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色度坐標(biāo)圖圖中的顏色,包括了自然所能得到的顏色。這是個(gè)二維平面空間圖,由x-y直角標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成的平面。為了適應(yīng)人們習(xí)慣于在平面坐標(biāo)系中討論變量關(guān)系,而設(shè)計(jì)出來(lái)的。在設(shè)計(jì)出該圖的過(guò)程中,經(jīng)過(guò)許多數(shù)學(xué)上的變換和演算。此圖的意義和作用,可以總結(jié)成兩句話(huà):(1)表示顏色視覺(jué)的基本規(guī)律。(2)表示顏色混合與分解....
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圖中的顏色,包括了自然所能得到的顏色。這是個(gè)二維平面空間圖,由x-y直角標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成的平面。為了適應(yīng)人們習(xí)慣于在平面坐標(biāo)系中討論變量關(guān)系,而設(shè)計(jì)出來(lái)的。在設(shè)計(jì)出該圖的過(guò)程中,經(jīng)過(guò)許多數(shù)學(xué)上的變換和演算。此圖的意義和作用,可以總結(jié)成兩句話(huà):(1)表示顏色視覺(jué)的基本規(guī)律。(2)表示顏色混合與分解的一般規(guī)律。
坐標(biāo)系——x ,y直角坐標(biāo)系
x——表示與紅色有關(guān)的相對(duì)量值。
y——表示與綠色有關(guān)的相對(duì)量值。
z——表示與藍(lán)色有關(guān)的相對(duì)量值。并且z=1-(x+y)
形狀與外形輪廓線(xiàn)
形狀——舌形,有時(shí)候也稱(chēng)“舌形曲線(xiàn)”圖。由舌形外圍曲線(xiàn)和底部直線(xiàn)包圍起來(lái)的閉合區(qū)域。舌形外圍曲線(xiàn)——是全部可見(jiàn)光單色光顏色軌跡線(xiàn),每一點(diǎn)代表某個(gè)波長(zhǎng)單色光的顏色,波長(zhǎng)從390nm到760nm。在曲線(xiàn)的旁邊。標(biāo)注了一些特征顏色點(diǎn)的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)。例如圖中510nm——520nm——530nm等。? 底部直線(xiàn)——連接390nm點(diǎn)到760nm點(diǎn)構(gòu)成的直線(xiàn),此線(xiàn)稱(chēng)為紫紅線(xiàn)。
色彩
這是一個(gè)彩色圖,區(qū)域內(nèi)的色彩,包括了一切物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色。
應(yīng)用價(jià)值——顏色的定量表示
用(x,y)的坐標(biāo)值來(lái)表示顏色。白色應(yīng)該包含在“顏色”這個(gè)概念范圍內(nèi)。
色度坐標(biāo)圖幾個(gè)特征點(diǎn)的意義
(1)E點(diǎn)—等能白光點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn),E點(diǎn)是以三種基色光,以相同的刺激光能量混合而成的。但三者的光通量并不相等。E點(diǎn)的CCT=5400K。
(2)A點(diǎn)—CIE規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)白光光源的色度坐標(biāo)點(diǎn)?? 這是一種純鎢絲燈,色溫值CCT=2856。
(3)B點(diǎn)—CIE規(guī)定的一種標(biāo)準(zhǔn)光源坐標(biāo)點(diǎn)?? B點(diǎn)的CCT=4874K,代表直射日光。
(4)C點(diǎn)—CIE確認(rèn)的一種標(biāo)準(zhǔn)日光光源坐標(biāo)點(diǎn)(晝光)? C點(diǎn)的CCT=6774K。
(5)D點(diǎn)—有時(shí)候也標(biāo)為?? D光源稱(chēng)為典型日光,或重組日光;CCT=6500K。??
三條特殊線(xiàn)
(1)黑體色溫軌跡線(xiàn):在舌形曲線(xiàn)的中部,跨過(guò)白色區(qū),有一條向下彎的曲線(xiàn),這就是黑體色溫軌跡線(xiàn)。這條曲線(xiàn)表示黑體在不同溫度下發(fā)光顏色的變化軌跡。色溫的變化范圍從1000K到無(wú)窮大。但實(shí)際上常用的是1000K-1400K范圍。
(2)單色光軌跡線(xiàn):即色度坐標(biāo)圖中的舌形曲線(xiàn),可見(jiàn)光的波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)顏色的軌跡線(xiàn)。曲線(xiàn)上的任意一點(diǎn),表示一種光的波長(zhǎng),及其表現(xiàn)的顏色。
(3)紫紅線(xiàn):連接舌形曲線(xiàn)兩端的直線(xiàn)。表示紅色和紫色混合后顏色的軌跡稱(chēng)為紫紅線(xiàn)。
?色度坐標(biāo)分區(qū) ?
在舌形曲線(xiàn)所包圍的區(qū)域內(nèi),被分成20個(gè)顏色區(qū)域。在每個(gè)區(qū)域內(nèi),被認(rèn)為顏色基本相同,每個(gè)顏色區(qū)都是一個(gè)平均主波長(zhǎng),或者補(bǔ)色主波長(zhǎng),而且還有相應(yīng)的英文名稱(chēng)。它們的英文—中文名,對(duì)照如下:
1. Red—紅色2. Pink—粉紅色3. Reddis Orange—橙紅色4.Yellishpink—粉黃色5.Orange—橙色6.Orange-Yellow—橙黃色7.Yellow—黃色8.reenish Yellow—黃綠色9.Yellow Green—綠黃色10.Yellowish Green—淡黃綠色11.Green—綠色12.Bluish Green—淡藍(lán)綠色13、Greenish Blue—淡綠藍(lán)色14.Blue—藍(lán)色15.Purplish Blue—淡紫藍(lán)色16. Purple Violet—紫羅蘭的紫色17.Reddish Purple—淡紅紫色18. Purplish Pink—淡紫粉紅色19. Purplish Red—紫紅20.中心區(qū)—白光區(qū)
光色的互補(bǔ)
若兩種顏色的光,按一定比例混合后可得到白光,則這兩中色光稱(chēng)之為互補(bǔ)。在色度坐標(biāo)圖中,凡是穿過(guò)白色區(qū)的直線(xiàn),都可以找到一對(duì)互補(bǔ)的顏色光。當(dāng)然,穿過(guò)等能白光點(diǎn)E點(diǎn)的直線(xiàn)兩端,也能找到一組互補(bǔ)的顏色光。? 在色度坐標(biāo)圖中,任意兩點(diǎn)的光色,連接兩點(diǎn)的直線(xiàn),則這種光色混合的結(jié)果光色也總在這條直線(xiàn)上的某一點(diǎn)。假如該直線(xiàn)不穿過(guò)白色區(qū),這兩點(diǎn)的光色不能稱(chēng)為互補(bǔ)。
白光與其他顏色光的混合—主波長(zhǎng)和補(bǔ)色主波長(zhǎng)
將白光和一種適當(dāng)?shù)墓庾V色混合,可配得所需要的任何顏色光。若所選擇的白光是E點(diǎn)等能白光。選擇任意一點(diǎn)C,連接CE并延長(zhǎng),交于單色軌跡線(xiàn)上的,則C’單色光的波長(zhǎng),稱(chēng)為C點(diǎn)光的主波長(zhǎng)。主波長(zhǎng)λ代表線(xiàn)上各點(diǎn)光譜色的主色調(diào)。若選擇FEN三角形內(nèi)的A點(diǎn),連接EA,但不能向A的方向延長(zhǎng),而應(yīng)將線(xiàn)向左上方延長(zhǎng),交于單色軌跡線(xiàn)上的A’點(diǎn),則A’點(diǎn)的波長(zhǎng),稱(chēng)為A點(diǎn)的補(bǔ)色主波長(zhǎng)。補(bǔ)色主波長(zhǎng),也是表示AA’線(xiàn)上各點(diǎn)顏色的主色調(diào)。
顏色深淺的定量表示法??
顏色領(lǐng)域的色調(diào),類(lèi)似于音樂(lè)中的間調(diào)。音樂(lè)中的一首曲子,有C調(diào),F(xiàn)調(diào)等,色度學(xué)中則用主波長(zhǎng)表示色調(diào)。音樂(lè)中的發(fā)音調(diào)有高音調(diào),低音調(diào)。色度學(xué)中對(duì)應(yīng)有顏色深淺。顏色的深淺是用興奮純度Pe來(lái)表示的。(參照第11節(jié)中的圖)顯然,在線(xiàn)上,C’點(diǎn)的顏色更深,以后就逐漸變淡,到了E點(diǎn)就完全變成白色了。
顏色光的混合
利用x y色度坐標(biāo)圖,可以用來(lái)表示任意兩種顏色光的混色關(guān)系。
是色度坐標(biāo)上的兩個(gè)光譜色。要把兩種光進(jìn)行混合,只要連接兩個(gè)點(diǎn),即可得到直線(xiàn),混色的結(jié)果顏色點(diǎn)也必然在該直線(xiàn)上的某個(gè)點(diǎn)。
顏色的寬容度
在xy的色度坐標(biāo)圖上,每一點(diǎn)都代表一種確定的顏色。任何一個(gè)點(diǎn)和周?chē)噜忺c(diǎn)的顏色,應(yīng)該是不相同的。但是點(diǎn)之間若靠得比較近,人的眼睛是不能分辨的。只有當(dāng)兩點(diǎn)之間的距離足夠大,我們才能感覺(jué)到它們的差別。人眼感覺(jué)不出顏色變化的更大范圍,稱(chēng)為顏色寬容量。有人研究表明,在色度坐標(biāo)圖上的不同位置,顏色的寬容量并不是相同。藍(lán)色區(qū)的寬容量更小,綠色區(qū)的寬容量更大。也就是說(shuō),色度圖的不同區(qū)域,相等的距離并不能代表視覺(jué)上的相等色度差。這是色度坐標(biāo)圖的一種缺陷。
色度坐標(biāo)計(jì)算
CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)樣品測(cè)量透射色三刺激值X10、Y10、Z10計(jì)算公式如下:
X10=100∑τ(λ)S(λ)x10(λ)△λ/∑S(λ)y10(λ)△λ
Y10=100∑τ(λ)S(λ)y10(λ)△λ/∑S(λ)y10(λ)△λ
Z10=100∑τ(λ)S(λ)z10(λ)△λ/∑S(λ)y10(λ)△λ
式中:X10、Y10、Z10——CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值;
x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)——CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者色匹配函數(shù)(GB/T3979給定);
S(λ)——CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65的相對(duì)光譜功率分布(GB/T3979給定)
τ(λ)——樣品測(cè)量所得光譜透射比;
λ——波長(zhǎng),范圍為380~790nm;
△λ——波長(zhǎng)間隔,5nm。
求出樣品CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)測(cè)試三刺激值X10、Y10、Z10后,根據(jù)下列公司計(jì)算出樣品的色度坐標(biāo)值L*、a*、b*;
L*=116(Y10/Yn)1/3-16, Y10/Yn>0.008856
a*=500【(X10/Xn)1/3-( Y10/Yn)1/3】, X10/Xn>0.008856
b*=200【(X10/Xn)1/3-(Z10/Zn)1/3】, Z10/Zn>0.008856
式中:L*、a*、b*——三維直角坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值。
X10、Y10、Z10——根據(jù)樣品光譜透射數(shù)據(jù)計(jì)算所得樣品CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值;
Xn、Yn、Zn——完全漫反射面的三刺激值(10°視場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)照明體D65系統(tǒng)中Xn--=94.81、Yn=100、Zn=107.32).
