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1、第二章 基本色度学及相关知识,色刺激（Colour stimulus）引起颜色知觉的光。表色系（Colour specification system）由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系。混色系基于心理物理色而建立起来的表色系，如1931CIEXYZ系统。显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔颜色系统。,第一节 CIE标准色度学系统,混色系与显色系之间的关系,标准照明体,“照明体”：指特定的光谱能量分布，这一光谱能量分布不一定由一个光源直接提供，也不一定能用特定光源来实现。“光源”：指真实存在的物理辐射体。CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体A、B、C和D。
2、,一、光源,标准照明体A,标准照明体A是相当于黑体加温到2855.6K时所辐射出的光，它的色度坐标落在了CIE 1931色度图的普朗克轨迹上。相对光谱功率分布曲线,标准照明体B,标准照明体B代表相关色温约为4874K的直射阳光，它的色度坐标紧靠普朗克轨迹。相对光谱功率分布曲线,标准照明体C,标准照明体C代表相关色温大约为6774K的平均日光，其光色近似阴天天空的日光，色度坐标位于普朗克轨迹的下方。相对光谱功率分布曲线,标准照明体D,标准照明体D代表了各种时相日光的相对光谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型日光色度轨迹。标准照明体D与实际日光具有比较相近的
3、相对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为6504K的日光)。,在不能应用D65时，尽量采用标准照明体D50(相关色温5000K)、D55(相关色温5500K)和D75(相关色温:7500K)D50、D55和D75的相对光谱功率分布曲线,F照明体,红,绿,蓝,试验光,白背景,观测角限制屏,EYE,黑色隔板,测试滤色片,2,二、标准色度观察者,三、物体的光学性质,物体受到光的照射后，能够吸收全部或部分波长范围光的能量，并将吸收的光能转化为热能，其余波长的光被反射或透射出去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们所表现的颜
4、色，就是被吸收光的补色。,（一）吸收,（二）反射,镜面反射 发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在这种平面上，则以相同角度(与样品表面法线的夹角)反射出一部分光，而且与入射光的波长无关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。,漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散射引起的漫反射。,（三）透射,透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。,（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体；（2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体；（3）全部被反（散）射
5、，没有吸收透过，白色不透明体；（4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体；（5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体；（6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体；（7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。,蓝色和红色染料染样品的反射率曲线,A艳蓝色染料1%（owf）B艳蓝染料2%（owf）C 深蓝色染料 D红色染料,第二节 颜色的测量和计算,用物体的光谱反射率因数（spectral reflectance factor）来表示它对光源的吸收和反射特性。,光谱反射率因数（spectral reflectance factor）的定义：在给定的立体角、限定的方向上，待
