顏色測量中與色度學(xué)相關(guān)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(guī)范化顏色測量,對顏色測量的理論做了相應(yīng)的規(guī)定。本文對顏色測量中與色度學(xué)相關(guān)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:
光是人們感知色彩的必要條件。光的波長決定了光的顏色,光的能量決定了光的強度。當(dāng)光源發(fā)射出的光照射在物體上時,物體選擇吸收特定波長的光,而將其余波長的光反射或透射出來,人眼感知到這些反射出來的光,產(chǎn)生感覺,就得到物體顯示某種顏色的圖像。
可見光的波長范圍為380~780nm,不同波長的光在人們視覺中引起的色彩感覺不同,單一波長的光輻射表現(xiàn)為單一顏色。光源的輻射能量按波長分布的規(guī)律隨著光源的不同而變化,光源的顏色特性取決于在發(fā)出的光線中不同波長上的相對能量比例。
人們經(jīng)常在不同光源下辨認(rèn)顏色。有些燈光的顏色與日光很相似(如熒光燈、汞燈等),但其光譜能量分布與日光卻有很大的差別,這些光譜中缺少某些波長的單色光成分。人們在這些光源下觀察到的顏色與日光下看到的顏色是不同的,這就出現(xiàn)了光源的顯色性問題。不同的光源,由于發(fā)光物質(zhì)不同,其光譜能量分布也不相同。一定的光譜能量分布表現(xiàn)為一定的光色,對光源的光色變化,以色溫進行表征。這樣,可用光源的顯色性和色溫來評價光源的特性。在顏色測量計算中,為了使其測量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化,就要采用CIE(國際照明學(xué)會)標(biāo)準(zhǔn)光源。
標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源:
CIE規(guī)定了4種標(biāo)準(zhǔn)照明體的色溫標(biāo)準(zhǔn),括號中的數(shù)值為采用CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)測量得到的顏色的三刺激值。三刺激值就是根據(jù)顏色匹配實驗,達到與待測顏色一致時所需要的三原色的數(shù)量。
標(biāo)準(zhǔn)照明體A:代表完全輻射體在2856K發(fā)出的光(X10=09.87,Y10=100.00,Z10=35.59);
標(biāo)準(zhǔn)照明體B:代表相關(guān)色溫約為4874K的直射陽光,光色相當(dāng)于中午的日光(X10=99.09,Y10=100.00,Z10=85.32);
標(biāo)準(zhǔn)照明體C:代表相關(guān)色溫約為6774K的平均日光,光色近似陰天天空的日光(X10=98.07,Y10=100.00,Z10=118.18);
標(biāo)準(zhǔn)照明體D:代表各時間段日光的相對光譜功率分布,也稱作典型日光,其與實際日光具有很近似的相對光譜功率分布。CIE建議盡量應(yīng)用D65代表日光。標(biāo)準(zhǔn)照明體D65代表相關(guān)色溫約為6504K的日光(X10=95.05,Y10=100.00,Z10=108.91)。
CIE 推薦下列人造光源來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的規(guī)定:
標(biāo)準(zhǔn)光源A:色溫為2856K的充氣螺旋鎢絲燈,其光色偏黃。
標(biāo)準(zhǔn)光源B:A光源加一組B型D-G液體濾光器組成。
標(biāo)準(zhǔn)光源C:A光源加一組C型D-G液體濾光器組成。
標(biāo)準(zhǔn)光源D65:目前以帶濾光器的高壓氙燈的模擬最好。
CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng):
CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)作為色度學(xué)系統(tǒng),闡述了用數(shù)量表征顏色的方法。為避免采用紅、綠、藍三原色刺激值在計算中的負(fù)值問題,在CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)顏色是以三刺激值中的X10、Y10、Z10表示。計算方法如下:
色品坐標(biāo)以X10、Y10表示:
式中,X10、Y10、Z10分別為CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)10°視場中顏色的三刺激值(下標(biāo)10表示10°視場)。
φ(λ)為色刺激函數(shù)。
x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)分別為CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中的色匹配函數(shù)。
△λ為波長間隔。
l和μ分別為可見光譜短波及長波界限的求和界限。
K為歸一化函數(shù),以完全反射漫射體的三刺激值Y10=100時求得。其表達式如下:
式中,s(λ)為相對光譜功率分布。
CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中的色匹配函數(shù)是CIE在視場角度為10°的條件下得到的,根據(jù)此色匹配函數(shù)可測量4°~10°視場條件下物體顏色的三刺激值X10、Y10、Z10。視場的適度增大,有利于提高顏色匹配的精度。
在CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中,通過色品坐標(biāo)與三刺激值的關(guān)系,可以由色匹配函數(shù)x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)計算得到光譜色在色品坐標(biāo)系x10-y10中的坐標(biāo)值,從而得到色品圖,下圖中的曲線為光譜軌跡。CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)規(guī)定以相等數(shù)量的三刺激值匹配出等能白光E,等能白點在色品圖中的位置以色品坐標(biāo)為x10=0.3333、y10=0.3333。
均勻顏色空間:
CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)以定量的數(shù)值表征顏色,并且以兩種顏色在某一光源下對應(yīng)的三刺激值X、Y、Z分別相等作為兩種顏色是否等色的條件。但是,在這種色度學(xué)系統(tǒng)中,兩對顏色以人眼觀察時,視覺感覺到的顏色基本相同,這兩對顏色在色度學(xué)系統(tǒng)中計算得到的三刺激值X、Y、Z卻可能相差很多。均勻顏色空間的目的就是將人眼辨色和色度系統(tǒng)的計算結(jié)果統(tǒng)一,以使在這個均勻的色差空間中,每個點能代表一種顏色,空間中兩點之間的距離就代表兩種顏色的色差。
CIE1976(L*a*b*)色空間就是這樣一個由L*a*b*三個色坐標(biāo)表示的色度空間,是一個三維體系,a*、b*軸組成的平面標(biāo)識顏色的色調(diào),L*標(biāo)識顏色的明度,a*也稱為紅綠值,b*也稱為黃藍值。
在應(yīng)用CIE1976(L*a*b*)色空間將三刺激值轉(zhuǎn)換為L*a*b*色坐標(biāo)時,需要注意其應(yīng)用范圍。在測定出色樣的三刺激值X10、Y10、Z10后,需要與CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體(常用D65)、10°視場下,完全反射漫射體的三刺激值Xn、Yn、Zn(標(biāo)準(zhǔn)照明體D65、10°視場時,Xn=94.81,Yn=100.00,Zn=107.34)進行比較,以確定色樣是否屬于極深顏色,具體條件如下:
當(dāng)X10/Xn、Y10/Yn、Z10/Zn均大于0.008856時,色樣不屬于極深顏色,則:
當(dāng)X10/Xn、Y10/Yn、Z10/Zn均小于等于0.008856時,色樣屬于極深顏色,則: