色差仪的工作原理是模拟人眼的视觉系统,利用仪器内部的模拟积分光学系统,把光谱光度数据的三刺激值进行积分而得到颜色的数学表达式,从而计算出色度值及对比度色的色差。本文对CIERGB光谱三刺激值和CIEXYZ光谱三刺激值区别及它们之间的转换做了介绍,对色度学知识感兴趣的朋友不妨了解一下!
CIERGB光谱三刺激值含义:
CIERGB光谱三刺激值是CIE以317位正常视觉者,用CIE规定的红、绿、蓝三原色光,对等能光谱色从380~780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。实验时,与光谱每一波长为入的等能光谱色对应的红、绿、蓝三原色数量,称为光谱三刺激值,记为r(λ)、g(λ)、b(λ)。因此,匹配波长为入的等能光谱色C(λ)的颜色方程为:C(λ)=r(λ)(R)+ g(λ)(R) +b(λ)(R)。
为了更好地理解上述颜色方程,将r(λ)、g(λ)、b(λ)。光谱三刺激值的数据及单位量(R)=1.0000,(G)=4.5907,(B)=0.0601代入上式中得到等能光谱色C(λ)的相对亮度曲线,如下图所示。其中最大值为C(555),即:C(555)≡(555)(R)+ g(555)(R) +b(555)(R)=1.000。
从上图可以看出等能光谱色的相对亮度曲线与人眼的明视觉光谱光视效率曲线相同。由于C(λ)的最大值为C(555),因此C(λ)可以理解为相对亮度。假设等能光谱色的匹配实验中三原色光的实际亮度为r0(λ)、g0(λ)、b0(λ)。则有:
r(λ)=r0(λ)/m(R)
g(λ)=g0(λ)/m(G)
b(λ)=b0(λ)/m(B)
式中:m=r0(555)+ g0(555)+ b0(555),为等能光谱色实际色光的最大亮度。所以CIERGB光谱三刺激值r(λ)、g(λ)、b(λ),是匹配光谱每一波长为λ的等能光谱色对应的红、绿、蓝三原色的实际数量,经过单位量换算并进行归一化处理而得到的数值。
在λ=555nm时等能光谱色的亮度具有最大值,说明等能光谱色中绿色的亮度较高,使用红、绿、蓝三种单色光(原色光)混合白光时需要大量的绿光(比例为1.0000:4.5907:0.060),这说明在等能光谱中绿光波长段上的亮度总和较大,因此绿光在等能光谱中有很强的代表性。
CIEXYZ光谱三刺激值含义:
CIEXYZ光谱三刺激值是由CIERGB光谱三刺激值经过数学变换得到的,记为x(λ)、y(λ)、z(λ)。CIERGB光谱三刺激值r(λ)、g(λ)、b(λ)虽然通过光谱色C(λ)方程式能间接反映等能光谱色的相对亮废,然而很不直观。由r(λ)、g(λ)、b(λ)分别乘以单位量得到的等能光谱色色光的相对亮度与人眼的明视觉光谱光视效率函数V(λ),为了直观地表示颜色的亮度,CIE规定y(λ)= V(λ),因此y(λ)不仅表示待配色(等能光谱色)色光中绿原色的数量。而且还表示待配色色光的亮度,用于计算颜色的亮度特性。由于y(λ)符合明视觉光谱光视效率涵数,所以CIEXYZ光谱三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)在物体色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。
CIERGB三刺激值与CIEXYZ三刺激值转换方法:
RGB颜色空间并不能产生出所有的彩色,在某些情况下颜色值还会出现负值,为了克服这一缺点,1931年国际照明委员会CIE规定了一种新的颜色系统称为XYZ颜色空间。它把彩色光表示为:C=X(X)+Y(Y)+Z(Z)。式中,(X)、(Y)和(Z)是XYZ颜色空间的基色量,X、Y和Z为三色比例系数。
XYZ颜色空间必须满足如下三个条件:
(1)三色比例系数X、Y和Z皆大于零;
(2)Y的数值正好是彩色光的亮度;
(3)当X=Y=Z时仍然表示标准白光。
根据以上条件,可以得到RGB颜色空间与XYZ颜色空间的关系式: