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一分钟了解CIE 1931色度坐标

时间:2022-08-11   浏览量: 1711

色度坐标(chromaticity coordinate)是2018年公布的计算机科学技术名词。色度坐标(chromaticity coordinate),就是颜色的坐标。也叫表色系。


对于发光材料我们通常会用发光颜色来描述。由于心理和生理方面的影响,人们对颜色的感官不会完全相同.即使是正常视觉的人眼判断也不完全相同。要定量地对一种颜色进行描述,并用物理方法代替人眼来测量颜色,就要用到色度图。荧光体的颜色一般用色坐标来表示,任何一种颜色H0可以用三基色,即蓝色(x0)、绿色(y0)和红色(z0)定量表示出来:

常用的颜色坐标,横轴为 x ,纵轴为 y 。有了色坐标,可以在色度图上确定一个点。 这个点精确表示了发光颜色。即:色度坐标精确表示了颜色。 因为色度坐标有两个数字,又不直观,所以大家喜欢用色温来大概表示照明光源的发光颜色。

(1.1)

而x,y,z的值与平面方程有关:

(1.2)

其中只有两个值是彼此独立的。因而一般用(x,y)来表示一种颜色,称之为色坐标。NTSC(National TelevisionSystems Committee)规定,标准红色色坐标为(0.67,0.33),标准绿色色坐标为(0.21,0.71),标准蓝色色坐标为(0.14,0.08)。纯正的白光色坐标为(0.33,0.33)。


色度坐标图

 

图中的颜色,包括了自然所能得到的颜色。这是个二维平面空间图,由x-y直角标系统构成的平面。为了适应人们习惯于在平面坐标系中讨论变量关系,而设计出来的。在设计出该图的过程中,经过许多数学上的变换和演算。此图的意义和作用,可以总结成两句话:(1)表示颜色视觉的基本规律。(2)表示颜色混合与分解的一般规律。


坐标系——x ,y直角坐标系


x——表示与红色有关的相对量值。


y——表示与绿色有关的相对量值。


z——表示与蓝色有关的相对量值。并且z=1-(x+y)


形状与外形轮廓线


形状——舌形,有时候也称“舌形曲线”图。由舌形外围曲线和底部直线包围起来的闭合区域。舌形外围曲线——是全部可见光单色光颜色轨迹线,每一点代表某个波长单色光的颜色,波长从390nm到760nm。在曲线的旁边。标注了一些特征颜色点的对应波长。例如图中510nm——520nm——530nm等。  底部直线——连接390nm点到760nm点构成的直线,此线称为紫红线。


色彩


这是一个彩色图,区域内的色彩,包括了一切物理上能实现的颜色。


应用价值——颜色的定量表示


用(x,y)的坐标值来表示颜色。白色应该包含在“颜色”这个概念范围内。


色度坐标图几个特征点的意义


(1)E点—等能白光点的坐标点,E点是以三种基色光,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点的CCT=5400K。


(2)A点—CIE规定一种标准白光光源的色度坐标点   这是一种纯钨丝灯,色温值CCT=2856。


(3)B点—CIE规定的一种标准光源坐标点   B点的CCT=4874K,代表直射日光。


(4)C点—CIE确认的一种标准日光光源坐标点(昼光)  C点的CCT=6774K。


(5)D点—有时候也标为   D光源称为典型日光,或重组日光;CCT=6500K。  


三条特殊线


(1)黑体色温轨迹线:在舌形曲线的中部,跨过白色区,有一条向下弯的曲线,这就是黑体色温轨迹线。这条曲线表示黑体在不同温度下发光颜色的变化轨迹。色温的变化范围从1000K到无穷大。但实际上常用的是1000K-1400K范围。


(2)单色光轨迹线:即色度坐标图中的舌形曲线,可见光的波长所对应颜色的轨迹线。曲线上的任意一点,表示一种光的波长,及其表现的颜色。


(3)紫红线:连接舌形曲线两端的直线。表示红色和紫色混合后颜色的轨迹称为紫红线。


 色度坐标分区  


在舌形曲线所包围的区域内,被分成20个颜色区域。在每个区域内,被认为颜色基本相同,每个颜色区都是一个平均主波长,或者补色主波长,而且还有相应的英文名称。它们的英文—中文名,对照如下:


1. Red—红色2. Pink—粉红色3. Reddis Orange—橙红色4.Yellishpink—粉黄色5.Orange—橙色6.Orange-Yellow—橙黄色7.Yellow—黄色8.reenish Yellow—黄绿色9.Yellow Green—绿黄色10.Yellowish Green—淡黄绿色11.Green—绿色12.Bluish Green—淡蓝绿色13、Greenish Blue—淡绿蓝色14.Blue—蓝色15.Purplish Blue—淡紫蓝色16. Purple Violet—紫罗兰的紫色17.Reddish Purple—淡红紫色18. Purplish Pink—淡紫粉红色19. Purplish Red—紫红20.中心区—白光区


