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2023-09-22

色差仪有几个色度系统?不同色度系统怎么计算三刺激值?

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在颜色的测量与描述的过程中,多种因素会影响其结果的准确性,因此为了对颜色进行规范化的表达,CIE就规定了多个用于颜色测量与描述的色度系统。色差仪作为光电测色仪器,是以CIE规定的色度系统为基础而研制的。那么,色差仪有几个色度系统?不同色度系统怎么计算三刺激值?本文为大家做了详细的介绍,对此感兴趣的朋友不妨了解一下!

色差仪色度系统

色差仪CIE1931标准色度系统:

用来描述颜色的色调、明度、饱和度等是主观的,这使得颜色的比较显得困难。1931年,国际照明委员会(简称CIE)统一了多个颜色匹配实验,在对人的颜色知觉特性研究的基础上制定了一个标准,这个标准定义了一个用三刺激值来表示颜色的三维空间,即 CIE1931RGB 标准色度系统,奠定了现代色度学的基础。在此色品图中,马蹄形曲线是由所有光谱色在色品图上的坐标点连接起来的,称为光谱轨迹,如下图所示。

CIE1931RGB色品图30

CIE1931-RGB标准色度系统的计算中使用的光谱三刺激值会出现负值,这对于计算不方便,并且它的物理意义也比较难易理解。为了消除这一弊端,CIE推荐了CIE1931-XYZ系统,它使用三个在物理中并不存在的三原色[X]、[Y]、[Z],代替RGB色度系统中的三原色[R]、[G]、[B],并选择匹配等能白光,确定三刺激值的单位。CIE1931-XYZ系统的标准色度观察者光谱三刺激值称为CIE1931标准色度观察者颜色匹配函数,简称为CIE1931标准色度观察者,如下图所示。

CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线31

在CIE1931XYZ标准色度系统中,光谱色色品坐标的计算方法如下:

光谱色的色品坐标计算公式

CIEx-y色品图的光谱轨迹如下图所示,光谱轨迹上的颜色饱和度最高。该马蹄形曲线包围的面积内包含了一切在物理上能实现的颜色。

CIEx-y色品图的光谱轨迹

色差仪CIE1964标准色度系统:

CIE1931标准色度观察者的数据代表了在2°市场内的色觉平均特性,经过实践表明,人眼在观察大于4°的视场时,标准观察者函数在波长380nm-460nm范围内的数值偏低,为了校正该区间内的数值,CIE规定了CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值,简称为CIE1964标准色度观察者函数,如下图所示,对应的色度系统也称为CIE-X10Y10Z10标准色度系统。由图中可以看出,CIE1964标准色度观察者函数和CIE1931标准色度观察者函数基本一致,当人的观察视场大于4°时,为了得到精确的结果,应该使用前者进行计算。

CIE1964标准色度观察者

色差仪不同色度系统颜色三刺激值计算方法:

三刺激值在计算之前,必须用光谱辐射计测量待测颜色的相对光谱功率分布。CIE1931-XYZ色度系统的颜色三刺激值计算公式如下:

CIE1931-XYZ色度系统的颜色三刺激值计算公式

其积分范围为可见光波长范围内。CIE1964-XYZ色度系统的颜色三刺激值计算方法相同,但必须把CIE1931标准色度观察者替换为CIE1964标准色度观察者。在实际计算中,上式可以用求和近似代替积分。

颜色三刺激值计算公式30

其中,φ(λ)为颜色刺激函数,即进入人眼产生颜色感觉的光能量,当测量自发光体时,就是发光物体的相对光谱功率分布,当测量透明物体或反射体时,就是透射后或反射后的相对光谱功率分布。

k是归一化常数,对于自发光体一般是将光源的Y值调整为100,求常数k,这样求得的三刺激值是色度单位。如果在CIE1931标准色度系统中,Y值要求用绝对光度量表示时,对自发光体的三刺激值计算,通常不是将Y归一化为100,而是使归一化常数k等于683lm/w,即用最大光谱光视效率Km代替k。三刺激值Y的单位可以是lx(勒克斯)或cd/m2(坎德拉/平方米),这时Y是用亮度单位表示。对于非自发光体是将所选标准照明体的Y值调整到100,也就是将完全漫反射体和理想透射体的Y值调整到100。

计算出待测颜色的三刺激值后就可以计算该颜色的色品坐标,计算方法如下:

颜色色品坐标计算公式30

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