色度学的基础是什么？色度学有哪些表色系统？
2023-05-16
色度学是研究颜色的视觉规律、颜色的测量、计算和判别的科学。它是以国际照明委员会CIE统一规定的色度系统为基础而对色进行目视和物理测量的，其最终的目标是建立符合颜色视觉辨别特性的预测模型。本文对色度学的基础及色度学的表色系统类型做了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！
色度学指什么？
从狭义上来说，色度学是一个用于预测两个具有不同光谱功率分布的刺激色样在特定观察条件下是否具有相同颜色的工具。如果两个刺激色样具有相同的三刺激值，则认为对于具有正常色觉的标准观察者，这两个刺激色样具有相匹配的颜色。广义上的色度学还包括了复杂观察条件下刺激色样颜色外貌的估测方法。
色度学的最终目标是建立符合颜色视觉辨别特性的预测模型，具体包括以下几点：
1.每个唯一的颜色应当具有唯一的色度参数，即两个具有相同色度参数的刺激色样应当具有相同的颜色外貌，而两个具有不同色度参数的刺激色样所对应的颜色外貌也是不同的。
2.利用一个各个维度相互垂直的坐标系统来表述相应的色度参数，并应体现出颜色的主要视觉属性，如明度、彩度和色调等。
3.两个刺激色样之间的计算色差值应与相应的视觉感受量差异成正比。
色度学的基础：
色度学是一门研究彩色计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。通常可以把颜色可分为彩色和非彩色两类。
非彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列，成为白黑系列。对发光物体来说，白黑的变化相当于白光的亮度变化，亮度高时人眼感到是白色，亮度很低时感到是灰色，无关时时黑色。非彩色只有明亮度的差异。
彩色是指白黑系列以为的各种颜色。彩色有三种特性，例如：亮度、色调、饱和度，亦可以用其它类似的三种特性表示。
亮度：人眼对物体的明暗感觉。发光物体的亮度越高，则亮度越高；非发光物体反射比越高，明度越高。
色调：彩色彼此相互区分的特性，即红、黄、绿、蓝、紫等。不同波长的单色光具有不同的色调。发光物体的色调决定于它的光辐射的光谱组成。非发光物体的色调决定于照明光源的光谱组成和物体本身的光谱反射（透射）特性。
饱和度：是指彩色的纯洁性。可见光谱中的各种单色光是最饱和的彩色。物体色的饱和度决定于物体反射（透射）特性。如果物体反射光的光谱带很窄，它的饱和度就很高。
色度学表色系统的类型：
1.CIE1931-RGB系统
物体颜色的定量度量是很复杂的，它涉及到观察者的视觉生理、视觉心理以及照明条件、观察条件等许多问题，为了能够得到一致的度量效果，国际照明委员会（简称CIE）规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统。本系统是近代色度学的基本组成部分，它是一种混色系统，是基于每一种颜色都能用三个选定原色按适当比例混合而成的基本事实建立起来的。
为了测量物体颜色的三刺激值，首先必须研究人眼的颜色视觉特性。实验证明可以根据一些观察者进行的颜色匹配匹配实验，将他们的实验数据加以平均，确定一组匹配等能光谱色所需要的三原色数据。此数据称为“标准色度观察者光谱三刺激值”以此来代表人眼的平均颜色视觉特性。CIE1931-RGB系统就是建立在莱特和吉尔德两项颜色匹配实验基础上的。CIE综合了他们的两项实验结果，将他们两人所使用的三原色转换成700nm（R）、546.1nm（G），435.8（B），并以相等数学的三原色刺激值匹配出等能白光（又称为E光源）来确定三刺激值单位。
CIE采用了他们两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，用R，G，B来表示。
色刺激Φ（λ）的三刺激值X，Y，Z可以由下列公式导出来：
2.CIE1931-XYZ系统
CIE1931标准色度系统是由 RGB色度系统所推导而来。由于在 RGB 色度系统中色匹配函数存在负值，其运算繁琐，故CIE在1931年在制定RGB色度系统同时，又定义了新的原刺激[X]、[Y]、[Z]得到了XYZ色度系统，使得这时的色匹配函数均为正值。如下图所示为XYZ色度系统的色匹配函数。
色刺激Φ（λ）的三刺激值X，Y，Z可以由下列公式导出来：
对于物体色的色刺激，反射物为Φ（λ）=R（λ）P（λ），透射物则为Φ（λ）=T（λ）P（λ），其中，P（λ）为照明光的光谱分布，R（λ）为反射物的光谱反射率，T（λ）为透射物的光谱透过率，k为一常数。
XYZ色度系统规定X、Z只代表色度，没有亮度，光度量只与三刺激值Y成比例。XYZ系统与RGB系统三刺激值之间的转换关系为：
根据刺激值与色品坐标的关系，直接用光谱三刺激值x，y，z求得光谱色在xy坐标系统中的各坐标值，将光谱色的坐标点连成马蹄形曲线，此曲线称为CIE的x、y色品图的光谱轨迹。x和y分别指X、Y在XYZ三刺激总和中的比例：
色品图和单色光的光谱轨迹如下图所示：
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