上述計(jì)算只需利用Excel函數(shù)計(jì)算功能,設(shè)計(jì)好計(jì)算公式后,輸入待計(jì)算色度坐標(biāo)值樣品的透射或反射光譜測(cè)量值后自動(dòng)計(jì)算出色度坐標(biāo)值。物體光譜反射色度坐標(biāo)的技術(shù)只需用樣品測(cè)量所得反射比R(λ)替代上述公式中的樣品測(cè)量所得透射比T(λ)即可。
色刺激:進(jìn)入人眼能引起有彩色或無(wú)彩色感覺(jué)的可見(jiàn)光輻射。
三刺激值:在三色系統(tǒng)中,與待測(cè)光達(dá)到色匹配所需的三種原刺激的量。
光譜三刺激值:在三色系統(tǒng)中,等能單色輻射的三刺激值。
色品坐標(biāo):三刺激之值與它們之和的比。
我們知道不同的色光混合起來(lái)會(huì)產(chǎn)生其他的顏色,這其實(shí)是人眼的一種生理反應(yīng)。為了了解到底人眼是怎么融合不同顏色色光的,有人設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)定量測(cè)量到底參入多少紅、綠、藍(lán)三原色會(huì)讓人眼覺(jué)得待測(cè)色光和三色光混合色感覺(jué)完全一樣。實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示:
上圖中紅綠藍(lán)三色光照在白屏的右側(cè),待測(cè)色照在白屏的左側(cè),左側(cè)和右側(cè)之間有一個(gè)黑色的檔片。人眼透過(guò)一個(gè)小孔觀察白屏,人眼的觀測(cè)視角大概為 2
這樣不同顏色的色光都能通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)得到其對(duì)應(yīng)的三原色光強(qiáng)度值,我們把其稱(chēng)之為三刺激值。
顏色匹配過(guò)程可以用公式表述如下:(1)
式中“?”號(hào)表示視覺(jué)上相等,即顏色匹配; R、G、B
顏色匹配也可以用幾何表示:
通常為了后續(xù)表示方便,R,G,B三色的單位矢量模長(zhǎng)數(shù)量都取1。我們把單位矢量的頂端連接起來(lái)可以得到單位平面,每個(gè)顏色矢量?
?,且此時(shí)交點(diǎn)的坐標(biāo)滿(mǎn)足單位平面的方程,?。
光譜三刺激值
如果待測(cè)色光是輻射能量都相同的單色光(光譜色,光波段為380-760nm),我們把得到的三原色光強(qiáng)度值稱(chēng)之為:光譜三刺激值,用??表示。顏色匹配過(guò)程可用公式表示如下:(2)
根據(jù)光譜色的顏色匹配實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到以下曲線(xiàn):
從上圖我們看到,光譜三刺激值紅光刺激值很大一部分出現(xiàn)負(fù)值。這是因?yàn)楫?dāng)投射到半視場(chǎng)的某些光譜色用無(wú)論怎么也無(wú)法用另一半視場(chǎng)的三原色來(lái)匹配時(shí),只有在光譜色半視場(chǎng)加入紅色原色才能達(dá)到匹配。也就是此時(shí)的紅色光是加載到圖1中 左側(cè)白板上的,如果規(guī)定往右側(cè)加入的色光量為正值,那么左側(cè)就相應(yīng)的為負(fù)值。
CIE使用的三原色波長(zhǎng)分別為700nm (R)、546.1nm (G)、435.8nm (B)(因?yàn)檫@三種波長(zhǎng)能夠精確的產(chǎn)生),對(duì)應(yīng)的光譜三刺激值如圖4所示。
光譜三刺激值與色品坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:
(6)
