang)關色溫約為6504K的日(ri)(ri)光(guang)(guang)(guang)(X10=95.05,Y10=100.00,Z10=108.91)。
CIE 推(tui)薦(jian)下列人(ren)造光源來實現(xian)標準(zhun)照明體的規定(ding):
標準光源A:色溫(wen)為(wei)2856K的充(chong)氣螺旋鎢(wu)絲燈(deng),其光色偏黃(huang)。
標準光源B:A光源加(jia)一組(zu)B型D-G液體濾光器組(zu)成。
標準光源(yuan)C:A光源(yuan)加(jia)一(yi)組(zu)C型D-G液體濾光器組(zu)成。
標準光源D65:目前以帶(dai)濾光器(qi)的(de)(de)高(gao)壓氙(xian)燈(deng)的(de)(de)模(mo)擬最好。
CIE1964補充標準色度系統:
CIE1964補充(chong)標(biao)準(zhun)色(se)(se)度系(xi)統(tong)作為(wei)色(se)(se)度學系(xi)統(tong),闡(chan)述(shu)了用數量表征(zheng)顏色(se)(se)的方法。為(wei)避免采用紅、綠、藍三原色(se)(se)刺激(ji)值在(zai)計算中(zhong)(zhong)的負值問題(ti),在(zai)CIE1964補充(chong)標(biao)準(zhun)色(se)(se)度系(xi)統(tong)顏色(se)(se)是以三刺激(ji)值中(zhong)(zhong)的X10、Y10、Z10表示。計算方法如下:
色品坐標以X10、Y10表示(shi):
式中,X10、Y10、Z10分別為CIE1964補充標(biao)準色度系(xi)統10°視場(chang)中顏色的三刺激(ji)值(下標(biao)10表示10°視場(chang))。
φ(λ)為(wei)色刺激函數。
x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)分(fen)別(bie)為CIE1964補充標(biao)準色(se)度系統中的色(se)匹(pi)配(pei)函數。
△λ為波長間隔。
l和(he)μ分別為可見光譜短波及長波界(jie)限(xian)的求和(he)界(jie)限(xian)。
K為歸一化函數,以完全反射漫射體的(de)三刺(ci)激值Y10=100時(shi)求(qiu)得。其表達式(shi)如下(xia):
式中,s(λ)為(wei)相(xiang)對光譜功率分(fen)布。
CIE1964補充標準色(se)度系統中的(de)(de)(de)(de)色(se)匹配函數(shu)(shu)是CIE在視場(chang)(chang)(chang)角度為10°的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下得到的(de)(de)(de)(de),根據此(ci)色(se)匹配函數(shu)(shu)可(ke)測量4°~10°視場(chang)(chang)(chang)條(tiao)件(jian)下物(wu)體顏色(se)的(de)(de)(de)(de)三刺激值X10、Y10、Z10。視場(chang)(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)適度增大,有利于提高顏色(se)匹配的(de)(de)(de)(de)精度。
在(zai)CIE1964補充標(biao)準色(se)度系統中(zhong)(zhong),通過色(se)品(pin)坐(zuo)標(biao)與(yu)三刺(ci)激(ji)值(zhi)的(de)(de)(de)關系,可以由(you)色(se)匹配(pei)函數x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)計算得到(dao)(dao)光(guang)譜色(se)在(zai)色(se)品(pin)坐(zuo)標(biao)系x10-y10中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)值(zhi),從而得到(dao)(dao)色(se)品(pin)圖(tu),下(xia)圖(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)曲線為(wei)光(guang)譜軌跡。CIE1964補充標(biao)準色(se)度系統規定以相等數量的(de)(de)(de)三刺(ci)激(ji)值(zhi)匹配(pei)出等能白(bai)光(guang)E,等能白(bai)點在(zai)色(se)品(pin)圖(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)位置以色(se)品(pin)坐(zuo)標(biao)為(wei)x10=0.3333、y10=0.3333。
