Что такое колориметрия? Каковы стандартные колориметрические системы CIE?

Колориметрия — это инструмент, используемый для прогнозирования того, будут ли два образца цвета стимула с различным распределением спектральной мощности иметь одинаковый цвет при определенных условиях просмотра. Его конечной целью является установление модели прогнозирования, которая соответствует характеристикам визуального различения цветов. В этой статье представлена концепция колориметрии и стандартная система колориметрии CIE. Заинтересованные друзья могут узнать об этом!

Понятие и цели колориметрии:

Количественное описание цвета включает в себя не только характеристики цветового зрения наблюдателя, но также зависит от многих сложных факторов, таких как освещение и физические условия наблюдения. Ученые-цветоведы из разных стран уже долгое время ведут исследования под руководством и при координации Международной комиссии по освещению (CIE) и стремятся разрабатывать теории и технологии физических измерений цвета, соответствующие визуальным характеристикам цвета, чтобы удовлетворить потребности промышленного производства в количественной оценке и стандартизации представления цвета. В 1931 году МКО рекомендовала стандартную систему колориметрии CIE1931, три стандартных источника света (A, B и C), а также стандартные условия освещения и наблюдения, заложив основу современной колориметрии.

В узком смысле колориметрия — это инструмент, используемый для прогнозирования того, будут ли два образца цвета стимула с различным распределением спектральной мощности иметь одинаковый цвет при определенных условиях просмотра. Для стандартного наблюдателя с нормальным цветовым зрением два образца стимульного цвета считаются имеющими совпадающие цвета, если они имеют одинаковые трехстимульные значения. Колориметрия в широком смысле также включает в себя методы оценки цветового восприятия стимульных цветовых образцов в сложных условиях просмотра.

Конечной целью колориметрии является создание модели прогнозирования, которая соответствует характеристикам визуального различения цветов, включая следующие пункты:

1. Каждый уникальный цвет должен иметь уникальный параметр цветности, то есть два образца стимулирующего цвета с одинаковым параметром цветности должны иметь одинаковый цветовой вид, а два образца стимулирующего цвета с разными параметрами цветности должны иметь разные цветовые виды.

2. Используйте систему координат с взаимно перпендикулярными измерениями для выражения соответствующих параметров цветности, которая должна отражать основные визуальные атрибуты цвета, такие как яркость, насыщенность и оттенок.

3. Рассчитанная разница в цвете между двумя образцами цвета стимула должна быть пропорциональна соответствующей разнице в зрительном восприятии.

Первая из этих целей была достигнута путем принятия стандартных функций цветового соответствия наблюдателя CIE 1931. Соответствие или смешивание трех основных цветов является физической основой стандартной колориметрической системы CIE. Почти все цвета могут быть получены путем смешивания трех основных цветов в определенной пропорции. Основываясь на явлении аддитивного смешения цветов, Г. Грассман в 1854 году предложил закон смешения цветов Грассмана, заложив теоретическую основу для измерения и сопоставления цветов. Основное содержание закона смешения цветов Грассмана таково:

1. Человеческий глаз может различать только три изменения цвета: яркость, насыщенность и оттенок.

2. В аддитивной смеси нескольких цветов, если один из цветов непрерывно изменяется, внешний вид смешанного цвета также будет непрерывно изменяться.

3. При аддитивном смешивании цветов смешанный цвет зависит от внешнего вида цветов, участвующих в смешивании, и не имеет ничего общего с их соответствующим спектральным составом.

4. Общая яркость смешанного цвета равна сумме яркостей цветов, составляющих смешанный цвет.

Стандартная колориметрическая система CIE:

1.Стандартная колориметрическая система CIE1931XYZ

Поскольку в процессе расчета системы колориметрии CIE1931 RGB появляются отрицательные значения, CIE использует мнимые трехцветные значения X, Y и Z для создания новой системы колориметрии, а именно стандартной системы колориметрии CIE1931 XYZ. При выборе соответствующих трех основных цветов спектральные трехцветные значения x(x), y(y) и z(z) не являются отрицательными, а Y пропорционален значению яркости. Методы расчета трех значений стимула X, Y, Z и соответствующих им координат цветности x, y, z показаны в следующих формулах:

Где φ(λ) — спектральное распределение энергии, излучаемой источником света (цвет источника света) или отражаемой или пропускаемой объектом (цвет объекта) и попадающей в глаз человека, которое называется функцией цветового стимула; x(λ), y(λ) и z(λ) — спектральные трехцветные значения стандартной колориметрической системы CIE1931, и их данные можно получить, заглянув в таблицу; k — соответствующий коэффициент нормализации. Следует отметить, что при необходимости прогнозирования значений трехцветного цвета при различных источниках освещения для расчета следует использовать модель цветового восприятия.

Стандартная колориметрическая система CIE1931 XYZ в основном отражает роль фовеолярных колбочек в зрительной системе человека. Поэтому она подходит для условий центрального визуального наблюдения с полем зрения 2°. Ее также можно использовать для измерения цвета в поле зрения 1°~4°, но она больше не эффективна для наблюдения цвета в чрезвычайно малых полях зрения. Для измерения цвета с полем зрения более 4° следует использовать стандартную колориметрическую систему CIE1964 XYZ.

Стандартная колориметрическая система CIE1931 XYZ — это международный стандарт для измерения и характеристики цвета, который оценивает реакцию человеческого глаза на основе обширных экспериментов. Это базовая теоретическая основа для проектирования и производства почти всех цветовых расчетов и приборов для измерения цвета.

2. Стандартная колориметрическая система CIE196 4 XYZ

Поскольку стандартная колориметрическая система CIE1931 XYZ получена на основе экспериментальных данных по сопоставлению цветового зрения при поле зрения 2°, многолетняя практика применения показала, что стандартная колориметрическая система CIE1931 XYZ подходит для поля зрения 1°~4°. Когда поле зрения увеличивается более чем на 4°, поскольку область изображения на сетчатке человеческого глаза превышает диапазон центральной ямки, в процесс также вовлекаются палочковые клетки, что приводит к определенным изменениям в восприятии цвета. Поле зрения при наблюдении за объектами в повседневной жизни обычно велико, поэтому необходимо создать новую стандартную систему колориметрии, отвечающую потребностям наблюдения и измерения в больших полях зрения.

На основе двух наборов экспериментальных данных, полученных Стайлзом и Берчем и Сперанской при поле зрения 10°, в 1964 году CIE рекомендовал набор кривых спектральных трехцветных значений для наблюдателя стандартной цветности CIE1964 для большого поля зрения, а именно стандартную систему цветности CIE1964XYZ. Уравнения расчета трехцветных значений X10, Y10, Z10 и координат цветности x10, y10, z10 следующие:

Где φ(λ) — соответствующее спектральное распределение энергии, x10(λ), y10(λ) и z10(λ) — спектральные трехцветные значения стандартной колориметрической системы CIE1964, а k10 — коэффициент нормализации.