色度計測色系統介紹CIE1964XYZ標準色度系統的補充

Mondo 科技 更新 2024-03-07

為了統一顏色測量和計算的方法,CIE規定了多個用於顏色測量和計算的標準色度系統,其中常見的有CIE1931RGB標準色度系統、CIE1931XYZ標準色度系統和CIE1964XYZ補充標準色度系統。 鑑於很多朋友對CIE1964XYZ補充標準色度系統了解不多,本文介紹一下測色系統,感興趣的朋友可以了解一下!

CIE1931標準色度系統建立後,經過多年的實踐證明,CIE1931標準色度觀察器的資料代表了人眼2°視場的平均色階特徵。 然而,當視場增加到4°以上時,一些研究人員發現,在380 460nm的波長範圍內,光譜三刺激值較低。 這是由於視桿細胞的參與和大面積視野條件下窩中黃色素的影響,色覺會發生一定的變化。 在日常生活中觀察物體時,視場經常超過2°的範圍,因此,為了滿足大視場色彩測量的需要,CIE在1964年指定了一套“CIE 1964補充標準色度觀察者光譜三刺激值”,簡稱為“CIE1964補充標準色度觀察器”, 現在更名為“CIE1964標準色度觀察器”,這個系統被稱為“CIE1964標準色度系統”,也稱為10°視場X10Y10Z10色度系統。

從色度體系和色度公式的發展歷史來看,1964年以前分別經歷了1931CIE-RGB標準比色體系和1931CIE-XYZ比色體系。 但隨著科研水平的不斷提高和應用的不斷擴大,上述兩種比色體系的缺點逐漸暴露出來,越來越不適合當前的工程應用和相應標準的確定。 因此,CIE在1964年提出了CIE1964補充標準色度系統,下面將對此進行詳細描述

光源(光源顏色)發出的光或光源的光譜能量被物體(物體顏色)反射或透射後進入人眼產生顏色感覺的光稱為顏色刺激功能,根據CIE的規定,顏色刺激功能引起的三刺激值為:

其中 X10、Y10 和 Z10 是CIE1964補充標準色度系統的三刺激值。 X10( )Y10( )Z10( ) 是CIE1964補充標準觀察器的光譜三刺激。 x10( )y10( )z10( ) 是 CIE 指定的一組值,可以用這組值模擬三條刺激曲線,如下圖所示。

考慮到實際的顏色刺激函式往往難以用代數形式準確表示,在實際色度計算中,通常使用求和來近似於上述方程中的積分,即

CIE1964補充標準色度系統之所以取代以前的比色系統,是因為以前的色度系統1931CIE-RGB和1931CIE-XYZ比色系統在視場超過4°時,在380nm和460nm的光譜範圍內具有較低的值,這是因為在大視場的觀察條件下, 視桿細胞的參與和**窩色素的影響使色覺發生一定的變化。每天觀察物體時的視場通常大於 4°。 因此,為了滿足大視場色彩測量的需要,CIE推薦一套適合10°視場條件的“CIE補充標準色度觀察者光譜三刺激值”,從而形成“CIE1964補充標準色度系統”,相應的光譜三刺激曲線用XN表示, 分別為 YN 和 ZN。CIE1964補充標準色度系統構成了大視場測量的標準,作為未來開發的一系列色差公式的基礎,在各種色差公式中不斷改進和修訂,並得到了廣泛的應用。

CIE1964 補充標準色度系統 顏色的測量分為兩種型別:物體顏色測量和光源顏色測量,物體顏色和照明條件與物體本身的光譜特性有關,因此實際進入人眼的顏色的刺激函式應該是照明源的相對光譜功率分布與物體本身的光譜特徵函式的乘積, 如果它是反光物體,那麼:

式中( 和 ( 分別為不透明物體的光譜反射率和光譜輻射係數,在實際測量時可根據幾何條件選擇使用; p( )為照明器的相對光譜功率分布,一般採用CIE推薦的標準照明器,由被測物體的實際情況確定; (是顏色刺激功能。 標準照明器b、c、d65可用於在日光下觀察物體,標準照明器a用於在光照下觀察物體時。 在計算三刺激值的公式中,常數 k10 稱為歸一化係數,計算公式為:

此外,在計算上述三刺激值時,應根據被測顏色的光譜特性和所需的計算精度來確定波長間隔a的選擇,一般可以選擇的波長間隔為10nm、5nm、1nm等。 在大多數情況下,使用 5nm,可以給出精確的結果。 如果計算精度不高,=10nm就足夠了,但是當需要非常精確的計算時,可以使用δ=1nm。

國際標準規定,在測量物體顏色時,應在CIE推薦的標準照明器D65下測量物體。 CIE標準照明器D65是基於大量關於地球上不同地方太陽光光譜輻射探測的資料,總結了一組相對光譜功率分布資料,其相關色溫為6500K。 標準照明器 D65 近似於平均自然光,並且同時與水平面上整個天空的散射光和陽光非常吻合。 其相關色溫是 6000 k-7000 k 範圍內“全球日光”的平均值。 另一方面,“全球日光”通常被認為是從日出後兩小時到日落前兩小時以及從多雲到晴朗的任何地方的天光的平均相對光譜功率分布。 目前,為標準照明器D65開發的實際光源的相對光譜功率分布並不理想,但只要光源、光學系統和檢測器在檢測物體顏色時的整體光譜響應特性符合標準照明器D65的三刺激值和10°視場配色功能即可。 即滿足路德條件

其中 s( 是光源的相對光譜功率分布: sd( ) 是 D65 的相對光譜功率分布; x10( )y10( )z10( ) 是 10° 視場的配色功能; KX、ky、KZ是與波長無關的常數; (是校正前探測器的相對光譜靈敏度; X、Y 和 Z 是儀器專用濾波器的透射率。 根據上式中項之間的關係,模擬了使用D65光源的相對光譜功率函式。 也就是說,用標準A光源測得的色度值與用標準D65光源測得的色度值相同。

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