CIE1964XYZ表色系統(tǒng)特點(diǎn)的研究

摘 要：本文主要內(nèi)容是對(duì)CIE1964XYZ表色系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行研究。通過從顏色三屬性對(duì)比相同孟塞爾色塊在2°視場（CIE1931XYZ表色系統(tǒng)）和10°視場（CIE1964XYZ表色系統(tǒng)）下不同的計(jì)算結(jié)果，得出與CIE1931XYZ表色系統(tǒng)相比，CIE1964XYZ表色系統(tǒng)在顏色值計(jì)算方面的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：色度學(xué);CIE1964XYZ;視場角;顏色三屬性

1928—1929年萊特與吉爾德分別使用不同波長的三原色光在2°視場條件下對(duì)光譜色進(jìn)行顏色匹配實(shí)驗(yàn)，得到基于各自三原色的光譜色匹配函數(shù)。1931年CIE把紅綠藍(lán)三原色光的波長確定為700nm、546.1nm、435.8nm并確定三原色光單位，轉(zhuǎn)換萊特與吉爾德的光譜匹配函數(shù)得到“CIE1931RGB顏色匹配函數(shù)”。為了CIE色度系統(tǒng)不出現(xiàn)負(fù)的刺激值，CIE假想了三個(gè)原色X、Y、Z，重新計(jì)算顏色匹配數(shù)據(jù)，得到“CIE 1931顏色匹配函數(shù)”（CIE1931 CMF），建立CIE1931XYZ表色系統(tǒng)。

人眼觀察物體細(xì)節(jié)是的分辨力與觀察是的視場大小有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：人眼用小視場（﹤4°）觀察顏色時(shí)辨別差異的能力較低，當(dāng)觀察視場從2°增大至10°時(shí)，顏色匹配的精度和辨別色差的能力都有提高;但視場再進(jìn)一步增大時(shí)，則顏色匹配的精度提高就不大了。為了滿足大視場條件下顏色計(jì)算的問題，1964年CIE又補(bǔ)充規(guī)定了一種10°視場的表色系統(tǒng)，稱為CIE1964補(bǔ)充色度學(xué)系統(tǒng)。

本文針對(duì)相同的孟塞爾色塊，分別使用CIE1931XYZ表色系統(tǒng)與CIE1964XYZ表色系統(tǒng)分別計(jì)算這些孟塞爾色塊的Lab值。基于此Lab值，從明度、色相、彩度三個(gè)方面對(duì)比CIE1931XYZ表色系統(tǒng)與CIE1964XYZ表色系統(tǒng)對(duì)顏色計(jì)算結(jié)果的不同影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）通過運(yùn)用測(cè)色儀，比較大視場與小視場的明度之間的差異。

（2）通過彩度公式，分析大視場和小視場下彩度顯示的差異。

（3）通過色相角的公式，比較兩個(gè)視場間的顏色差異。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

（1）分光光度測(cè)色儀（型號(hào);愛色麗SP60）。

（2）孟塞爾色譜。

1.3 孟塞爾色譜及Lab色彩模型介紹

（1）孟塞爾表色系統(tǒng)是由美國畫家孟塞爾在1915年創(chuàng)建的顏色立體模型方法表示的系統(tǒng)。孟塞爾顏色體是一個(gè)三維類似球體的模型，它可以將物體表面色的基本三屬性色相、明度、飽和度都表示出來。目前孟塞爾顏色系統(tǒng)已經(jīng)在國家上被廣泛采用來作為分類和標(biāo)定表面色的方法。在這個(gè)系統(tǒng)的顏色立體中，中央軸代表著明度，越靠近上方顏色的明度就越大;垂直于中心軸的圓平面周向代表顏色的色相;垂直于中央軸的圓平面上，距離中央軸越近的顏色彩度越小，反之越大。

在本文實(shí)驗(yàn)中會(huì)運(yùn)用到孟塞爾色譜，它是以顏色立體的垂直剖面為一頁一次列入。整個(gè)立體劃分成40個(gè)垂直剖面，圖冊(cè)一共有40頁。在同一頁面中包括同一色相的不同明度值、不同彩度值的色塊。在孟塞爾圖冊(cè)中，每一頁同一色相中縱軸自下而上，明度越來越大;橫軸自左向右，彩度越來越大。明度分為0～10共11個(gè)等級(jí)，理想白色為10，理想黑色為0。但是實(shí)際應(yīng)用中理想黑色和理想白色是不存在的，因此只用1～9級(jí)。彩度表示顏色離開相同明度值灰色的程度。在孟塞爾圖冊(cè)中，從0～20之間，按等視覺原則劃分，相鄰色塊間的彩度相差為2，用2，4，6表示。