6、测物体反射的辐通量与在相同照明、相同方向上完全反射漫射体反射的辐通量之比。,二、光谱光度仪的结构特点,(1)样品测量孔(2)漫反射积分球(3)脉冲氙灯(4)D65滤光片(5)UV滤光装置(6)样品测量光束(7)样品测量接收器(8)参比测量光束(9)参比光束接收器(10)镜面反射阱(11)透射样品放置槽(12)电子计算机,（一）仪器内测量用光源,钨丝灯,脉冲氙灯,最佳的仪器内照明光源应为高强度脉冲氙灯，而且通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布。,（二）照明和测量条件,1971年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件，统一了颜色测量和评价方式、减少照明和观察条件对光谱反射函数实测结果的
7、精确度的影响、提高测量精度。,45/垂直（45/0）,样品被一束或多束光照明，照明光束的轴线与样品表面的法线成455，观察方向与样品的法线之间的角度不超过10，照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超过8，观察光束在观察中也应该遵守同样的限制。,垂直/45（0/45）,照明光束的轴线与样品表面的法线之间的角度不超过10，照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超过8，观察光束在在观察中也应该遵守同样的限制。,漫射/垂直（d/0）,用积分球照明样品，样品的垂直线和光测轴之间的夹角不应超过10，积分球的直径可以是任意大小，但其开孔的总面积不能超过积分球内部反射总面积的10，观察光束的任一光线和观
8、察轴之间的夹角不应超过5。,垂直/漫射（0/d）,照明光束的轴线与样品表面的法线之间的角度不超过10，反射通量由积分球来聚集，照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超过5，积分球的直径可以是任意大小，但开孔的总面积不能超过积分球内部反射总面积的10。,光泽吸收阱,（三）单色器,作用：将复色光分解成单色光，再由光电检出器按相应的波长检出。,经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器上转变成电信号，电信号经模/数转换成为计算机可以处理的数据。,（四）光电检出器,光谱光度仪的常见品牌和型号,三原色光：红（R）700nm 绿（G）546.1nm蓝（B）435.8nm确定三原色光的理由：700nm是可
9、见光谱的红色末端，而546.1nm和435.8nm是两个较为明显的汞亮线谱，三者比较容易从光谱中精确地分离出来。,五、CIEXYZ 系统色度计算方法,某一光源的光谱功率分布函数 光谱三刺激值与波长的关系函数在某一波长的三刺激值为有：,（一）RGB与XYZ的计算方法,在可见光谱范围内进行积分，即得到该光源的三刺激值：,（二）CIE 色度坐标及色度图,CIE 1931 x,y 色度图,CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线,色度图上颜色的大致分布,CIE 1964补充标准色度学观察者三刺激值曲线,CIE 1964补充标准色度系统色度图,CIE 1931系统与CIE 1964系统观察者光谱三
10、刺激值曲线比较,主波长与色纯度计算,CIE 1931标准色度系统、CIE 1964补充标准色度系统，完成了用数字表示颜色的目的，但很难将日常生活中见到的颜色与数字联系起来。Y30，x0.3927，y0.1892是什么颜色？,结合颜色的三属性（色调、明度、饱和度）提出了与颜色三属性有关联的一些概念：主波长兴奋纯度亮度纯度,主波长,颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜色的色调。在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的色度点（即色度坐标），连接两点做一直线，并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的主波长。,如图，M和O分别为样品颜色（M）和CIE光源C的色度点，
11、连接两色度点，其直线的延长线与光谱轨迹相交与519.4nm处，519.4nm就是样品M的主波长。,不是所有的颜色样品都有主波长。在色度图上光谱两端与光源色度点形成的三角形区域（紫色区）内的颜色，如图中的N点，就没有主波长。N和O点连，由O端的延长线与光谱的相交点（495.7nm）就是颜色（N）的补色波长。为区分主波长和补色波长，在补色波长前加一负号，或后面加“C”来表示，样品N的主波长可写成“495.7nm”或“495.7 c nm”也以写成“c=495.7nm”。,BACK,兴奋纯度,样品的颜色接近主波长光谱色的程度，称为该样品颜色的纯度。色度图上，用光源点到样品色度点的距离与光源点到主波长
12、色度点（或补色波长色度点）的距离的比率来表示纯度（彩色，饱和度）时，称兴奋纯度。兴奋纯度表示了同一个主波长的光谱色被光源冲淡后所具有的饱和度。兴奋纯度的引入解决了在不同光源下，将不同颜色样品的饱和度进行比较的问题。,O：光源色度点M：样品色度点L：M的主波长色度点,兴奋纯度：,例：图中，颜色（M）的色度坐标为（x=0.223、y=0.503），光源O的色度坐标为（x0=0.310、y0=0.316），求颜色（M）在光源O的照射下的兴奋纯度。,样品颜色（M）的主波长519.4nm查等能光谱轨迹色度坐标表，光谱色519.4nm的色度坐标值约为：y=0.834则有：,即样品颜色（M）的兴奋纯度为36
13、.1,BACK,亮度纯度,若样品颜色的纯度用亮度表示，就称其为亮度纯度（Pc），或称色度纯度。亮度纯度表示主波长的光谱色在样品颜色中所占的亮度比重。亮度纯度无法在色度图上表示，但可以通过计算得出：,用主波长和兴奋纯度的方法来表示颜色，可给人以具体的印象，表明了一种颜色的色调和饱和度的概略情况。,（C1）：,（C2）：,光源O：,在CIE1931色度图上找到样品（C1）和（C2）的主波长,计算可得到：,（C1）比（C2）较稍显橙色，且（C1）有较大的饱和度。,（三）CIELAB色空间,CIE 1931标准色度图上的色点之间的距离，与人的视觉对颜色变化的判断不等效。CIE 1931标准色度系统是不
14、均匀的。,这两个系统在视觉均匀性上非常接近，不同的行业往往根据自己的经验、行业特点以及习惯选用某一种颜色系统。目前，光源、电视等行业多选用CIE 1976 颜色系统，在染料、颜料、印刷、纺织印染等行业以选用CIE 1976 颜色体系的居多。国际印刷领域也采用了CIE 1976 均匀颜色空间系统作为印刷色彩的颜色匹配与评价的方法。,1976年推荐了两个均匀性更好的均匀颜色空间，即CIE 1976L*a*b*颜色空间（CIELAB）和CIE 1976 L*u*v*颜色空间（CIE LUV）。,1960年，首先向各国推荐了CIE 1960 UCS均匀色度图,建立均匀颜色空间的目的1.有效解决CIE
15、1931色度图的不均匀性；2.建立一个包括亮度因数在内的三维均匀颜色体系。,CIE 1976 L*a*b*均匀颜色空间来源于亚当斯尼克森的色差计算公式,亚当斯尼克森公式,主要用于纺织、印染等减混色体系,CIE LAB均匀颜色空间,X0、Y0、Z0分别是“标准白”的三刺激值,CIE 1964 UCS图中计算W*的公式,改写成,当Y0100时,亚当斯尼克森公式的简化,将常数稍作调整后将亚当斯尼克森公式改写成：,将此公式和等价的立方根公式代替Vx、Vy、Vz，代入亚当斯尼克森公式,被称为CIE 1976L*a*b*色差公式，与该式相应的近似均匀的颜色空间称为CIE 1976L*a*b*均匀颜色空间。
16、,上述公式的使用条件为：Y/Y00.008856,当满足条件：X/X00.008856,Y/Y0 0.008856,Z/Z0 0.008856时：,其中：,(Y/Y00.008856),CIE 1976L*a*b*,明度,ab彩度,ab色调角,THE CIELAB 色空间,第三节 纺织行业传递颜色的常用方法,一、习惯命名,颜色的习惯命名通俗易用，但也有不足：1.即便是对同一样品，由于观测者的专业知识、经验和理解方面的差异，也会得到不同的描述。2.由于工业和商业的兴起，商人、服装设计师、实用美术家等也给色名赋予了新的商业意义，借以提高其商品价值，所以颜色的习惯名称越来越多。3.对于一些颜色，不同
17、行业有着不同的习惯称呼。,我国纺织品常用习惯色名,二、色卡的使用,色卡系统是根据颜色的三属性（即色调、明度和饱和度）做有系统的组织，然后定出各种标准色样，给予适当的符号或编号，可作为物体色的比较标准。在一定程度上可用于颜色的传递。,最著名的是孟塞尔（Munsell）色卡，近些年来，潘通（Pantone）色卡和NCS（自然色彩）色卡在许多行业也得到了较广泛的应用。,孟塞尔（AHMunsell 美国画家 18581918年）。颜色系统用颜色立体模型来表示表面色的三种基本特征：明度、色调、饱和度（彩度）。,（一）孟塞尔色卡,国际上应用最为广泛的系统,1.明度 中央轴代表无彩的黑白系列中性色的明度等级
18、，称孟塞尔明度值（V），将亮度因数等于102的理想白定为10，将亮度因数等于0的理想黑定为0，将孟塞尔明度轴分为明度值由0到10，在视觉上等距离的11个等级，底部为0（V0），顶部为10（V10）。每一明度值代表了某一种颜色在标准照明体下的亮度因数。,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0白 灰 黑,孟塞尔色立体,2.饱和度（彩度）用颜色离开中央轴的水平距离来表示该颜色的饱和度，称为孟塞尔彩度（C），C表示颜色离开相同孟塞尔明度值的中性灰的程度。孟塞尔彩度也被分成视觉上相等的若干等级，在中央轴上的中性灰，彩度为0（C0），离中央轴越远，彩度越大。在孟塞尔系统中，通常以两个彩度等级为间隔制
