颜色科学与技术课程设计.doc

颜色测量与计算课程设计总结报告
目录
实验一
实验二
实验三
实验四
实验五

实验一
一、 实验目的
1、 理解加色混色与减色混色原理，体会不同颜色混合方式下所得混合色的规律。
2、 了解不同光源的光谱特性，理解不同颜色的光具有不同的光谱组成，总结光谱分布与颜色感觉的关系和规律，理解光源所发出的光谱辐射是一切颜色感觉的来源。
3、 学会用工具软件画光谱反射率曲线图，并会比较分析数据。

二、 实验仪器
1、 PR-655分光辐射度计
2、 X-Rite Swatchbook分光光度计
3、 目视比色仪
4、 Color Matching颜色匹配软件

三、 实验内容
1、 在LED（或LCE）显示器上匹配LED光源照明下的5个反射色（红，绿，黄，蓝，灰），LED光源的色温分别为6500K，5000K和4000K。
2、 匹配15个颜色（不同照明光源和显示器的组合），匹配并测量显示器上颜色刺激的Sm（λ），代入公式计算，得到不同LED光源照明下目的色和匹配色的XYZ色度值；带入给定照明光源的XnYnZn值，计算目的色和匹配色的L*a*b*值，从而计算出观测者匹配不同颜色的CIEL*a*b*色差值。
3、 绘制给定不同照明光源下颜色刺激的光谱数据和观测者匹配显示器上Sm（λ）的光谱数据。并比较光谱分布的差异。体会同色异谱颜色匹配的含义。

四、 实验数据及实验结果分析

1、 LCD&6300K

表1-1. LCD&6300K 标准与匹配颜色表

（1）、LCD&6300K 灰色对比图，如图1-1

图1-1. LCD&6300K 灰色对比图

（2）、LCD&6300K 红色对比图，如图1-2

图1-2. LCD&6300K 红色对比图

（3）、LCD&6300K 黄色对比图，如图1-3

图1-3. LCD&6300K 黄色对比图

（4）、LCD&6300K 绿色对比图，如图1-4

图1-4. LCD&6300K 绿色对比图

（5）、LCD&6300K 蓝色对比图，如图1-5

图1-5. LCD&6300K 蓝色对比图

2、LED&6300K

表1-2. LED&6300K 标准与匹配颜色表

（1）LED&6300K 灰色对比图，如图1-6

图1-6. LED&6300K 灰色对比图

（2）LED&6300K 红色对比图，如图1-7

图1-7. LED&6300K 红色对比图

（3）LED&6300K 黄色对比图，如图1-8

图1-8. LED&6300K 黄色对比图

（4）LED&6300K 绿色对比图，如图1-9

图1-9. LED&6300K 绿色对比图

（5）LED&6300K 蓝色对比图，如图1-10

图1-10. LED&6300K 蓝色对比图

3、 LED&3600K

表1-3. LED&3600K 标准与匹配颜色表

（1）LED&3600K 灰色对比图，如图1-11

图1-11. LED&3600K 灰色对比图

（2）LED&3600K 红色对比图，如图1-12

图12.LED&3600K 红色对比图

（3）LED&3600K 黄色对比图，如图1-13

图1-13. LED&3600K 黄色对比图

（4）LED&3600K 绿色对比图，如图1-14

图1-14. LED&3600K 绿色对比图

（5）LED&3600K 蓝色对比图，如图1-15

图1-15. LED&3600K 蓝色对比图

五、 总结与分析
根据表1-1——表1-3，及图1-1——图1-15可知，两颜色为同色异谱颜色，就是颜色外貌相同，但光谱组成不同的两个颜色。

表1-4. 三种情况不同颜色色差平均值

根据表1-4，灰色色差值最小，蓝色色差值最大，可知人眼对灰色的分辨力最强，对蓝色的分辨力最弱。

表1-5. 各情况下五种颜色色差平均值

根据表1-5，LED&6300K色差值最小，LCD&6300K色差值最大，可知LED&6300K光对人眼干扰最小，显色性最佳。LCD&6300K光对人眼干扰最大，显色性最差。

实验二

一、 实验目的
1、 理解物体的颜色感觉来自物体的光谱特性，理解物体自身所固有的光谱特性是物体产生不同颜色感觉的重要因素之一，体会不同光谱分布与颜色感觉得大体相应关系。
2、 学会使用分光光度计等，并运用设备对颜色进行测量。
3、 学会对数据进行计算，分析，并会绘制光谱反射率曲线。
4、 了解油墨与显示器色域的形状

二、 实验仪器
1、 X-Rite Swatchbook分光光度计
2、 Colorshop 软件
3、 X-Rite Monitor Optimizer 色度计

三、 实验内容
1、 测量给定样张上油墨的青、品红、黄、红、绿、蓝、叠印黑实地色块及纸张的光谱反射率，用工具软件绘制其光谱反射率曲线。
2、 计算D65照明体下，上述8个颜色的三刺激值X,Y,Z和色品坐标x，y。
3、 根据给定的光谱三刺激值数据（2视场），绘制CIE-xy色品图（光谱轨迹）。
4、 在xy色品图中绘制此种品牌油墨的色域。
5、 测量CMY单色梯尺各色块XYZ值，计算其色品坐标xy和D65照明体下样品的L*a*b*，并标在xy和a*b*图中。
6、 测量显示器最饱和红、绿、蓝及其不同饱和度的原色梯尺XYZ三刺激值，xy和L*a*b*,并标在xy和a*b*图中。
7、 在显示器上测量RGB为（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）的颜色，表在xy和a*b*图中。
8、 在xy色品图中绘制此种显示器的色域。

四、 实验数据与实验结果分析
1、青、品红、黄、红、绿、蓝、叠印黑实地色块及纸张的光谱反射率曲线，如图2-1

图2-1. 青、品红、黄、红、绿、蓝、叠印黑实地色块及纸张的青色光谱反射率曲线

分析；根据图2-1，光谱反射率是由物体自身材料所决定的，反映了物体的光学特性。

2、 计算D65照明体下，8个颜色XYZ,xy。
公式 （2-1）
（2-2）
（2-3）

由公式（2-1）（2-1）（2-1）可以求出物体的三刺激值XYZ和色品坐标xy

Color name
X
Y
Z
x
y
C100
18.83
25.09
68.99
0.17
0.22
M100
31.31
16.33
18.65
0.47
0.25
Y100
60.49
68.98
8.70
0.44
0.50
CM100
6.15
4.22
18.53
0.21
0.15
CY100
7.8
18.07
9.05
0.22
0.52
MY100
27.98
15.28
3.7
0.60
0.33
CMY100
1.11
1.22
1.61
0.28
0.31
纸白
79.07
82.54
93.42
0.31
0.32
表2-1. 8种颜色的三刺激值XYZ和色品坐标xy

3、CIE-xy色品图（光谱轨迹）如图2-2

图2-2. CIE-xy色品图
分析：光谱轨迹线（380nm-780nm）上的点都具有最大饱和度，饱和度最低点为非彩色点（0.33,0.33）。光谱轨迹线外为不可见光，内为可见光。

4、油墨色域，如图2-3

图2-3. 油墨色域

分析：光谱轨迹（380nm-780nm）。油墨色域为六边形，印刷油墨一次色为CMY，二次色为RGB，油墨混合色在六个颜色点的连线内。由于在CIE色品图上，色光相加混合的结果是线性的，而所有印刷形成的彩色，都是由8种油墨网点（其中六种是彩色）的光刺激形成的，符合色光相加规律。所以油墨色域为六边形。

5、 青色及其不同饱和度xy，L*a*b*值

（2-4）

由公式（2-3）（2-4）可得各颜色xy和L*a*b*

青色及其不同饱和度xy，L*a*b*值

x
y
L*
a*
b*
C90
0.19
0.24
62.23
-21.64
-38.80
C80
0.21
0.26
66.52
-18.88
-34.03
C70
0.22
0.27
70.40
-16.50
-29.07
C60
0.24
0.28
73.69
-13.89
-24.71
C50
0.26
0.29
77.89
-10.86
-19.68
C40
0.27
0.30
80.79
-8.29
-15.72
C30
0.28
0.31
84.25
-6.31
-12.39
C25
0.28
0.31
85.40
-5.78
-10.73
C20
0.29
0.31
87.02
-3.87
-8.54
C15
0.30
0.32
88.35
-2.83
-6.82
C10
0.30
0.32
89.96
-1.41
-5.31
C7
0.30
0.32
90.37
-1.01
-4.26
C3
0.31
0.32
91.36
0.09
-2.80
表2-2. 青色梯尺
品红色及其不同饱和度xy，L*a*b*值
x y L* a* b*

表2-3. 品红梯尺

黄色及其不同饱和度xy，L*a*b*值
x y L* a* b*

表2-4. 黄色梯尺

CMY梯尺色块xy图，如图2-4

图2-4. CMY梯尺色块xy图

分析：根据图2-4，可知CMY梯尺都从非彩色点（0.33,0.33）开始向外延伸，xy图三线为曲线，呈非线性关系。

CMY梯尺色块a*b*图，如图2-5

图2-5. CMY梯尺色块a*b*图

分析：根据图2-5，可知CMY梯尺都从非彩色点（0,0）开始向外延伸，a*b*图三线呈直线，呈线性关系。
6、显示器红绿蓝及其不同饱和度梯尺xy，L*a*b*值

根据公式2-3可得显示器xy

表2-5.显示器红色xy，L*a*b*

表2-6.显示器绿色xy，L*a*b*

表2-7.显示器蓝色xy，L*a*b*

显示器红绿蓝及其不同饱和度梯尺xy图，如图2-6

图2-6. 显示器红绿蓝及其不同饱和度梯尺xy图
分析：显示器红绿蓝三色从非彩色点向外延伸，

显示器红绿蓝及其不同饱和度梯尺a*b*图，如图2-7

图2-7. 显示器红绿蓝及其不同饱和度梯尺a*b*图

分析：显示器红绿蓝三色从非彩色点（0,0）向外延伸。
7、 （255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）xy，L*a*b*值

表2-8.（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）xy，L*a*b*值

（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）xy图，如图2-8

图2-8.（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）xy图

分析：（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）三点在显示器色域上。

（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）L*a*b*图，如图2-9

图2-9.（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）L*a*b*图

分析：

表2-8. 显示器六色XYZ，xy

通过对比上表2-8中的颜色三刺激值和色品坐标。第一，（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）的三刺激值和色品坐标都比最饱和的红绿蓝颜色的三刺激值和色品坐标大。第二，（255,255,0）、（0,255,255）、（255,0,255）与其相应的最饱和的红绿蓝颜色的三刺激值存在如下关系：两种或两种以上已知三刺激值的颜色光相加混合是，混合色的三刺激值等于各色光三刺激值之和。第三，三刺激值和色品坐标存在如下关系：, 。
8、 显示器色域

表2-9. 显示器六色xy

显示器色域图，如图2-10

图2-10. 显示器色域图

分析：光谱轨迹（380nm-780nm）。显示器色域为三角形。由于RGB颜色空间是加色混色空间，因此所有能再现的颜色范围有RGB三原色的三个坐标点所决定，构成一个三角形。CMY为RGB混色，在RGB 连线上。

实验三
一、 实验目的
1、 学会运用仪器测量胶片及印刷品的密度、网点面积率等，掌握采用密度法表达油墨质量及印刷状态的方法。
2、 学会计算网点面积率，并进行比较和分析。
3、 学会计算油墨的色纯度，色灰，色偏，色效率等。
4、 学会运用仪器测量样品的色差，掌握使用数量表达颜色感觉差异的方法

二、 实验仪器
X-Rite Swatchbook 分光光度计

三、 实验内容
1、 选择一网点面积率的青、品红、黄各一色块，测量相对密度，运用公式计算其网点面积率，并与仪器直接测量的网点面积率进行比较。
2、 测量原色实地色块的密度并计算油墨的色纯度，色偏，色灰，色效率。
3、 选择两张不同样张上的两个相同的CMY色块各一对，测量其在D65照明体下的XYZ三刺激值，运用色差公式计算两者间的△L*,△a*,△b*,△C*,△h*及色差△E*,并分析明度、饱和度差异和偏色情况。

