光学第 5 课：彩色光学
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1. 孟塞尔颜色系统
2. 奥斯特瓦尔德色彩系统
3. CIE 标准比色系统
4. CIE RGB 颜色系统
5. CIE XYZ 颜色系统
7. YUV 颜色系统
8. HSV 颜色系统
9. Luv* 颜色系统
1.孟塞尔颜色系统
图。 1. 孟塞尔颜色系统
⑴ 概述
① 由美国画家Albert H. Munsell于1905年设计
② 1943年由美国光学学会比色学委员会修改并在国际上广泛使用
⑵色彩三要素
① 色调：区分颜色类别
② 色度：颜色的清晰度、纯度和强度，也称为饱和度
③ 明度或亮度：颜色的明暗程度
⑶ 颜色表示
图。 2. 孟塞尔颜色系统中的颜色表示 [脚注：2]
① 以红、黄、绿、蓝、紫为基色，加上橙色、石灰色、青绿色、青色、紫色等附加颜色，共10种颜色
② 每种颜色分为 10 级，共 100 种颜色。第5步代表原色
③意义：通过色相、明度、彩度三个属性实现颜色的客观科学表征
④ 限制1： 颜色之间的间隙没有严格定义，尤其是蓝色
⑤ 限制2： 色度位置的变化使混色变得困难
⑷ 明度表示
① 指定值从0到10：0代表黑色，10代表白色
② 对于非彩色，“N”为前缀，后跟适当的值
⑸ 色度表示
①以消色差轴为中心，编号从0开始，水平方向递增，饱和度越高
2.奥斯特瓦尔德色彩系统
⑴ 由德国化学家弗里德里希·W·奥斯特瓦尔德设计
⑵ 颜色表示
① 所有颜色均使用白色量 (W)、黑色量 (B) 和纯色量 (C) 之和表示，归一化为 100
② 以黄、红、蓝、绿为原色，中间夹有橙、紫、品红、青，分为24种等距补色
③优点：考虑色彩和人体生理方面而开发
④ 缺点：颜色名称在表示上较难理解。颜色之间缺乏清晰的关系阻碍了实际使用
⑶ 明度和色度表示：在奥斯特瓦尔德颜色系统中没有单独表示
3。 CIE 标准比色系统
⑴ 由国际照明委员会（CIE）于1931年成立
⑵ 既反映物理光量又反映人类感知品质的科学色彩系统
⑶ 优点1： 可以表达源光源的颜色，不像孟塞尔或奥斯特瓦尔德系统仅限于物体颜色
⑷ 优点2： 独立于人类感知
4。 CIE RGB 颜色系统
⑴ 配色实验：20世纪初积极开展使用三基色
① 第一：RGB 主波长定义为 700.0、546.1 和 435.8 nm
② 第二：白屏分为参考面和测试面
③ 第三：参考面照明，三路独立亮度可调的主光> ④第四：用特定的测试光波长对测试面进行照明，调整参考面的主光以匹配亮度
⑤第五：配色：标准观察者判断混色是否与测试色匹配
⑥ 第六：对多个观察者的结果进行平均：称为颜色匹配函数
⑦ 示例 1：混合约 80 W 的 R 原色光和 0.4 W 的 G 原色光，在 600 nm 处产生与 1 W 的橙色光相同的颜色
⑧ 示例 2：按 243.9 W:4.697 W:3.505 W 的比例混合 R 原色光、G 原色光和 B 原色光，产生白色
⑵ 三刺激曲线：定义满足以下条件
图。 3. 以主要单位表示的三刺激曲线[脚注：3]
① E：进入观察者眼睛的光谱
② R、G、B：主光
③缺点：含有负值，带来不便
⑶ RGB转灰度
① 方法一： 灰度 = (R + G + B) / 3
② 方法2：灰色 = 0.2989 R + 0.5870 G + 0.1140 B
5。 CIE XYZ 颜色系统
⑴ 三刺激曲线：定义如下
图。 4. CIE XYZ 颜色系统中的三刺激曲线
① S(λ)：基于波长λ的光谱辐射亮度
② I(λ)：基于波长λ的光谱反射率，范围从0%到100%
③ E(λ)：进入观察者眼睛的光谱
④ K：缩放因子，范围从1到100
⑤ 一般对可见光波长进行积分 λ ε [380, 780]
⑵ 实验过程
图。 5. CIE XYZ 颜色系统中的实验过程
⑶ CIE 颜色坐标 (x, y, z) 是 X, Y, Z 的标准化版本
⑷ RGB三色与XYZ三色的关系
① 矩阵变换
②（评论）RGB和XYZ三刺激之间的关系看起来是非线性的；因此，上述公式可能不适合
6。 CIE Lab* 颜色系统
⑴ XYZ → Lab* 变换
⑵ Lab*→XYZ变换
⑶ (Xn, Yn, Zn) 为 CIE XYZ 相对于标准白的归一化值，如 (98.072, 100, 118.225)
7. YUV 颜色系统
⑴ RGB转YUV
①Y=0.299R+0.587G+0.114B
② U’=(B-Y)×0.565
③V’=(R-Y)×0.713
⑵ YUV转灰度
①灰色=Y
8. HSV 颜色系统
⑴ HSV 转 RGB
① 当0≤H<360、0≤S≤1、0≤V≤1时，
② C = V × S, X = C × (1 - ( H / 60° ) mod 2 - 1 ), m = V - C
③ R = (R’ + m) × 55，G = (G’ + m) × 255，B = (B’ + m) × 255
9。 Luv* 颜色系统
输入: 2020.05.26 09:27