颜色测量理论知识：光源、几何角度、色度系统

在颜色的定量表达过程中，多种因素会影响测色结果的准确性。因此，为了规范化颜色的测量，CIE对颜色的测量进行了相关的理论研究，制定了一系列的规范。本文对颜色测量的光源、几何角度、色度系统做了介绍。

颜色测量光源介绍：

物体的颜色与照明条件有着密切的关系，同一物体在不同的照明光源下会呈现不同的颜色。为了统一颜色的评价标准，方便色度计算，CIE推荐了几种用于色度学的标准照明体和标准光源，包括标准照明体A，B，C，D65等以及标准光源A和C。

1.标准照明体

标准照明体A：代表1990国际实用温标绝对温度为2856K时的完全辐射体的相对光谱功率分布，其色品坐标落在 CLE1931的黑体轨迹上。

标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光，相当于中午的阳光。

标准照明体C：代表相关色温为6774K的平均昼光，近似薄云天空的白光。

标准照明体D65：代表相关色温为6504K的时相昼光，近似平均自然昼光。其他时相昼光如D50，D55，D65等，相关色温分别为5000K，5500K和7500K。

2.标准光源

标准光源是用人工光源来实现CIE标准照明体的相对光谱功率分布，以满足色度学的应用需要。最常用的是标准光源A和C。

标准光源A：CIE规定以相关色温为2856K的充气钨丝灯（多采用卤钨灯）来实现；

标准光源C：在标准光源A的前面加上一组戴维斯-吉伯逊（Davis-Gibso）液体滤光器实现。

关于D65光源，目前CIE还没有推荐实现相关色温的D照明体人工光源，实践中一般采用氙灯、荧光灯等模拟D65光源。

颜色测量几何角度介绍：

由于物体的表面特性不同，而不同的外界照明和观测条件会导致物体表面的光谱反射因数R（λ）不同，从而使得颜色表现各异，于是为了统一色度量值和量值的可比性，必须规定标准照明和观测条件。1971年CIE正式推荐了四种用于反射样品测量的标准照明和测量条件，如下图所示。

1.45°/垂直（45/0）：照明光束的轴线与样品表面法线成（45±2）°；观测方向与样品表面法线夹角不大于10°，照明与测量光束任意光线与其轴线夹角不超过8°，如上图a所示。

2.垂直/45°（0/45）：样品被垂直照明，光束轴线与样品表面法线间夹角不超过10°，观测方向与样品表面法线成（45±2）°，照明与测量光束任意光线与其轴线夹角不超过8°，如上图b所示。

3.漫射/垂直（d/0）：样品被积分球漫射照明，在样品的法线方向观测。观测方向轴线与样品法线夹角不大于10°，积分球总开孔面积不超过积分球内反射总面积的10%，观测光束的任一光线与其光轴间夹角小于5°，如上图c所示。

4.垂直/漫射（0/d）：样品被垂直照明，光束轴线与样品表面法线间夹角不超过10°，积分球总开孔面积不超过积分球内反射总面积的10%，观测光束的任一光线与其光轴间夹角小于5°，如上图d所示。

同样，对于透射样品CIE也推荐了三种标准照明与观察几何条件，如下图所示。

1.垂直/漫射（0/d）：照明光束光轴与样品法线夹角不应超过5°，照明光束任意光线与其光轴的夹角也不应超过5°，接收积分球内表面的漫射光线，如上图a所示。

2.漫射/漫射（d/d）：以积分球对样品进行漫射照明，并用另一个积分球收集透射光，如上图b所示。

3.垂直/垂直（0/0）：与0/d类似，测量光束与照明光束几何结构相同。如上图c所示。

颜色测量的色度系统介绍：

1931年CIE正式推荐了一组根据加混色定律在大量实验基础上获得的“CIE1931标准色度观察者三刺激值”数据，适用于1°～4°视场的颜色测量。而当视场大于4°时，应用该组数据会使测量不够精确，于是1964年在Stiles等人的工作基础上又推荐了一组10°视场的数据，称为“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”，适用于大于4°的视场的颜色测量。此两组数据为颜色测量和计算的基本参数。

1.CIE1931标准色度系统

CIE1931XYZ色度系统由CIE1931RGB色度系统线性转换而来，避免了CIE1931RGB色度系统计算颜色三刺激值时出现负值的问题，并进而可计算出 CIE1931XYZ色度系统中的光谱三刺激值x（λ）、y（λ）和z（λ），并将对应的三条曲线称为“CIE1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值”，如下图所示。

该组数据主要适用于2°视场的中央视觉观察条件。

2.CIE1964补充标准色度系统

由于CIE1931XYZ标准色度系统仅适用1°～4°的观察视场范围，而当视场增大到4°以上时在波长为380～460nm光谱区内x（λ）、y（λ）和z（λ）的数值偏低，于是为了适应大视场颜色测量的需要，CIE于1964年推荐了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”数据，也称为10°视场X10Y10Z10色度系统。如下图所示，图中E点代表等能白光的色品坐标，即X10E=0.3333，y10E=0.3333，zZ10E=0.3333，E也是CIE1931和CIE1964两幅色品图上唯一完全重合的点。