光学基本概念形象解释：CIE⾊度系统与⾊彩
沈阳体育学院学报
三种⾊温的荧光灯光谱
显⽰器指标
光源颜⾊
光源⾊温不同，光⾊也不同，带来的感觉也不相同：
<3300K温暖（带红的⽩⾊）稳重、温暖
3000－5000K中间（⽩⾊）爽快
>5000K清凉型（带蓝的⽩⾊）冷
⾊温与亮度：⾼⾊温光源照射下，如亮度不⾼则给⼈们有⼀种阴冷的⽓氛；低⾊温光源照射下，亮度过⾼会给⼈们有⼀种闷热感觉。光⾊的对⽐：在同⼀空间使⽤两种光⾊差很⼤的光源，其对⽐将会出现层次效果，光⾊对⽐⼤时，在获得亮度层次的同时，⼜可获得光⾊的层次。
CIE⾊度系统与⾊彩爬山猴
⼀．光学度和⾊度学基本术语
• 光通量:-----单位时间内⼈眼感受到的物体辐射功率,⽤表 ⽰ 单位:lm
• 发光强度:-----光源在包含给定⽅向的⽴体⾓元dΩ内传输的光通量
dφ与该⽴体⾓元之商.
单位:cd
• 光照度-----单位受照⾯积所接受的光通量，⽤E表⽰. E=dφ/dA
单位:LX ,lx=lm·m-2
• 亮度 -----光源表⾯⾯积元在给定⽅向的发光强度与⾯积元在垂直于该⽅向的平⾯上的正交投影⾯积之商，⽤L表⽰.L=I/dA·
单位: nt=cd·m-2
• ⾊温-----当某⼀种光源的⾊品与某⼀温度下⿊体的⾊品相同时,⿊体的温度就是光源⾊温,⽤TC表⽰.
• ⾊刺激-----进⼊⼈眼能引起有彩⾊或⽆彩⾊感觉的可见光辐射 • ⾊品坐标-----三刺激值之值与它们和之⽐
颜⾊视觉理论
由于三⾊学说和四⾊学说长期对⽴状态, 现代学者提出"阶段学说":
第⼀阶段在视⽹膜内有三种独⽴的锥体感⾊物质（ＲＧＢ），它们同时有选择地吸收光谱不同波长的辐射，同时每⼀物质⼜可单独产⽣⿊和⽩的反应，在强光作⽤下产⽣⽩的反应，⽆刺激时是⿊的反应．
第⼆阶段在兴奋由锥体细胞向视觉中枢的传导过程中，这三种反应⼜重新组合，最后形成三对对⽴性的神经反映，红－绿，黄－蓝，⽩－⿊
图－阶段学说模型
• 眼睛的结构
⼈的眼睛相当于⼀个光学仪器，它的内部构造如图:
巩膜脉络膜⽹膜
⾓膜前室虹彩世界钢号手册
⼈眼构成
⼆．眼睛的结构及其视觉特性
• 眼睛视觉特性
在⼈眼的组成中，视⽹膜是⼀个⼗分重要的视觉接收器。同时，它也是⼀个复杂的神经中⼼。眼睛的感光成份分为视⽹膜中的杆体细胞和锥体细胞。杆体细胞能感受弱光刺激，但不能分辨颜⾊；锥体细胞在强光下灵敏，它还有辨别颜⾊的功能。⼈眼只对可见光有视觉，⽽在可见光范围内，⼈眼对不同频率或波长的灵敏度视觉感觉强度不同。眼睛的灵敏度与波长的依赖函数关系，称为光谱光效率函数。
此图-300多名标准观察者在中央凹视觉（2°~3°视场）的平均光谱灵敏
特性，V（λ）和V'（λ）曲线见图
四． CIE标准⾊度系统
4.1 在1931年国际照明委员会(CIE) 规定了两套⾊度系统，⼀是 1931CIE-RGB⾊度系统；另⼀
种是XYZ⾊度系统．两种系统都是建⽴在⼈眼的颜⾊视觉理论和三⾊混合实验的基础之上的. A. ⾊光混合匹配实验待测光⾊可通过调节三种原⾊光的强度来混合形成，当视场
中两部分光⾊相同时，视场中的分界线感觉消失，两部分合为⼀视场，待测光⾊与三原混和光⾊达到⾊匹配.
指数分布
图-⾊光混合匹配实验
B.颜⾊匹配实验的结果⽤颜⾊匹配⽅程表⽰:
（C）-匹配颜⾊单位、(R),(G),(B)-混合⾊的红、绿、蓝三原⾊单位
C (C)≡R(R)+G(G)+B(B) －－－１－１
R、G、B —代数量，红绿蓝三原⾊光的刺激值
≡ —匹配或视觉上相等, C —混合⾊的总数量
当C ＝１，⽅程１－1可表⽰(C)≡r(R)+g(G)+b(B)
世贸组织大幅下调⾊坐标:r=R/(R+G+B),g=G/(R+G+B),b =B/(R+G+B)
CIE标准⾊度系统
4.2 CIE1931-RGB⾊度系统的建⽴
1.综合莱特和吉尔德颜⾊匹配视觉实验的结果1931年CIE推荐CIE-RGB系统.
2.规定三原⾊：红700.00nm；绿546.1nm;
蓝435.8nm. 观测条件：采⽤2度视⾓观⾊. 观察者：视觉正常的青年⼈. 单位：三原⾊辐射量之⽐
72.0962:1.3791:1.0 时混合得到等能量⽩⾊.此时的三刺激值相等,
即R:G:B=1:1:1 图—根据1931年CIE-RGB
标准观察者三刺激值绘出的⾊品图
福建江夏学院学报
4.3 CIE1931-XYZ⾊度系统
从CIE-RGB⾊品图中可知，在光谱轨迹上的⾊品坐标值，在很⼤范围内出现负值，为避免⾊度坐标出现负值,CIE推荐CIE-XYZ⾊度系统.
建⽴xyz⾊度系统的考虑:
①避免三刺激值和⾊度坐标出现负值，必须另选三个原⾊.
②XY边应与光谱轨迹540-700nm直线段重合.计算混合⾊⽅便.得直线⽅程: r+0.99g-1=0; (4-1) YZ边与
503 nm点相切，光谱轨迹落在三⾓形内.
得直线⽅程: 1.45r+0.55g+1=0; (4-2)
③规定(X)(Z)的亮度为0,XZ线为⽆亮度线. 已知r+4.5907g+0.0601b=0;r+g+b=1; (4-3) 得
0.9399r+4.5306g+0.0601=0 . 解的
(X):r=1.275,g=-0.2778,b=0.0028 (Y):r=-1.739,g=2.767,b=-0.0279
(z):r=-0.743,g=0.140,b=1.602
在x-y图坐标中
(X):x=1,y=0,z=0 (Y):x=0,y=1,z=0 (z):x=0,y=0,z=1
④选择标准⽩Ｅ，来确定三刺激值单位。XYZ系统通过相等数量的三原⾊刺激值匹
配等能⽩光E来定各原⾊刺激值单位。等能⽩点在r-g系统坐标r=0.333,g=0.333
在x-y图坐标中，x=0.333,y=0.333
4.3 CIE1931-XYZ⾊度系统
此图是1931年国 CIE确认的⾊度坐标 "CIE1931－ＸＹ
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