CIE標準色度系統（下）

4、色溫與相關色溫

根據絕對黑體光譜分佈特性的普朗克定律，由普朗克公式能夠計算出黑體對應於某一溫度的光譜分佈,並由此應用CIE標準色度系統可得到該溫度下黑體發光的三刺激值和色品座標,從而在色品圖上獲得一個對應的色品點。所以,對不一樣溫度的黑體能夠計算出一系列色品座標點,將這些對應點在色品圖上鍊接起來,便造成一條弧形的溫度軌跡,稱爲黑體(溫度)軌跡或普朗克軌跡(Planckian locus),如圖2-16所示。黑體軌跡上的各點表明不一樣溫度的黑體光色,當溫度由1000K左右開始升高時,其顏色由紅向藍變化,因此人們就用黑體的溫度來表示其對應的顏色。實際上,理想的黑體是不存在的,而常見的實際輻射體是非黑體,其輻射本領比黑體小,稱爲灰體。儘管理想的灰體也並不存在,可是在必定的波長範圍內、在必定的近似程度下能夠知足灰體的條件。非黑體輻射的某些特性經常能夠用黑體輻射的相關性質來近似地表示,而爲了描述通常光源的顏色特性,引入了分佈溫度、色溫和相關色溫等概念,它們的單位均爲開爾文(K)。

一、分佈溫度

當輻射源在溫度T時的相對光譜輻射功率分佈與黑體在某一溫度Ta時的相對光譜輻射功率分佈相同時,稱該黑體的溫度T,爲輻射源的分佈溫度(distribution temperature)。因爲光譜分佈相同的光其顏色一定相同,因此此時黑體與輻射源在CIE1931色品圖上的色品座標.點必定是重合的。固然,實際的非黑體輻射源的輻射不可能與黑體的相對光譜輻射功率分佈徹底一致,但當其偏差絕對值小於5%或二者的相對光譜輻射功率分佈在很大部分上相同時,就能夠用黑體的溫度T.來表徵該輻射源的分佈溫度。

二、色溫與相關色溫

當輻射源在溫度T時所呈現的顏色與黑體在某一溫度T_c時的顏色相同時,則將黑體的溫度T_c稱爲該輻射源的顏色溫度,簡稱色溫(color temperature)。例如,某光源的顏色與黑體加熱到絕對溫度2500K時所呈現的顏色相同,則此光源的色溫便爲2500K,其在CIE193]色品圖上的座標是x=0.4770, y=0.4137.對於白熾燈等熱輻射源而言,因爲其光譜分佈與黑體比較接近,因此它們的色品座標點基本處於黑體軌跡上,可見色溫的概念可以恰當地描述白熾燈的光色。通常來講,色溫高表示藍、綠光的成分多些,色溫低則橙、紅光的成分多些。另外,因爲分佈溫度對應於輻射源的光譜分佈,而光譜分佈相同的光其顏色一定相同,所以分佈溫度必定是色溫。

對於白熾燈之外的某些經常使用輻射源,其光譜分佈與黑體相差較遠,它們在溫度T時的相對光譜功率分佈所決定的色品座標不必定準確地落在色品圖的黑體溫度軌跡上,而在該軌跡的附近。這時,不能用色溫來描述其顏色,而須要採用相關色溫的概念來表徵和比較這類輻射源的光色特性。當輻射源的顏色與黑體在某一溫度下的顏色最接近時,或者說二者在色品圖上的座標點相距最小時,就用該黑體的溫度來表示此輻射源的色溫,並稱之爲該輻射源的相關色溫(correlated color temperature),一般用符號T_cp表示。例如,在圖2-16中的光源C其色品座標最接近於黑體加熱到6774K時的色品座標,因此光源C的相關色溫爲6774K。

另外，爲了肯定輻射源的相關色溫,可把色品圖上的黑體軌跡分紅許多等(色)溫線(isotemperature line),以下圖所示,用它來肯定輻射源的相關色溫比較方便和準確。須要指出的是,色溫和相關色溫的概念主要用於描述輻射源的光色,因此色溫或相關色溫相同的輻射源只說明其光色相同,它們的光譜分佈多是不類似的,甚至能夠有較大的差別。

5、標準照明體和標準光源

物體的顏色除了與該物體自己的光譜反射(或透射)特性以及觀察條件有關以外,還和照明體或光源的光譜功率分佈密切相關。同一物體在不一樣的照明體或光源的照明下呈現不一樣的顏色,這一因素給顏色測量與國際交流帶來極大的困難。實際的照明光源種類繁多,其中最重要的是日光和燈光。日光隨着天空雲層、季節、時相、地點等的不一樣,其光譜分佈會有顯著的差異;燈光屬於人工光源,不一樣的品種具備很大差別的光譜分佈。所以,爲了統一顏色評價的標準,便於比較和傳遞,國際照明委員會(CIE)針對顏色的測量和計算推薦了幾種標準照明體和標準光源,包括標準照明體A、B、C、D、E和標準光源A、B、C等。

CIE對「光源」和「照明體」做出了不一樣的定義:「光源」是指能發光的物理輻射體,如燈、太陽等:「照明體」具備特定的光譜功率分佈,而這種光譜功率分佈不是必須由一個具體的光源直接提供,也不必定要某種光源來實現,它能夠由表格的形式給出。 

7、CIE色度計算方法

爲了計算顏色的三刺激值和色品座標,首先必須知道光源發出(光源色)或者光源經物體·反射或透射後(物體色)進入人眼產生顏色感受的光譜能量,並稱之爲顏色刺激函數,以符號φ(λ)表示。根據CIE的規定,由該顏色刺激函數φ(λ)引發的CIE三刺激值爲（求和形式）：

若是被測顏色是光源色,即光源發出的光譜能量直接射人觀察者的眼睛,則顏色刺激函數φ(λ)應爲光源輻射的相對光譜功率分佈P(λ),即：φ(λ)=P(λ)。

若是被測顏色是非自發光的物體色,則因爲物體色與照明條件和物體自己的光譜特性有關,因此實際進入人眼的顏色刺激函數φ(λ)應該是照明體的相對光譜功率分佈與物體自己的光譜特性函數的乘積，即:

在計算三刺激值的式中,常數k和k₁₀稱爲歸化係數,其計算公式爲:

另外,在上述三刺激值的計算中,波長間隔Δλ的選取應視被測顏色的光譜特性和所要求的計算精度來決定,通常能夠選擇的波長間隔有10nm、5nm、1nm等。在大多數狀況下采用5nm能夠給出精確的結果,若是要求的計算精度不高則採用10nm就夠了,可是當須要很精確的計算時則能夠取1nm。在得到顏色的三刺激值以後,可計算出該顏色在CIE1931或CIE1964色度系統中的色品座標，其公式爲：

8、主波長和色純度

爲了表示一種顏色的色度特性,能夠採用三刺激值X、Y、Z或者色品座標x、y,可是,因爲顏色是三維量,因此在用色品座標表述時須要增長一個光度量信息,一般採用亮度Y,便可以(x, y, Y)來表示一個顏色。除此以外,CIE還推薦採用主波長和色純度來表示顏色的色度參數,即採用對特定的非彩色刺激(achromatic stimulus,指在一般的觀察條件下感受爲無色的顏色刺激)的色品點W(稱爲參照白點, white point)的距離和方向來表示顏色。

一、主波長

如圖2-29所示,一種顏色F₁的主波長(dominant wavelength)是指某一種光譜色的波長,用符號λ_d表示。若是將這種光譜色按必定比例與選定的參照白光W相加混合,便能匹配出該顏色F₁。可是,若是某個顏色F₂處於色品圖中鏈接白點和光譜軌跡兩端點所造成的三角形區城內(圖2-29中虛線所圍部分,稱爲紫色區城),則它沒有主波長,而只有補色波長。一種顏色F₂的補色波長(complementary wavelength)也是指某一種光譜色的波長,用符號λ_c表示。若是將這種光譜色按必定比例與顏色F₂相加混合,便能匹配出所選定的參照白光W。

通常來講,將非彩色刺激和光譜色(單色光)刺激經過相加混合而與某顏色刺激進行匹配時的混合比稱爲該顏色刺激的純度(purity)。換言之,色純度是指樣品的顏色與所對應主地長光譜色的接近程度,一般有興奮純度和色度純度兩種表示色純度的基本方法。

 

至此，咱們對於顏色表述的方法就包括了：

1.三刺激值

2.色品座標和亮度

3.主波長、色純度和亮度

 

參考文獻：

徐海松. 顏色信息工程.第2版[M]. 浙江大學出版社, 2015.