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颜色三刺激值与光谱三刺激值什么关系?它们怎么计算?

什么是颜色三刺激值?什么是光谱三刺激值?能够引起颜色知觉的可见辐射的辐通量称作颜色三刺激值;在颜色匹配实验中,匹配等能光谱色所需的三原色的量称为光谱三刺激值。鉴于许多朋友对颜色三刺激值和光谱三刺激值的关系不是很清楚,本文为大家进行简要的介绍。

颜色三刺激值与光谱三刺激值

什么是颜色三刺激值?

在颜色匹配实验中,与待测色达到色匹配时所需要的三原色的数量,称为三刺激值。也就是颜色匹配方程式[C (C) =R (R) +G (G) +B (B))]中的 R、G、B 值。一种颜色与一组 R、G、B 数值相对应,颜色知觉可以通过三刺激值来定量表示。任意两种颜色只要 R、G、B 数值相同,颜色知觉就相同。

在色度学里,三刺激值的单位(R)、(G)、(B)不是用物理量为单位,而是选用色度学单位,亦称三T单位。它的确定方法是:选一特定白光(W)作为标准,在颜色匹配实验装置上用选定的三原色光(红、绿、蓝)相加混合与此白光(W)相匹配,达到匹配时,如测得所需要的三原色光的光通量值(R)为Lr(lm);(G)为Lg(lm);(B)为Lb(lm)。则将比值Lr:Lg:Lb定为三刺激值的相对亮度单位,即色度学单位。例如匹配Fc(lm)的(C)光,需要Fr(lm)的(R),Fg(lm)的(G)和Fb(lm)的(B),写出颜色方程为:

颜色方程式

此式中各单位是以1(lm)表示的。若用色度学单位表示则方程为:

颜色方程式1

式中C=R+G+B,R=Fr/Lr,G=Fg/Lg,B=Fb/Lb。

什么是光谱三刺激值?

在颜色匹配实验中,待测色光也可以是某一种波长的单色光(亦称为光谱色),对应一种波长的单色光可以得到一组三刺激值R、G、B.对不同波长的单色光做一系列类似的匹配实验,可以得到对应于各种波长单色光的三刺激值。如果将各单色光的辐射能量值都保持为相同(这样的光谱分布称为等能光谱)来做上述一系列实验,所得到的三刺激值称为光谱三刺激值,也就是匹配等能光谱色的三原色的数量,用符号r、g、b表示。光谱三刺激值又称为颜色匹配函数,它的数值只决定于人眼的视觉特性。匹配过程用方程表示为:

光谱三刺激值匹配方程式

任何颜色的光都可以看成是不同单色光混合组成的,所以光谱三刺激值能作为颜色色度计算的基础。

颜色三刺激值和光谱三刺激值的关系:

颜色三刺激值与光谱三刺激值两者都是影响视觉颜色的因素,它们之间有着密切的联系。颜色三刺激值(CIE三色系统)是颜色空间的一种抽象表示法,三色系统由红色、绿色和蓝色三种色度值经过一定的数学运算所得,它可以反映出一个具有独特色彩的颜色。而光谱三刺激值(RGB)是由光谱反射率函数经过一定的数学计算得到的,它可以把视觉颜色转换成用来显示在屏幕上的色彩。

这两者都是描述颜色的有效方式,但它们之间有着一定的差异。CIE三色系统是根据人类的视觉特性,把一个颜色抽象成一种三维的抽象数值,而RGB光谱三色系统是根据计算机和高端显示设备的技术特性,把一个颜色抽象成一种三维数值。CIE三色系统能够模拟出更多的色彩和色调;而 RGB三色系统则更容易用在计算机显示设备上,它可以更精准地模拟屏幕上的颜色。

因此,当我们想要非常准确地表示一种特定颜色时,则需要使用CIE三色系统与RGB三色系统。例如,计算机显示设备上的RGB颜色编码代表的颜色,实际上是由CIE三色系统数值转换而来的。因此,CIE三色系统和RGB三色系统之间的关系是:一种特定颜色可以通过CIE三色系统转换成RGB三色系统,而RGB三色系统也可以转换成CIE三色系统。

由于颜色表示法的差异,在处理视觉颜色时,必须确定使用哪一种来表示特定颜色。在许多视觉过程中使用CIE三色系统,因为它具有更大的灰度和色度特性,可以更精确地表示出各种深浅不同的色彩。而在使用计算机显示设备时,则需要使用RGB三色系统,因为它可以把视觉颜色转换成用来显示在屏幕上的色彩。

总的来说,CIE三色系统和RGB三色系统都是视觉颜色的有效表示方式,它们之间有着相互协作的关系,而使用哪一种表示法取决于应用场景。

颜色三刺激值和光谱三刺激值计算方法:

CIE色度学系统用三刺激值来定量描述颜色,但是要得到每种颜色的三刺激值不可能都用匹配实验来测得。根据格拉斯曼颜色混合代替律,如果有两个颜色R1、G1、B1,和R2、G2、B2相加混合后,则混合光的三刺激值为:

混合光三刺激值

混合色的三刺激值为各组成色三刺激值之和。

任意色光都是三单色光组成的,如果各单色光的光强三刺激值预先测得,就能计算出该色光的三刺激值来。计算方法是将待测光的光谱分布函数值φ(λ)按波长加权光谱三刺激值。得出每一波长的三刺激值,再进行积分,就得出该待测光的三刺激值:

光谱的三刺激值

积分的波长范围为可见光波段,一般为380nm-780nm。色品坐标由公式给出:

色品坐标计算公式

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