通過(guò)上式我們可以從光譜三刺激值計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的色品坐標(biāo),最后連接各個(gè)波長(zhǎng)的色品坐標(biāo)形成光譜軌跡得到下圖:
上圖中380nm的波長(zhǎng)那里其實(shí)包括了380-435.8nm的波長(zhǎng),700nm的波長(zhǎng)其實(shí)包括了700-780nm的波長(zhǎng)。
上圖中的E 代表了等能白點(diǎn),該點(diǎn)的r,g,b坐標(biāo)為(0.33,0.33,0.33),它的意思是等量R,G,B原色混合可以產(chǎn)生等能的白光。
從上圖我們看到,由于光譜的三刺激值中有負(fù)值,所以造成上圖中光跡曲線(xiàn)坐標(biāo)有很大一部分在?r
那么問(wèn)題來(lái)了,我們?cè)鯓舆x取新的三原色才能使得圖5中的光譜軌跡曲線(xiàn)全部都落在新坐標(biāo)系內(nèi)的第一象限?(也就是光譜軌跡曲線(xiàn)色品坐標(biāo)全部為正)
CIE主要考慮了以下三點(diǎn)內(nèi)容:
規(guī)定(X),(Z)兩原色只代表色度(顏色中紅色和藍(lán)色的比例),沒(méi)有亮度。光度量只與三刺激值(Y) 成比例。XZ 線(xiàn)稱(chēng)為無(wú)亮度線(xiàn)。
新的三原色(X),(Y),(Z)連成的三角形要包含光跡曲線(xiàn)。
光譜軌跡從 540nm 附近至 700nm,在 RGB 色品圖上基本是一段直線(xiàn),用這段線(xiàn)上的兩個(gè)顏色相混合可以得到兩色之間的各種光譜色,新的 XYZ 三角形的 XY 邊應(yīng)與這段直線(xiàn)重合,因?yàn)樵谶@段線(xiàn)上光譜軌跡只涉及(X)原色和(Y)原色的變化,不涉及(Z)原色。
這三點(diǎn)為什么這樣設(shè)置,我自己的理解如下:
對(duì)于第一點(diǎn):為什么亮度只設(shè)置與(Y)原色有關(guān)?而(X),(Z)原色不包含亮度?
因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光波長(zhǎng)最敏感,RGB系統(tǒng)三原色的相對(duì)亮度(不是數(shù)量的多少)比為:?(這意味著藍(lán)色給人的感覺(jué)非常暗,綠色給人感覺(jué)最亮)。因此這里設(shè)置原色Y代表亮度和綠色的在顏色中的比例也比較也合理(顏色Y值越大,人眼感覺(jué)越亮,也代表顏色中綠色的比例越高)。
另外由于顏色匹配也包括其亮度的匹配,因此方程(1)可以將三原色相對(duì)亮度代入可得到亮度方程?,如果顏色在無(wú)亮度線(xiàn)上,則?, 代入,整理后可得 XZ 線(xiàn)的方程。
對(duì)于第二點(diǎn):應(yīng)該大家都能理解,新的坐標(biāo)系肯定是在得讓光譜軌跡曲線(xiàn)只落在第一象限,保證其值為正。
對(duì)于第三點(diǎn):這意味著這條直線(xiàn)的兩端對(duì)應(yīng)的肯定對(duì)應(yīng)著兩種原色,也就是(Y)和(X)。XY線(xiàn)的方程很容易獲得。
現(xiàn)在,我們已經(jīng)確定了兩條由新三原色組成的線(xiàn)即,無(wú)亮度線(xiàn)XZ,與XY線(xiàn)。而第三條線(xiàn)YZ,CIE選取的為波長(zhǎng)503nm出的點(diǎn)相切的直線(xiàn)。其方程也很容易得到。
所以根據(jù)上面,我們可以在圖5中看到由這三條新由三原色連成的三角形。雖然這里看到的是二維的三角形,其實(shí)它是在三維空間中:
此外,通過(guò)這三條直線(xiàn),我們可以確定新三原色在R,G,B色品系統(tǒng)下的坐標(biāo),進(jìn)而得到新色品坐標(biāo)系與舊色品坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣。然后根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣我們就能將圖5的光譜軌跡曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換到由新三原色構(gòu)成的新坐標(biāo)的第一象限中。轉(zhuǎn)換后的光譜軌跡曲線(xiàn),新三原色三刺激值曲線(xiàn)結(jié)果如下圖所示:
因此待測(cè)色的三刺激值可以通過(guò)公式8來(lái)進(jìn)行計(jì)算,然后通過(guò)三刺激值到色品坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,這樣光譜曲線(xiàn)所包圍的曲面內(nèi)的所有顏色的色品坐標(biāo)我們都可以通過(guò)公式(8)計(jì)算得到。
而對(duì)于混合色我們還可以根據(jù)格拉斯曼顏色混合定律得到(具體的方法主要有直接計(jì)算法,畫(huà)圖法)。
最終得到的色度圖如下:
圖10,CIE x,y色品圖上的光譜軌跡具有以下顏色視覺(jué)特點(diǎn):
靠近波長(zhǎng)末端 700-770nm 光譜波段具有一個(gè)恒定的色品值,故在色品圖上只由一個(gè)點(diǎn)來(lái)代表。
光譜軌跡 540-700nm 段是一條與 XY 邊基本重合的直線(xiàn)。在這段光譜范圍內(nèi)的任何光譜色都可通過(guò) 540nm 和 700nm 兩種波長(zhǎng)的光以一定比例相加混合產(chǎn)生。
光譜軌跡 380-540nm 段是曲線(xiàn),在此范圍內(nèi)的一對(duì)光譜色的混合不能產(chǎn)生二者之間位于光譜軌跡上的顏色,而只能產(chǎn)生光譜軌跡所包圍面積內(nèi)的混合色。光譜軌跡上的顏色飽和度最高。圖上越靠近等能白點(diǎn)?E點(diǎn)的顏色飽和度越低。
連接色度點(diǎn) 400nm 和 700nm 的直線(xiàn)稱(chēng)為紫紅軌跡,也稱(chēng)紫線(xiàn)。因?yàn)閷?400nm 的藍(lán)色刺激與 700nm 的紅色刺激混合后會(huì)產(chǎn)生紫色(也就是說(shuō)紫色和紅色之間還有已知的顏色,而不是斷裂的)。
Y=0 的直線(xiàn)(XZ)與亮度沒(méi)有關(guān)系,即無(wú)亮度線(xiàn)。光譜軌跡的短波段緊靠這條線(xiàn),意味著短波端的光雖然能夠引起標(biāo)準(zhǔn)觀察者的反應(yīng),但 380-420nm 波長(zhǎng)在視覺(jué)上引起的亮度感覺(jué)很低。
曲線(xiàn)內(nèi)包含的色彩是我們?nèi)搜廴磕芨兄纳省?/p>
曲線(xiàn)是三維曲線(xiàn),我們看到的是其在x,y平面上的投影。
本文只是對(duì)CIE 1931 XYZ色彩空間的來(lái)源進(jìn)行了介紹,限于篇幅與我所了解的內(nèi)容的多少,這里就沒(méi)有對(duì)其應(yīng)用與擴(kuò)展內(nèi)容進(jìn)行介紹。
但是如果你感興趣深入可以去看參考中所列出的書(shū)籍,可以找到關(guān)于混合色的色品坐標(biāo)如何計(jì)算,顏色空間均勻性的討論,顏色主波長(zhǎng)如何確定,色差的評(píng)價(jià),同色異譜現(xiàn)象等等關(guān)于色彩的詳盡內(nèi)容。
你還可以以看看參考中其他人對(duì)于色彩的回答,相信對(duì)你了解色域圖的應(yīng)用會(huì)有幫助。
此外本文圖片均來(lái)源與wiki百科和參考中所列出的兩本書(shū)籍,本人只對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)注。
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