四、 实验数据及实验结果分析
1、网点面积率
（3-1）
由公式（3-1）可得网点面积率
Color name
相对密度
实地密度
计算网点面积率
实测网点面积率
C60
0.44
1.21
67.88%
68.00%
M60
0.48
1.3
70.42%
70.60%
Y60
0.42
0.93
70.23%
70.00%
表3-1.60%样张色块的网点面积率

分析：计算出的网点面积率与实测网点面积率相近但不相同，说明存在误差。但两者都比样张给出的网点面积率大，说明存在网点扩大现象。

2、实地色块的色纯度，色偏，色灰，色效率

（3-2）
根据公式3-2可得实地色块的色纯度，色偏，色灰，色效率

Color name
C100
M100
Y100
C
1.21
0.17
0.02
M
0.34
1.3
0.08
Y
0.13
0.73
0.93
色纯度
89.26%
86.92%
97.85%
色偏
19.44%
49.56%
6.59%
色灰
10.74%
13.08%
2.15%
色效率
80.58%
65.38%
94.62%
色强度
1.21
1.30
0.93
表3-2. 实地色块的色纯度，色偏，色灰，色效率

3、计算两样张差值

（3-3）

根据公式（2-4）（3-3）可得L*，a*，b*,C*,h*，△L*，△a*，△b*，△C*，△Eab*，△h*

样张1
L1*
a1*
b1*
L1*
C1*
h1*
C100
62.12
-27.08
-46.77
62.12
54.04
239.96
M100
51.47
76.06
-0.90
51.47
76.06
359.32
Y100
93.76
-13.17
97.82
93.76
98.70
97.63
样张2
L2*
a2*
b2*
L2*
C2*
h2*
C100
59.28
-24.91
-44.01
59.27
50.57
240.52
M100
47.62
72.99
-3.73
47.62
73.08
357.07
Y100
87.05
-11.64
89.44
87.05
90.19
97.37
计算差值
△L*
△a*
△b*
△C*
△Eab*
△h*
C100
2.84
-2.17
-2.76
3.47
4.52
-0.56
M100
3.85
3.07
2.83
2.98
5.68
2.25
Y100
6.71
-1.53
8.39
8.51
10.85
0.25
表3-3.两样张各数据差值
分析：
1、C100
由于C100的△L*大于0，所以样张1比样张2色浅，明度高。△C*大于0，所以样张1比样张2饱和度高。△h*小于0，所以样张1比样张2偏绿。
2、M100
由于M100的△L*大于0，所以样张1比样张2色浅，明度高。△C*大于0，所以样张1比样张2饱和度高。△h*大于0，所以样张1比样张2偏红。
3、Y100
由于Y100的△L*大于0，所以样张1比样张2色浅，明度高。△C*大于0，所以样张1比样张2饱和度高。△h*大于0，所以样张1比样张2偏绿。

实验四
一、 实验目的
1、 学会使用分光光度计等，并运用设备对颜色进行测量。
2、 学会运用纽介堡方程计算不同网点面积率叠印后的XYZ值。
3、 学会进行数据解决，分析。

二、 实验仪器
X-Rite Swatchbook分光光度计

三、 实验内容
1、 根据测量的油墨青、品红、黄、红、绿、蓝、叠印黑实地色块及纸张的三刺激值，运用纽介堡方程计算：使用该油墨和纸张情况下，不同网点面积率叠印后的XYZ值（选择一个三色叠印和一个两色叠印的颜色）
2、 与该颜色的实际测量XYZ值进行比较，分析产生误差的因素。

四、 实验数据及实验结果分析

（4-1）
根据公式4-1可计算出两色、三色叠印三刺激值

两色叠印C70M70
X
Y
Z
测量值
16.29
12.97
29.89
计算值
20.68
18.20
35.85
三色叠印C80M80Y80
X
Y
Z
测量值
9.29
8.39
8.3
计算值
10.12
9.63
8.65
表4-1. 两色、三色叠印三刺激值