均勻顏色空間:
CIE1964補充(chong)標(biao)準色(se)(se)(se)度(du)系(xi)統以(yi)定(ding)量的(de)(de)數值(zhi)表(biao)(biao)征顏(yan)色(se)(se)(se),并且以(yi)兩種顏(yan)色(se)(se)(se)在(zai)(zai)(zai)某(mou)一光(guang)源下(xia)對(dui)(dui)應的(de)(de)三(san)刺激(ji)值(zhi)X、Y、Z分別相(xiang)等作(zuo)為兩種顏(yan)色(se)(se)(se)是否等色(se)(se)(se)的(de)(de)條件(jian)。但(dan)是,在(zai)(zai)(zai)這種色(se)(se)(se)度(du)學系(xi)統中(zhong),兩對(dui)(dui)顏(yan)色(se)(se)(se)以(yi)人眼觀察時,視覺感覺到的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)基本相(xiang)同,這兩對(dui)(dui)顏(yan)色(se)(se)(se)在(zai)(zai)(zai)色(se)(se)(se)度(du)學系(xi)統中(zhong)計算得到的(de)(de)三(san)刺激(ji)值(zhi)X、Y、Z卻可能(neng)相(xiang)差很(hen)多。均勻顏(yan)色(se)(se)(se)空間(jian)(jian)的(de)(de)目的(de)(de)就是將人眼辨(bian)色(se)(se)(se)和色(se)(se)(se)度(du)系(xi)統的(de)(de)計算結果統一,以(yi)使在(zai)(zai)(zai)這個(ge)均勻的(de)(de)色(se)(se)(se)差空間(jian)(jian)中(zhong),每個(ge)點(dian)能(neng)代表(biao)(biao)一種顏(yan)色(se)(se)(se),空間(jian)(jian)中(zhong)兩點(dian)之間(jian)(jian)的(de)(de)距離(li)就代表(biao)(biao)兩種顏(yan)色(se)(se)(se)的(de)(de)色(se)(se)(se)差。
CIE1976(L*a*b*)色(se)(se)(se)空(kong)間就(jiu)是這樣一(yi)個由L*a*b*三(san)(san)個色(se)(se)(se)坐標(biao)表示的(de)色(se)(se)(se)度(du)(du)空(kong)間,是一(yi)個三(san)(san)維體(ti)系,a*、b*軸組成的(de)平面標(biao)識顏色(se)(se)(se)的(de)色(se)(se)(se)調(diao),L*標(biao)識顏色(se)(se)(se)的(de)明度(du)(du),a*也(ye)稱為(wei)紅綠(lv)值,b*也(ye)稱為(wei)黃(huang)藍值。
在(zai)應(ying)用CIE1976(L*a*b*)色空間將三(san)刺激(ji)(ji)值(zhi)轉換為L*a*b*色坐標時(shi),需要注意其應(ying)用范圍。在(zai)測定(ding)出色樣(yang)的(de)三(san)刺激(ji)(ji)值(zhi)X10、Y10、Z10后,需要與CIE標準(zhun)照明體(ti)(常用D65)、10°視場(chang)下,完全反射漫射體(ti)的(de)三(san)刺激(ji)(ji)值(zhi)Xn、Yn、Zn(標準(zhun)照明體(ti)D65、10°視場(chang)時(shi),Xn=94.81,Yn=100.00,Zn=107.34)進行(xing)比(bi)較,以確(que)定(ding)色樣(yang)是否屬于極深(shen)顏色,具體(ti)條件(jian)如下:
當X10/Xn、Y10/Yn、Z10/Zn均大于0.008856時,色(se)樣(yang)不屬于極深顏色(se),則:
當X10/Xn、Y10/Yn、Z10/Zn均(jun)小于(yu)等于(yu)0.008856時,色(se)樣屬(shu)于(yu)極深顏色(se),則: