色差仪有哪些标准测色系统?各自有什么特点?

2023-11-10 3nh 370

色差仪是以色度学为基础研制的一类光电测色仪器,因此其在实际的使用过程中,必须遵循色度学规定的一些测色系统,这些标准测色系统是颜色测量和计算的标准。那么,色差仪有哪些标准测色系统?各自有什么特点?本文对色差仪测色系统及各自的特点作了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

色差仪测色系统

色差仪CIERGB和CIEXYZ测色系统:

几乎所有的颜色都可以用三原色按照某个特定的比例混合而成,对不同波长的光谱线颜色在2°观察视场范围内采用红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色进行颜色匹配,并且将三原色的单位调整到相等数量,相加匹配出等能白色。通过颜色匹配实验得到光谱三刺激值r(λ)、g(λ)和b(λ)的一组曲线,它们表示在380nm~780nm范围内当各光谱线的能量相同时,某一光谱线所对应的r(λ)、g(λ)和b(λ)的混色结果与该光谱色相同,并称这三条曲线为光谱三刺激值曲线,如下图所示。

CIE1931-RGB系统光谱三刺激值曲线

国际照明委员会(CIE)综合莱特实验和吉尔德的实验结果,采用红(700 nm)、绿(546.1 nm)、蓝(435.8 nm)三个单色光作为三原色,选用这三个单色光作为三原色的原因是,700nm处于可见光谱的红色末端,546.1nm和435.8nm则是较为明显的光谱线,三者都能够比较精确地产生出来。CIE于1931年采用了他们俩人的实验结果的平均值来定出匹配等能光谱色的RGB三刺激值,并且将其定名为“CIE1931 RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”,这一系统称作CIE1931RGB色度系统。

观察RGB光谱三刺激值曲线,发现在由CIE1931RGB色度系统计算颜色的三刺激值时会出现负值,如图中在波长为450nm附近的红原色就出现了负值,非常不便于大量数据的处理。因此,CIE推荐了一组新的曲线,即CIE1931XYZ色度系统。

设X、Y、Z为新系统的三原色三刺激值,R、G、B为旧系统的三原色三刺激值,根据格拉斯曼颜色混合定律可知,每单位新的原色可以由旧的三原色相加混合得到。XYZ系统和RGB系统三刺激值转换关系如下所示:

XYZ转化为RGB颜色空间转化公式

CIE1931XYZ标准色度系统是在广泛实验的基础上得到的平均人眼颜色响应,是国际上颜色测量及表征的统一标准,是几乎一切颜色计算和颜色测量仪器设计的基本依据。


色差仪CIELab测色系统:

CIE1931标准色度系统是一种非均匀颜色空间,其中色品图的不均匀性即各色区中颜色感知差异的容限大小不等,这在应用中给颜色之间差异的定量计算等带来了极大不便。此外,工业应用中还常常需要比较和评价不同亮度等级的颜色,这些问题的出现推动了均匀颜色空间以及颜色差异计算方法的研究。

CIE于1976年正式推荐了两个均匀色度空间:CIE1976L*u*v*和CIE1976L*a*b*。在这两个空间中每个点代表确定的颜色,两点间的距离代表着两种颜色间的视觉差异,相等的距离代表接近相同的色知觉差异,而与这两点的绝对位置无关。CIE1976L*u*v*均匀颜色空间(也称CIELUV均匀颜色空间)主要用于如电视工业等的加混色的表示和评价;CIE1976L*a*b*均匀颜色空间(也称CIELAB均匀颜色空间)主要用于如表面色料工业等减混色的表示和评价。但是在后来的发展过程中,CIELAB均匀颜色空间得到了更加广泛的应用。近代所有的颜色数码成像标准和图像艺术工业等实际应用中,几乎都使用了CIELAB色差公式,并且在1976年以后提出了许多用CIELAB坐标进行优化的色差公式。故下文主要介绍一下CIELAB均匀颜色空间。

作为该颜色空间的三维直角坐标的明度L*和色品坐标a*b*的计算公式为:

CIELAB颜色空间明度指数和色品指数计算公式

式中,X、Y、Z为颜色样品的三刺激值,Xn、Yn、Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上,然后反射到人眼中的三刺激值,其中Yn=100。

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