色度学基础（三刺激值）

为什么需要三刺激值

人眼视网膜有三种**视锥细胞**（分别对红、绿、蓝敏感）→ 所以任何颜色都可以用**三个数值**描述。

CIE（国际照明委员会）在 1931 年通过**颜色匹配实验**建立了标准：

—— 让观察者用三种"原色光"（700 nm 红、546.1 nm 绿、435.8 nm 蓝）去匹配各种颜色的光

—— 记录每种颜色需要多少份 R、G、B

—— 但有些颜色用 RGB 匹配时**需要"负的红"**（加红到目标那边才能匹配）→ 不直观

—— 于是 CIE 用数学变换，构造了三个**虚拟原色 X、Y、Z**，使得所有颜色的三刺激值**都是正数**

**三刺激值 X、Y、Z 的含义**：

—— **Y**：**亮度因数**（luminance），即人眼感知的明暗（0 = 黑，100 = 白）

—— **X**：大致对应"红-绿"轴的响应

—— **Z**：大致对应"蓝-黄"轴的响应

—— 它们不是"红绿蓝"，而是数学构造量

**色度坐标**：

—— 归一化：x = X / (X+Y+Z)，y = Y / (X+Y+Z)，z = 1 - x - y

—— 只用 x、y 就能表示**色度**（颜色的"种类"，不含明暗）

—— 这就是**CIE 色度图（马蹄图）**的横纵坐标

—— 马蹄图的边界 = **光谱色**（单色光）；中心 = **白点**

测色是怎么进行的

• **仪器：分光光度计（spectrophotometer）**
• —— 用已知光谱的光照射样品
• —— 测量样品在**每个波长**（一般 400～700 nm，间隔 10 nm 或 20 nm）的**反射率 R(λ)**
• —— 得到一条**反射率曲线**（这是颜色的"指纹"）
• **由反射率计算三刺激值**：
• —— X = k × Σ S(λ) × R(λ) × x̄(λ) × Δλ
• —— Y = k × Σ S(λ) × R(λ) × ȳ(λ) × Δλ
• —— Z = k × Σ S(λ) × R(λ) × z̄(λ) × Δλ
• —— 其中：
• —— S(λ) = **标准光源**的光谱功率分布
• —— x̄、ȳ、z̄ = **标准观察者**的配色函数（人眼的响应曲线）
• —— k = 归一化系数（使完全漫反射体的 Y = 100）
• **关键：颜色不是绝对的**
• —— 同一个样品，在 **D65**（日光）和 **A**（白炽灯）下算出的 XYZ **不同**
• —— 所以：**报颜色数据必须同时说明光源和观察者**
• —— 例："D65 / 10°" 或 "D65/10"
• **测色的注意事项**：
• —— 样品要**不透明**（透光的要叠足够层数）
• —— 样品要**平整、无折皱**
• —— 样品要有**代表性**（测多点取平均）
• —— 仪器要**定期校准**（用标准白板、黑板）
• —— 注意**镜面反射包含/排除**（SCI / SCE）的设置：
• —— **SCI（包含镜面）**：测"颜色本身"（不受表面光泽影响）
• —— **SCE（排除镜面）**：测"看起来的颜色"（含光泽影响）
• —— 一般**配色用 SCI**，**品质判定用 SCE**

从 XYZ 到 CIELAB

• XYZ 的问题：**不均匀**
• —— 在 XYZ 空间里，数值上"距离相等"的两对颜色，人眼看上去的差别**不相等**
• —— 例：绿色区域差 1 个单位很明显，深蓝区域差 1 个单位看不出来
• —— 所以需要**均匀颜色空间**
• **CIELAB（L*a*b*）**：
• —— 1976 年 CIE 推出，是目前**最通用**的颜色空间
• —— L* = 明度（0 黑，100 白）
• —— a* = 红绿轴（+a 红，-a 绿）
• —— b* = 黄蓝轴（+b 黄，-b 蓝）
• —— 由 XYZ 变换而来（要先定义**白点**，即"理想白"的 XYZ）
• —— 优点：近似**均匀** → 可以用**几何距离**表示色差（ΔE）
• **其他颜色空间**：
• —— **CIELUV（L*u*v*）**：适合**光源、显示**领域
• —— **Hunter Lab**：早期版本，某些行业（如食品、造纸）仍用
• —— **LCh（L*C*h）**：由 Lab 转换的**极坐标**形式
• —— L = 明度；C = 彩度（饱和度）；h = 色调角
• —— 更直观（"偏红多少度"比"a 值多少"好理解）
• —— **sRGB、AdobeRGB**：显示器/印刷用的**设备相关**空间
• **印染行业的实际使用**：
• —— 日常品质控制：**CIELAB + ΔE**（最通用）
• —— 与客户沟通：L*、a*、b*、C*、h*
• —— 配色软件内部：Kubelka-Munk（K/S）

标准光源

• **为什么需要标准光源**：
• —— 同一块布，在**日光**下和**商店灯光**下颜色可能不同（同色异谱）
• —— 所以要在**规定的光源**下对色
• **常用标准光源（CIE 定义）**：
• —— **D65**：**平均日光**（色温约 6504 K）→ 最常用的户外/通用标准
• —— **D75**：偏北向日光（色温 7500 K）
• —— **A**：**白炽灯/钨丝灯**（色温 2856 K，偏黄）→ 模拟家居灯光
• —— **TL84 / F11**：**三基色荧光灯**（欧洲/亚洲商店常用，色温约 4000 K）
• —— **CWF / F02**：**冷白荧光灯**（美国商店常用，色温约 4150 K）
• —— **U30 / F12**：另一种三基色荧光灯（美国）
• —— **UV**：**紫外光** → 用于检查**荧光增白剂、荧光色**
• **行业惯例**：
• —— 客户会要求"**D65 + TL84 + A**"三个光源下都要对上（**跳灯**检查）
• —— 品牌客户（如 H&M、Zara）通常要求 **D65、TL84、CWF、A** 四种光源
• —— 出口欧美的产品，必须做**多光源对色**
• **标准光源箱**：
• —— 内壁为**中性灰**（孟塞尔 N7 或 N5）
• —— 内置多种标准灯管
• —— 观察者要在**规定角度**（一般 45° 观察、0° 照明，或 d/8）下看
• —— 光源箱要**定期更换灯管**（灯管会老化，色温漂移）
• —— 一般灯管使用 **2000 小时**后更换

常见误区

• **"测色仪说合格"但客户说有色差**：
• —— 可能：光源不同、观察条件不同、色差公式不同
• —— 也可能：样品的**光泽、纹理、表面状态**不同（仪器测不出来）
• —— 解决：仪器 + **人工对色**双确认
• **只报 ΔE 不报 dL/dA/dB**：
• —— ΔE 小但可能**色光方向不对**（偏红 vs 偏绿）
• —— 规范做法：**同时报 ΔL*、Δa*、Δb*、ΔE**，甚至 ΔC、ΔH
• **忽略同色异谱**：
• —— 两个样品在 D65 下 ΔE = 0.3，但换到 TL84 下 ΔE = 2.5
• —— 必须在**多个光源**下检查
• —— 尤其注意**荧光增白**的样品（UV 含量不同的光源下差异巨大）
• **仪器间差异（机台差）**：
• —— 不同品牌/型号的测色仪结果可能差 0.3～0.8 ΔE
• —— 所以：**上下游要用同型号仪器**，或做**仪器间校正**
• —— 供应链上经常"打色差官司"就是因为这个
• **反射率曲线比 Lab 值更有用**：
• —— 两个样品 Lab 相同但**反射率曲线不同** → 就是**同色异谱**
• —— 配色时看反射率曲线可以判断"是不是真的同配方"

相关词条

• CIELAB 色彩空间（lab-color）
• 色差（color-difference）
• 同色异谱（metamerism）
• 三原色与配色（three-primary）
• 色差公式（term-color-difference-formula）