分析：计算值比测量值偏大，由于存在网点扩大现象，吸取的光增长，反射的光减少，所以计算值比测量值偏大

实验五
一、 实验目的
1、学会使用分光光度计等，并运用设备颜色进行测量。
2、学会运用公式计算色品坐标xy和L*a*b*,并会画图，分析数据变化规律。

二、实验仪器
X-Rite Swatchbook分光光度计

三、 实验内容
1、 测量样张上某一CMYRGB实地色加入不同黑版量的颜色色度值，计算其色品坐标xy和D65照明体下样品的L*a*b*；并标在xy,a*b*和L*C*图中，分析其变化规律。
2、 测量给定样张上两种不同黑版替代量的颜色色度值，计算其色品坐标xy和D65照明体下样品的L*a*b*;并标在xy,a*b*图中，分析其变化规律并解释。

四、 实验数据及实验结果分析

根据公式（2-3），（2-4），（3-3）可计算x，y，L*，a*，b*，C*的值

1、C实地色加入不同黑版量

x
y
C100K100
0.28
0.31
C100K90
0.24
0.28
C100K80
0.21
0.26
C100K70
0.20
0.25
C100K60
0.18
0.24
C100K50
0.18
0.24
C100K40
0.18
0.24
C100K30
0.18
0.24
C100K2O
0.17
0.23
C100K10
0.17
0.23
C100K5
0.17
0.23
表5-1.C实地色加入不同黑版量的xy

xy图如图5-1

图5-1. C实地色加入不同黑版量的色品坐标xy图

分析：由图1可知，随着黑版的量的增长，x逐渐增长，y也逐渐增长，xy图呈上升趋势。由于增长黑版后，饱和度逐渐减少，明度减少，所以xy都增大。

L*
a*
b*
C*
C100K100
12.35
-1.71
-2.99
3.45
C100K90
15.80
-5.28
-8.64
10.13
C100K80
22.05
-9.78
-15.42
18.26
C100K70
29.49
-12.80
-20.06
23.79
C100K60
34.56
-16.33
-25.99
30.69
C100K50
40.25
-18.75
-30.07
35.44
C100K40
44.73
-20.34
-33.40
39.10
C100K30
48.74
-21.61
-35.79
41.81
C100K2O
53.27
-23.05
-38.90
45.21
C100K10
56.98
-24.11
-41.31
47.83
C100K5
59.19
-24.90
-42.43
49.20
表5-2. C实地色加入不同黑版量的L*，a*，b*，C*

a*b*图，如图5-2

图5-2. C实地色加入不同黑版量的色品坐标a*b*图

分析：由图2可知，随着黑版的增长，a*b*都增长，a*b*呈上升趋势，增长黑版后饱和度减少，明度减少。

L*C*图，如图5-3

图5-3. C实地色加入不同黑版量的色品坐标L*C*图
分析：由图3可知，随着黑版的增长，L*C*都减小，明度减少，饱和度减少。

2、两种不同黑版替代量

根据公式（2-3）可得xy

x
y
C90M60Y40
0.24
0.27
C70M40Y20K20
0.26
0.28
C50M20Y0K40
0.27
0.29
C40M60Y90
0.46
0.41
C20M40Y70K20
0.41
0.41
M20Y50K40
0.38
0.39
表5-3. 两种不同黑版替代量xy
xy图，如图5-4

图5-4.两种不同黑版替代量xy图

分析：由图5-4可知，随着黑版的替代量的增长，x逐渐增长，y也逐渐增长，xy图呈上升趋势。增长黑版后，饱和度逐渐减少，明度增大。

根据公式（2-4）可得L*，a*，b*

L*
a*
b*
C90M60Y40
40.48
-4.12
-18.71
C70M40Y20K20
49.57
-1.62
-16.89
C50M20Y0K40
54.43
-0.86
-15.25
C40M60Y90
52.41
16.58
40.55
C20M40Y70K20
60.44
7.15
34.18
M20Y50K40
60.70
2.56
23.11
表5-4. 两种不同黑版替代量L*，a*，b*

