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色差儀常用色度系統(tǒng)及顏色空間的類型

  人氣:32  發(fā)表時間:2024-10-29
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色差儀是以色度學為基礎研發(fā)的光電測色儀器,因此其需要滿足色度學相關色度系統(tǒng)的技術要求。另外,色差儀在測色時,是在特定的顏色空間下對顏色進行定量的描述,并用數(shù)字的形式表示出來。本文對色差儀常用色度系統(tǒng)及顏色空間做了介紹。

色差儀顏色空間類型00

色差儀CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng):

在使用CIE1931RGB色度系統(tǒng)計算顏色的三刺激值時會出現(xiàn)負值,這樣給數(shù)據(jù)處理帶來了不便。因此1931年CIE推薦了一種新的顏色系統(tǒng),即CIE1931XYZ色度系統(tǒng),該系統(tǒng)也稱為“2°視場XYZ色度系統(tǒng)”,可用于1~4°視場的顏色測量,對于極小視場的顏色觀察無效,對于大于4°視場的顏色測量,則應使用CIE1964XYZ標準色度系統(tǒng)。

CIE1931XYZ色度系統(tǒng)通過選擇合適的三原色,使其光譜三刺激值x(λ)、y(λ)和z(λ)均不為負數(shù),并且Y值表示人眼對亮度的響應。三刺激值X、X、Z及其相應色品坐標x、y、z的計算方法分別:

三刺激值X、X、Z和色品坐標x、y、z計算式

式中,φ(λ)是光源發(fā)出的光源色或光源經(jīng)物體反射或透射后的物體色進入人眼的光譜能量分布,稱為顏色刺激函數(shù);x(λ)、y(λ)和z(λ)是CIE1931標準色度系統(tǒng)的光譜三刺激值,其數(shù)據(jù)可通過查表得到;k為相應的歸一化系數(shù)。

CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)是在廣泛的實驗基礎上評價的人眼響應,是國際上顏色測量和表征的統(tǒng)一標準,是幾乎一切顏色計算和顏色測量儀器設計、制造的基本理論依據(jù)。


色差儀CIE1964XYZ標準色度系統(tǒng):

由于CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)對應于2°視場的中央視覺觀察條件,多年的應用實踐也表明CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)適用于1°~4°視場。當視場增大到4°以上時,在人眼視網(wǎng)膜上的成像面積超過了中央凹范圍,桿體細胞也會參與到視覺感知中,使顏色的感知產(chǎn)生了一定的變化。為了適應大視場顏色觀察和測量的需要,CIE依據(jù)研究者在 10°視場條件下獲得的兩組實驗數(shù)據(jù),于1964年推薦了一組用于大視場觀察條件的CIE1964標準色度觀察者光譜三刺激值曲線,即CIE1964XYZ標準色度系統(tǒng),其三刺激值X10、Y10、Z10和色品坐標X10、Y10、Z10的計算方程分別為:

三刺激值X10、Y10、Z10和色品坐標x10、y10、z10計算式

式中,φ(λ)為相應的光譜能量分布,x10(λ)、y10(λ)和z10(λ)是CIE1964標準色度系統(tǒng)的光譜三刺激值,k10為歸一化系數(shù)。


色差儀CIE1976L*a*b*均勻顏色空間:

雖然CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng)至今仍在許多領域得到了廣泛的應用,促進了顏色科學和相關產(chǎn)業(yè)的進步和發(fā)展。但是,在實際應用中還是不斷地發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。首先,CIE1931xy色品圖具有明顯的視覺非均勻性,就是不同色區(qū)中的顏色感知差異容限大小并不相同。其次,相應的色度數(shù)值不能用于表述直觀的視覺感受量。因此,為了實現(xiàn)以維度相互垂直的坐標系統(tǒng)來表述色度參數(shù)并體現(xiàn)出明度、彩度和色調(diào)等顏色的主要視覺屬性的目標,CIE在1976年推薦了CIE1976L*a*b*顏色空間,也稱為CIELAB顏色空間,以便于更客觀準確地測量和評價顏色的差別。CIELAB顏色空間為直角坐標系,由表示明度的L*和表示色品坐標的a*、b*所組成,其計算公式為:

明度L和色度a、b表達式

式中,X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值,Xn、Yn、Zn為CIE標準照明體照射在完全漫反射體上后反射到觀察者眼中的三刺激值,其中Yn=100。當顏色樣品的觀察視角小于4°視場時,應采用CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng);而當顏色樣品的觀察視角大于4°視場時,則采用 CIE1964XYZ標準色度系統(tǒng)。

在CIELAB顏色空間中,有一組與心理量近似對應的感知屬性,即明度L*、彩度C*ab和色調(diào)角hab。顏色樣品的明度L*與CIELAB空間中的明度指數(shù)L*是一致的。彩度C*ab則是在CIELAB空間的等明度面上,顏色樣品的色品坐標(a*,b*)到坐標原點的距離。利用下式可以分別算出顏色樣品在CIELAB均勻顏色空間中的彩度和色調(diào)角:

彩度和色調(diào)角表達式

并規(guī)定,當a*>0且b*>0時,0<°hab<90°;當a*<0且b*>0時,90°<hab<180°;當a*>0且b*<0時,180°<hab<270°;當a*>0且b*<0時,270°<hab<360°。在等明度的a*~b*平面上,+a*為紅色方向(值越大則對應的顏色越紅),-a*為綠色方向(值越小則對應的顏色越綠),+b*為黃色方向(值越大則對應的顏色越黃),-b*為藍色方向(值越小則對應顏色越藍)。

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