19、作颜色样品。,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 中性色 彩色 饱和色,3.色调 在孟塞尔色立体的水平剖面上，由中央轴所在的中心指向其圆周的各个方向，代表了各种表示原色的色调，称为是孟塞尔色调（H），将孟塞尔色调圆周分成10个等距的部分，表示10种基本色。5种主色调：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）5种中间色调：黄红（YR）、黄绿（YG）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）每种色调又分成110的10个等级，并规定每种主色调和中间色调均定为5。孟塞尔色调共有100个,R YR Y YG G BG B PB P RP 红 黄红 黄 黄绿 绿 蓝绿 蓝 紫蓝 紫
20、红紫,标定方法,H V/C 含义：色调 明度值/彩度10Y 8/12 色调是黄（Y）与绿黄（GY）的中间色 明度为8，比较明亮 彩度12（具有比较高的饱和度）,无彩的中性色N V/含义：中性色 明度值/N5/明度为5的中性灰 对彩度低于0.3的中性色，如果要进行精确标定，则采用N V/(H，C)含义：中性色 明度值/（色调，彩度）N8/(Y，0.2)略为带一点黄色的浅灰色，明度值为8,Munsell 标号：彩色 H V/C 例:5 Y 8/8,低彩度 N V/(H,C)例:N 8/(Y,0.3),中性色 N V/例:N 8/,孟塞尔空间,孟塞尔颜色立体,左侧是紫蓝（5PB），明度值为3时，紫蓝
21、色彩度最高（5PB3/12），其他明度值的紫蓝颜色都达不到这样高的明度。右侧是黄（5Y），当明度值为9时，黄颜色的彩度最高（5Y9/14），其他明度值的黄颜色都达不到这样高的明度。,孟塞尔颜色立体5PB、5Y的垂直剖面,孟塞尔颜色立体的明度值为5的水平剖面,明度值为5的条件下：红（5R5/12）的彩度最高，黄颜色最高的彩度仅为6（5Y5/6）,在孟塞尔系统中，各种颜色的最大孟塞尔彩度并不相同，个别颜色的孟塞尔彩度值可达20。,孟塞尔明度,孟塞尔明度等级是由视觉实验得到的,孟塞尔第10级明度值的亮度因数：Y=100 Y/YMgO=100/97.5%=102.57,孟塞尔色调和彩度,CIE l93
22、1色度图上表面色的恒定色调轨迹图,具有相同色调和彩度，不同明度的颜色样品，在CIE 1931色度系统中会有不同的主波长和彩度。,CIE l931色度图上表面色的恒定饱和度轨迹,在视觉上相等的饱和度差别在CIE 1931色度图上并不等距。,（二）潘通（Pantone）色卡,针对不同的行业，有很多色卡产品。在纺织印染行业，可使用纸版的潘通服装和家居色彩指南（Pantone For Fashion&Home Color Guide-Paper）,新版本潘通纺织色卡采用了全新的名称和封面，新的大号样式提供了更佳的视觉效果。该本扇形色彩指南包含1925种潘通纺织色彩，采用涂面条纹格式制作，以色彩组别分类
23、，并按色系顺序排列，每页含七个颜色，共275页。最后附页码检索，外观规格为42mm65mm242mm。方便查找，便于携带，十分适合在现场使用。,潘通色卡以圆柱形色立体来命名颜色，用6位数字表示。例：16-4728TC（一个比较暗的蓝色）前两位数字（16）表示颜色的明度值，从11到19，11为最浅，最接近白色；19为最深，最接近黑色。第3和4位数字（47）表示颜色的色相，色立体的横截面代表着分为64个色相的色相环，从第1号开始，它表示绿光黄。如果把色相环粗分为8部分，那么从钟表的12点位置开始，按顺时针顺序，依次为黄、橙、红、紫、蓝、青、绿。第5和6位（28）代表了颜色在色平面上到圆心的距离，即
24、颜色饱和度的概念。从0到64，0代表位于消色点（圆心），即白、灰、黑。64表示最远的点，即颜色最鲜艳。后缀“TC”表示纺织品用棉制色卡，如后缀为“TP”则表示纺织品用纸制色卡，若后缀中有“X”则表示是2003年6月以后的新版本。,（三）NCS 色卡（自然色彩系统）,自然色彩系统（Natural Color System，简称NCS）是由瑞典的物理学家约翰森（Johansson）在赫林的对立视觉理论的基础上于1937年提出的。一个视觉正常的人，无须用测量仪器，也不需要用颜色样品进行比较，就能利用自然色彩系统的方法去直接评价物体的颜色。,瑞典的色彩中心基金会（Swedish Color Cente