a*b*图，如图5-5

图5-5.两种不同黑版替代量a*b*图

分析：由图2可知，随着黑版的增长，a*b*都增长，a*b*呈上升趋势，饱和度减少，明度增长

思考题
1． 同色异谱颜色匹配过程中，进入眼睛的颜色刺激如何计算和表达？
答：样张色为非法光物体，非法光物体进入人眼的颜色刺激是光照射到物体上通过物体选择性的吸取和反射后的光刺激，进入人眼的颜色刺激用光源的光谱功率分布和物体的光谱反射率的乘积来表达。
显示屏匹配色为自发光物体，光源的光直接进入眼睛，产生颜色刺激。用该光源的光谱功率分布来表达。
2、如何拟定显示器的色域?为什么显示器的色域在x-y坐标图上是一个三角形?在a*-b*坐标图上的色域也是三角形吗?
答：由于显示器为RGB模式，因此显示器的颜色是由三原色光通过色光加色混合产生。三原色光为红绿蓝单色发光最强时的颜色，即单独取值255时的颜色。由于它符合线性规律，所以RGB模式在x-y色品坐标上满足线性关系，以红、绿、蓝三个颜色的坐标为顶点，将他们连接起来就得到了显示器的色域，因此是一个三角形。
在a∗-b∗图中显示器的色域的形状不是三角形，由于a∗-b∗颜色空间是一个均匀颜色空间，是通过三刺激值进行非线性的变化得到的颜色空间，所以在a∗-b∗色品图上的色域范围不能用连线拟定。
3、 简述用相对密度和绝对密度测量印刷品网点大小的区别
绝对密度值是样品相对于抱负白的密度，而相对密度则是相对于白纸的密度。用绝对密度计算出的网点面积率。用绝对密度测量网点面积率时，应校对标准白，并测量纸张密度，计算时先用绝对密度减去纸张密度，计算出相对密度后再计算网点面积率。用相对密度时测量时，应校正纸白，计算时直接计算。
4、用纽介堡方程计算的三刺激值与实测值的差别重要由什么因素引起的?如何解释和验证你的理由?
纽介堡方程计算得到的叠印色块的三刺激值比实际测量到的三刺激值大，由于存在网点扩大现象，网点扩大现象会导致上墨量增多，印刷品对光的吸取量增长，反射光量减少，三刺激值变小，所以计算的三刺激值要大于实际测量得到的。由实验四表4-1，可以验证。
5、黑版的添加和替换会对印刷品的颜色特性有何影响？测量的数值与理论值的偏差说明了什么？
黑版的添加会使印刷品饱和度减少，明度减少，黑版的替代会使印刷品的饱和度减少，明度增长。

总结
本次《颜色测量与计算》课程设计，分为五个大题：1、同色异谱颜色的匹配2、色域的拟定3、测量某一品牌油墨的颜色特性4、纽介堡方程的计算5、黑板的影响分析。这五个大题，基本涵盖了印刷色彩学的的重要内容，对更好的理解色彩学的概念和纯熟地运用色彩学的公式有很大的帮助，也对纯熟掌握excel的技能有很大提高。
在实验1中，更深刻的体会同色异谱颜色匹配的含义，学会运用工具软件excel对颜色匹配数据进行计算、分析、比较、作图。
在实验2中，通过对色块光谱反射率的测量，学会绘制光谱反射率曲线。根据给定的光谱三刺激值数据（2视场），绘制CIE-xy色品图（光谱轨迹）。运用颜色计算公式计算三刺激值，色品坐标xy,L*a*b*等。深刻的了解油墨色域与显示器色域的差别。
在实验3中，学会测量相对密度，并通过公式计算其网点面积率，并与测量值进行比较分析。纯熟掌握油墨的色纯度、色偏、色灰、色效率的公式。纯熟掌握色差公式，学会分析明度、饱和度差异及偏色情况。
在实验4中，能纯熟运用纽介堡方程计算三色叠印、两色叠印的XYZ值，并可以与实际测量值进行比较分析。
在实验5中，通过测量实地色加不同黑版量的XYZ及给定样张上两种不同黑版替代量的XYZ，来计算xy，L*a*b*，并绘制相关图，分析黑版的影响。
本次小学期收获很多，动手能力和思考能力有很大的提高，色彩专业知识也掌握的更加纯熟。