光色的互补


若两种颜色的光,按一定比例混合后可得到白光,则这两中色光称之为互补。在色度坐标图中,凡是穿过白色区的直线,都可以找到一对互补的颜色光。当然,穿过等能白光点E点的直线两端,也能找到一组互补的颜色光。  在色度坐标图中,任意两点的光色,连接两点的直线,则这种光色混合的结果光色也总在这条直线上的某一点。假如该直线不穿过白色区,这两点的光色不能称为互补。


白光与其他颜色光的混合—主波长和补色主波长


将白光和一种适当的光谱色混合,可配得所需要的任何颜色光。若所选择的白光是E点等能白光。选择任意一点C,连接CE并延长,交于单色轨迹线上的,则C’单色光的波长,称为C点光的主波长。主波长λ代表线上各点光谱色的主色调。若选择FEN三角形内的A点,连接EA,但不能向A的方向延长,而应将线向左上方延长,交于单色轨迹线上的A’点,则A’点的波长,称为A点的补色主波长。补色主波长,也是表示AA’线上各点颜色的主色调。


颜色深浅的定量表示法  


颜色领域的色调,类似于音乐中的间调。音乐中的一首曲子,有C调,F调等,色度学中则用主波长表示色调。音乐中的发音调有高音调,低音调。色度学中对应有颜色深浅。颜色的深浅是用兴奋纯度Pe来表示的。(参照第11节中的图)显然,在线上,C’点的颜色最深,以后就逐渐变淡,到了E点就完全变成白色了。


颜色光的混合


利用x y色度坐标图,可以用来表示任意两种颜色光的混色关系。


是色度坐标上的两个光谱色。要把两种光进行混合,只要连接两个点,即可得到直线,混色的结果颜色点也必然在该直线上的某个点。


颜色的宽容度


在xy的色度坐标图上,每一点都代表一种确定的颜色。任何一个点和周围相邻点的颜色,应该是不相同的。但是点之间若靠得比较近,人的眼睛是不能分辨的。只有当两点之间的距离足够大,我们才能感觉到它们的差别。人眼感觉不出颜色变化的最大范围,称为颜色宽容量。有人研究表明,在色度坐标图上的不同位置,颜色的宽容量并不是相同。蓝色区的宽容量最小,绿色区的宽容量最大。也就是说,色度图的不同区域,相等的距离并不能代表视觉上的相等色度差。这是色度坐标图的一种缺陷。


色温、色度坐标计算方法


先计算色坐标。方法是,必须先有光谱P(λ)。

  然后光谱P(λ),与三刺激函数X(λ)、Y(λ)、Z(λ),分别对应波长相乘后累加,得出三刺激值,X、Y、Z。

  那么色坐标 x=X/(X+Y+Z)、Y/(X+Y+Z)

  一般,光谱是从380nm到780nm,间隔5nm,共81个数据。

  X(λ)、Y(λ)、Z(λ),是CIE规定的函数,对应光谱,各81个数据,色度学书上可以查到。

  再计算色温,例如色度坐标x=0.5655,y=0.4339。

  用“黑体轨迹等温线的色品坐标”有麦勒德、色温、黑体轨迹上的(xyuv)、黑体轨迹外的(xyuv)。我们用xy的数据来举例。

  一、为了方便表达,把黑体轨迹上的x写成XS、y写成YS,黑体轨迹外的x写成XW、y写成YW。

  先把每一行斜率K算出,K=(YS-YW)/(XS-XW),写在表边上。

  例如:

  麦勒德530斜率K1=(.4109-.3874)/(.5391-.5207)=1.3352

  麦勒德540斜率K2=(.4099-.3866)/(.5431-.5245)=1.2527

  麦勒德550斜率K3=(.4089-.3856)/(.5470-.5282)=1.2394

  二、找出要计算的x=.5655、y=.4339这个点,在哪两条等温线之间,就是这点到两条等温线距离一正一负。

  如果不知道它的大概色温,计算就繁了;因为你说是钠灯,那么它色温在1800到1900K之间。

  用下公式算出这点到麦勒德530,1887K等温线的距离D1

  D1=((x-YS)-K(y-XS))/((1+K×K)开方)

  =((.4339-.4109)-1.3352(.5655-.5391))/((1+1.3352×1.3352)开方)

  =(.023-.03525)/(1.6682)=-.0073432

  再计算出这点到麦勒德540,1852K等温线的距离D2

  D2=((.4339-.4099)-1.2527(.5655-.5431))/((1+1.2527×1.2527)开方)

  =(.024-.02806)/(1.6029)=-.0025329

  因为D1、D2都是负数,没找到。

  再计算出这点到麦勒德550,1818K等温线的距离D3

  D3=((.4339-.4089)-1.2394(.5655-.5470))/((1+1.2394×1.2394)开方)

  =(.025-.02293)/(1.6029)=+.0013005

  D2负、D3正,找到了。D2对540麦勒德记为M2、D3对550麦勒德记为M3

  三、先把距离取绝对值。按比例得出这点麦勒德M,公式是

  M= M2+D2(M3-M2)/(D2+D3)

  =540+.0025329(550-540)/(.0025329+.0013005)

  =540+.025329/.0038334

  =540+5.607=545.607

  (相关)色温=1000000/545.607=1833K

  四、答:x=.5655、y=.4339这个点的(相关)色温为1833K

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