25、r Foundation），于1979年将其定为瑞典国家颜色标准，并出版了瑞典标准颜色图谱集（Swedish Standard Color Atlas）。挪威、西班牙分别于1984年和1994年，将NCS确定为本国的颜色标准。NCS除了在欧洲得到广泛采用，在包括中国在内的世界各国，都受到了极大的关注。,NCS基本色,根据赫林的对立视觉理论，NCS定义了六种自然色感知：两种无彩色：白（W）、黑（S）四种有彩色：黄（Y）、红（R）、蓝（B）和绿（G）。其中任何一种都与其它五种没有相似性。所有的感知色均由它们与这六种基本色的相似程度来描述。按赫林的对立色理论，黄蓝、红绿是两对对立色，人的视觉感知认为
26、，黄红属于暖色，蓝绿属于冷色，因此对立学说在形式上反映了人的“冷”、“暖”视觉感知。,NCS建立的基本原则：任何颜色最多相近似于两种基本有彩色及无彩色（黑、白）。不需要参考有彩色样品或无彩色样品，即可对颜色进行判断。,NCS色调环,表示了顺时针方向的色调分度,四个象限：YR、RB、BG和GY,一种蓝绿色，其中蓝（B）占了60，绿（G）占了40。,B40G表示,NCS基本属性,A.6种基本色：黄（Y）、红（R）、蓝（B）、绿（G）、白（W）和黑（S）。用与其相应的大写字母表示。B.6种基本属性：黄度（y）、红度（r）、蓝度（b）、绿度（g）、白度（w）和黑度（s）。用与其相应的小写字母表示。,C
27、.6种基本属性在NCS中对颜色的描述，以百分数来表示，基本属性和为100。w+s+y+r+g+b=100D.彩度(c)表示一个颜色与单色调的纯彩色的相近似程度，是4种有彩色基本属性之和。C=y+r+g+b E.色调由与之相似的两个基本有彩色的比例决定。,NCS的标注形式,sscc-ABSs：黑度Cc：彩度：由基本色A向基本色B沿着顺时针方向按0100的分度（双写的字母表示填写两位数）A、B：任意两个基本有彩色 如2030Y90R 是一个含有20的黑色和30的有彩色，色调为10的黄色和90%的红色，并由属性之和为100得知，该颜色中白色的含量为50（即白度w100203050）。,NCS 标注：
28、sscc-AB色 whiteness blackness yellow redness blueness greennessA(%)10 30 0 0 36 24 NCS 黑度：s=30NCS 彩度：c=y+r+b+g=36+24=60NCS 色调：=100 g/(b+g)=100.24/(36+24)=40 NCS 标注:3060 B40G,对于所有的无彩色（黑、白和灰），它们的彩度C=0，其标注形式：ss00-N其中N表示无彩的中性色。如：3000-N表示一个含有30黑色和70白色的纯灰色。,NCS全色,如果一个颜色没有黑度和白度，即w=s=0，那么其彩度c=100，这个颜色被称为一个假想
29、的纯彩色，在现实中是不存在的，但在人们判断颜色时，却能想象出它的外貌。,NCS颜色立体,4种有彩原色组成了色调环，黑、白分别位于无彩色轴的两个顶点。,1.RGB模型,用色光的三原色来描述物体色的特征。在计算机处理系统中，每种颜色用一个二进制的字节表示，每一颜色的变化级别为28（取值范围为0255），规定数值越大，所表示的颜色越明亮。三原色各自组合，得到22416777216种颜色。以黑色为原点，红（R）、绿（G）、蓝（B）三个方向为坐标轴，建立一个三维坐标体系，以R、G、B的最大值为边长，在坐标体系中就可得到一个RGB颜色立方体模型。,三、数字标样的使用,不同量的R、G、B混合，可产生不同的颜
30、色。三原色以最大值等量混合，产生白色（255，255，255）由黑色原点（0，0，0）到白色点的连线，代表不同明暗程度的灰色。,2.CMYK模型,CMYK 模型以打印在纸张上的油墨的光线吸收特性为基础，当白光照射到半透明油墨上时，部分光谱被吸收，部分被反射回眼睛。因此CMYK模型的基础是减色，而不是加色。是印刷油墨形成的颜色空间，也是四色打印的基础。,三个坐标轴分别代表青色(C)、品红(M)和黄色(Y)在右侧，以一个纵向轴表示黑色分量(K)。C、M、Y、K的变化值均为0100。,3.HSB模型,HSB 模型基于人类对色彩的感觉，有三个描 述颜色的基本特征：色调H（Hue）:在 0到 360的标
31、准色轮上，色调是沿着圆周方向变化的。0或360红色、60黄色、120绿色、180青色、240蓝色、300品红色。饱和度S（Saturation）:色调中彩色成分所占的比例，沿着色轮的横向方向变化。从中心向边缘饱和度是递增，原点处为0，圆周上为100。亮度B（Brightness）:颜色的相对明暗程度，通过标准色轮的圆心，与色轮垂直。最低处是0（亮度为0的黑），最高处是100（最亮的白）。,4.Lab模型,Lab 颜色空间由明度因数 L 和两个色度因数 a、b 组成。L：从0100a:红(-120)绿(+120)b:黄(-120)蓝(+120)Lab 颜色是独立于设备之外的颜色，不受到任何硬件的性能和特性的影响。,Lab、RGB和CMYK模型的色域范围,