（2）L*a*b*色彩模型是1931年國際照明委員會(huì)制定顏色色度量國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立的。在1976年這個(gè)模型才被重新修訂和命名為CIE L*a*b*。這個(gè)模型是均勻的顏色空間，由CIEXYZ色度系統(tǒng)通過非線性轉(zhuǎn)換而來的，與設(shè)備無關(guān)的顏色模型。不管使用什么設(shè)備創(chuàng)建或輸出，這種顏色模型所產(chǎn)生的顏色都是不變的。

在CIE1976L*a*b*模型中，L*代表的是明度;+a*表示紅色，-a*表示綠色，+b*表示黃色，-b*表示藍(lán)色。在這個(gè)系統(tǒng)中任何一種顏色都是有a*b*的比例來決定的，在不同轉(zhuǎn)角方向代表了不同的色調(diào)，彩度的大小用距離白-黑軸的距離來決定，距離越遠(yuǎn)彩度越高，顏色也越鮮艷。本文實(shí)驗(yàn)中也同樣涉及彩度的計(jì)算，使用彩度的計(jì)算公式為C*ab=[（a*）2+（b*）2]1/2計(jì)算出結(jié)果。

色相是指人眼的三種感色視錐細(xì)胞受不同刺激后引起的不同顏色感覺。色相是表明不同波長的光刺激所引起的不同顏色心理反應(yīng)。色相角表現(xiàn)為對(duì)象的坐標(biāo)點(diǎn)與原點(diǎn)連接成的直線與a軸之間的夾角。色相角的公式為h*ab=arctanb*a*（弧度）=180πarctanb*a*（度）。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）在孟塞爾色譜中選取十個(gè)色相分別是：5種原色，紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍(lán)（B）、紫（P）;5種間色，黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍(lán)綠（BG）、紫藍(lán)（PB）、紅紫（RP）。

（2）在每個(gè)色相中分別選擇兩個(gè)相鄰的色塊，要求其明度相同，彩度不同;再選取兩個(gè)相鄰的色塊，要求其彩度相同，明度不同。另外，在十個(gè)色相中均選取一個(gè)明度和彩度都相同的色塊。

（3）將測(cè)色儀先進(jìn)行校準(zhǔn)，確定測(cè)量條件為D50光源，視場分別選擇2°和10°來進(jìn)行測(cè)量。

（4）設(shè)置好測(cè)色儀后，開始測(cè)已選取好的孟塞爾色塊，將每個(gè)色塊的Lab值記錄下來。

（5）在2°視場（CIE1931XYZ表色系統(tǒng)數(shù)據(jù)）和10°視場（CIE1964XYZ表色系統(tǒng)數(shù)據(jù)）下測(cè)得的色塊的Lab值。通過測(cè)量得到的Lab值，計(jì)算得出該色塊的彩度值和色相角。實(shí)驗(yàn)中色塊數(shù)據(jù)如下表所示。

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，相同的色塊使用2°和10°視場數(shù)據(jù)計(jì)算色塊顏色值，結(jié)果并不相同。以5個(gè)主色為例，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一下說明：在色相5R同色塊中，2°視場的亮度較高一些，2°視場偏紅和偏黃，彩度較高;從色相角可以看出10°視場的偏紅。在色相5Y同色塊中，10°視場的亮度和彩度均較低，10°視場偏紅2°視場偏黃;從色相角中也可知道，2°視場偏黃。在色相5G同色塊中，兩個(gè)視場亮度相同，2°視場偏綠，10°視場偏黃，2°視場彩度偏高;色相角中，2°視場偏綠。在色相5B同色塊中，10°視場的亮度和彩度偏高，10°視場偏綠，2°視場偏藍(lán);通過色相角可知2°視場偏藍(lán)。在色相5P同色塊中，10°視場的亮度較高，2°視場的彩度較高，2°視場的偏紅和偏藍(lán);從色相角中可看出2°視場偏紅。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過對(duì)表1中數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：

（1）在色相5R、5YR、5Y、5GY和5RP中2°視場所測(cè)得的色塊明度值較高;在色相5BG、5B、5PB、5P中10°視場所測(cè)得的明度值較高，但是兩個(gè)視場間的明度差值并不大。

（2）在所測(cè)得的十個(gè)色相中均是2°視場的彩度較高，兩視場彩度相差約0.3～4。

（3）通過觀察色相角，可以看出2°視場下色相角會(huì)超前于10°視場。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：東莞市社會(huì)科技發(fā)展（一般）項(xiàng)目（2018 5071511504）;東莞理工學(xué)院城市學(xué)院“青年教師發(fā)展基金項(xiàng)目”（2017QJY007Z）資助

作者簡介：田樂園（1981— ），男，碩士，講師，主要從事印刷色彩復(fù)制方面的研究。