為了對顏色進行定量的表達,規(guī)范化顏色描述與計算的方法,CIE規(guī)定了用于顏色描述的標準色度系統(tǒng)。那么,CIE色度系統(tǒng)有哪些?CIE色度系統(tǒng)顏色三刺激值怎么計算?本文對CIE色度系統(tǒng)的類型及CIE色度系統(tǒng)顏色三刺激值的計算方法進行了詳細的介紹,對色度學知識感興趣的朋友不妨了解一下!
CIE色度系統(tǒng)的基本概念:
色調(diào)(hue):表示紅、黃、綠、藍、紫等顏色特性。顏色的三屬性之一。
明度(lightness):物體表面相對明暗的特性。在同樣的照明條件下,以白板作為基準,對物體表面的視知覺特性給予的分度。顏色的三屬性之一。
三刺激值(tristimulus values):在三色系統(tǒng)中,與待測色刺激達到色匹配所需的三種參照色刺激的量。
光譜三刺激值(spectral tristimulus values):在三色系統(tǒng)中,等能單色輻射的三刺激值。在CIE1931和CIE1964標準表色系統(tǒng)中分別用x(λ),y(λ),z(λ)和x10(λ),Y10(λ),Z10(λ)表示。
飽和度(saturation):用以估計純彩色在整個視覺中的成分的視覺屬性。顏色的三屬性之一。
光譜功率分布(spectral power distribution):光譜密度與波長之間的函數(shù)關系。
色品坐標(chromaticity coordinates):各個三刺激值與它們之和的比。
色差(color difference)△E:以定量表示的色知覺差異。
CIE色度系統(tǒng)的類型:
1.CIE1931標準色度系統(tǒng)
用來描述顏色的色調(diào)、明度、飽和度等是主觀的,這使得顏色的比較顯得困難。1931年,國際照明委員會(簡稱CIE)統(tǒng)一了多個顏色匹配實驗,在對人的顏色知覺特性研究的基礎上制定了一個標準,這個標準定義了一個用三刺激值來表示顏色的三維空間,即CIE1931RGB標準色度系統(tǒng),奠定了現(xiàn)代色度學的基礎。在此色品圖中,馬蹄形曲線是由所有光譜色在色品圖上的坐標點連接起來的,稱為光譜軌跡,如下圖所示。
CIE1931-RGB標準色度系統(tǒng)的計算中使用的光譜三刺激值會出現(xiàn)負值,這對于計算不方便,并且它的物理意義也比較難易理解。為了消除這一弊端,CIE推薦了CIE1931-XYZ系統(tǒng),它使用三個在物理中并不存在的三原色[X]、[Y]、[Z],代替RGB色度系統(tǒng)中的三原色[R]、[G]、[B],并選擇匹配等能白光,確定三刺激值的單位。CIE1931-XYZ系統(tǒng)的標準色度觀察者光譜三刺激值稱為CIE1931標準色度觀察者顏色匹配函數(shù),簡稱為CIE1931標準色度觀察者,如下圖所示。
在CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)中,光譜色色品坐標的計算方法如下:
CIEx-y色品圖的光譜軌跡如下圖所示,光譜軌跡上的顏色飽和度最高。該馬蹄形曲線包圍的面積內(nèi)包含了一切在物理上能實現(xiàn)的顏色。
2.CIE1964標準色度系統(tǒng)
CIE1931標準色度觀察者的數(shù)據(jù)代表了在2°市場內(nèi)的色覺平均特性,經(jīng)過實踐表明,人眼在觀察大于4°的視場時,標準觀察者函數(shù)在波長380nm-460nm范圍內(nèi)的數(shù)值偏低,為了校正該區(qū)間內(nèi)的數(shù)值,CIE規(guī)定了CIE1964補充標準色度觀察者光譜三刺激值,簡稱為CIE1964標準色度觀察者函數(shù),如下圖所示,對應的色度系統(tǒng)也稱為CIE-X10Y10Z10標準色度系統(tǒng)。由圖中可以看出,CIE1964標準色度觀察者函數(shù)和CIE1931標準色度觀察者函數(shù)基本一致,當人的觀察視場大于4°時,為了得到精確的結果,應該使用前者進行計算。
CIE色度系統(tǒng)顏色三刺激值計算方法:
三刺激值在計算之前,必須用光譜輻射計測量待測顏色的相對光譜功率分布。CIE1931-XYZ色度系統(tǒng)的顏色三刺激值計算公式如下:
其積分范圍為可見光波長范圍內(nèi)。CIE1964-XYZ色度系統(tǒng)的顏色三刺激值計算方法相同,但必須把CIE1931標準色度觀察者替換為CIE1964標準色度觀察者。在實際計算中,上式可以用求和近似代替積分。
其中,φ(λ)為顏色刺激函數(shù),即進入人眼產(chǎn)生顏色感覺的光能量,當測量自發(fā)光體時,就是發(fā)光物體的相對光譜功率分布,當測量透明物體或反射體時,就是透射后或反射后的相對光譜功率分布。
k是歸一化常數(shù),對于自發(fā)光體一般是將光源的Y值調(diào)整為100,求常數(shù)k,這樣求得的三刺激值是色度單位。如果在CIE1931標準色度系統(tǒng)中,Y值要求用絕對光度量表示時,對自發(fā)光體的三刺激值計算,通常不是將Y歸一化為100,而是使歸一化常數(shù)k等于683lm/w,即用最大光譜光視效率Km代替k。三刺激值Y的單位可以是lx(勒克斯)或cd/m2(坎德拉/平方米),這時Y是用亮度單位表示。對于非自發(fā)光體是將所選標準照明體的Y值調(diào)整到100,也就是將完全漫反射體和理想透射體的Y值調(diào)整到100。
計算出待測顏色的三刺激值后就可以計算該顏色的色品坐標,計算方法如下: