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几何光学学习笔记(38)- 7.9 色光混合匹配计算
7.9 色光混合匹配计算1.已知各色光的三剌激值求混合色光的三剌激值2.已知所选三种色光的色品坐标,求匹配给定三剌激值色光所需的三种色光的量
7.9 色光混合匹配计算
1.已知各色光的三剌激值求混合色光的三剌激值
设有 n种色光,其三刺激值分别为 X 1 , Y 1 , Z 1 ; X 2 , Y 2 , Z 3 ; . . . X n , Y n , Z n ; X_{1},Y_{1},Z_{1};X_{2},Y_{2},Z_{3};...X_{n},Y_{n},Z_{n}; X1,Y1,Z1;X2,Y2,Z3;...Xn,Yn,Zn;混合色的三刺激值可以类似地写为: { X = X 1 + X 2 + . . . + X n = Σ i = 1 n X i Y = Y 1 + Y 2 + . . . + Y n = Σ i = 1 n Y i Z = Z 1 + Z 2 + . . . + Z n = Σ i = 1 n Z i − − − − 1 \begin{cases} X=X_{1}+X_{2}+...+X_{n}=\Sigma^n_{i=1}X_{i} \\ Y=Y_{1}+Y_{2}+...+Y_{n}=\Sigma^n_{i=1}Y_{i} \\ Z=Z_{1}+Z_{2}+...+Z_{n}=\Sigma^n_{i=1}Z_{i} \\ \end{cases}----{1} ⎩⎪⎨⎪⎧X=X1+X2+...+Xn=Σi=1nXiY=Y1+Y2+...+Yn=Σi=1nYiZ=Z1+Z2+...+Zn=Σi=1nZi−−−−1 2.已知所选三种色光的色品坐标,求匹配给定三剌激值色光所需的三种色光的量已知三种色光(R), (G), (B)的色品坐标分别为 x R , y R ; x G , y G ; x B , y B x_{R},y_{R};x_{G},y_{G};x_{B},y_{B} xR,yR;xG,yG;xB,yB拟匹配色光的三刺激值为 X, Y, Z。对于任何一种颜色都可以用 XYZ系统的三刺激值来表示,三原色的色光也不例外。假定单位原色的三刺激值分别用 X R , Y R , Z R ; X G , Y G , Z G ; X B , Y B , Z B X_{R},Y_{R},Z_{R};X_{G},Y_{G},Z_{G};X_{B},Y_{B},Z_{B} XR,YR,ZR;XG,YG,ZG;XB,YB,ZB表示,而用R, G,B分别表示所需的三原色色光的量,则根据式(1),混合色的三刺激值为: { X = X R R + X G G + X B B Y = X R R + Y G G + Y B B Z = Z R R + Z G G + Z B B − − − − ( 2 ) \begin{cases} X=X_{R}R+X_{G}G+X_{B}B\\ Y=X_{R}R+Y_{G}G+Y_{B}B\\ Z=Z_{R}R+Z_{G}G+Z_{B}B\\ \end{cases}----(2) ⎩⎪⎨⎪⎧X=XRR+XGG+XBBY=XRR+YGG+YBBZ=ZRR+ZGG+ZBB−−−−(2) 令 C R = X R + Y R + Z R ; C G = X G + Y G + Z G ; C B = X B + Y B + Z B ; C_{R}=X_{R}+Y_{R}+Z_{R};C_{G}=X_{G}+Y_{G}+Z_{G};C_{B}=X_{B}+Y_{B}+Z_{B}; CR=XR+YR+ZR;CG=XG+YG+ZG;CB=XB+YB+ZB; 则有 { X R = C R x R , Y R = C R y R , Z R = C R z R X G = C G x G , Y G = C G y G , Z G = C G z G X B = C B x B , Y B = C G y G , Z B = C B z B \begin{cases} X_{R}=C_{R}x_{R},Y_{R}=C_{R}y_{R},Z_{R}=C_{R}z_{R}\\ X_{G}=C_{G}x_{G},Y_{G}=C_{G}y_{G},Z_{G}=C_{G}z_{G}\\ X_{B}=C_{B}x_{B},Y_{B}=C_{G}y_{G},Z_{B}=C_{B}z_{B}\\ \end{cases} ⎩⎪⎨⎪⎧XR=CRxR,YR=CRyR,ZR=CRzRXG=CGxG,YG=CGyG,ZG=CGzGXB=CBxB,YB=CGyG,ZB=CBzB 把以上关系代入式(2),得: { X = C R x R R + C G x G G + C B x B B Y = C R y R R + C G y G G + C G y G B Z = C R z R R + C G z G G + C B z B B − − − − ( 3 ) \begin{cases} X=C_{R}x_{R}R+C_{G}x_{G}G+C_{B}x_{B}B\\ Y=C_{R}y_{R}R+C_{G}y_{G}G+C_{G}y_{G}B\\ Z=C_{R}z_{R}R+C_{G}z_{G}G+C_{B}z_{B}B\\ \end{cases}----(3) ⎩⎪⎨⎪⎧X=CRxRR+CGxGG+CBxBBY=CRyRR+CGyGG+CGyGBZ=CRzRR+CGzGG+CBzBB−−−−(3) 解以上联立方程,求 R, G, B , 可得 { R = ( y G z B − y B z G ) X + ( x B z G − x G z B ) Y + ( x G y B − x B y G ) Z C R [ ( y G z B − y B z G ) x R + ( y B z R − y R z B ) x G + ( y R z G − y G z R ) x B ] G = ( y B z Z − y R z B ) X + ( x R z B − x B z R ) Y + ( x B y R − x R y B ) Z C G [ ( y G z B − y B z G ) x R + ( y B z R − y R z B ) x G + ( y R z G − y G z R ) x B ] B = ( y R z G − y G z R ) X + ( x G z R − x R z G ) Y + ( x R y G − x G y R ) Z C B [ ( y G z B − y B z G ) x R + ( y B z R − y R z B ) x G + ( y R z G − y G z R ) x B ] − − − − ( 3 ) \begin{cases} R={{(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})X+(x_{B}z_{G}-x_{G}z_{B})Y+(x_{G}y_{B}-x_{B}y_{G})Z}\over{C_{R}[(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})x_{R}+(y_{B}z_{R}-y_{R}z_{B})x_{G}+(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})x_{B}]}}\\ \\ G={{(y_{B}z_{Z}-y_{R}z_{B})X+(x_{R}z_{B}-x_{B}z_{R})Y+(x_{B}y_{R}-x_{R}y_{B})Z}\over{C_{G}[(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})x_{R}+(y_{B}z_{R}-y_{R}z_{B})x_{G}+(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})x_{B}]}}\\ \\ B={{(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})X+(x_{G}z_{R}-x_{R}z_{G})Y+(x_{R}y_{G}-x_{G}y_{R})Z}\over{C_{B}[(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})x_{R}+(y_{B}z_{R}-y_{R}z_{B})x_{G}+(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})x_{B}]}}\\ \end{cases}----(3) ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧R=CR[(yGzB−yBzG)xR+(yBzR−yRzB)xG+(yRzG−yGzR)xB](yGzB−yBzG)X+(xBzG−xGzB)Y+(xGyB−xByG)ZG=CG[(yGzB−yBzG)xR+(yBzR−yRzB)xG+(yRzG−yGzR)xB](yBzZ−yRzB)X+(xRzB−xBzR)Y+(xByR−xRyB)ZB=CB[(yGzB−yBzG)xR+(yBzR−yRzB)xG+(yRzG−yGzR)xB](yRzG−yGzR)X+(xGzR−xRzG)Y+(xRyG−xGyR)Z−−−−(3) 式中, C R , C G , C B C_{R},C_{G},C_{B} CR,CG,CB仍是未知数。为了算出 R, G, B , 必须先确定 C R , C G , C B C_{R},C_{G},C_{B} CR,CG,CB,为此,先用己知(R)(G)(B)三刺激值的白光利用上式求之。设选定一种白光作参考基准,以 XYZ系统表示的三刺激值为 X W , Y W , Z W X_{W},Y_{W},Z_{W} XW,YW,ZW用(R)(G)(B)原色对其进行匹配时,可按式(3)来表示 R W , G W , B W R_{W},G_{W},B_{W} RW,GW,BW,即: { R W = ( y G z B − y B z G ) X W + ( x B z G − x G z B ) Y W + ( x G y B − x B y G ) Z W C R [ ( y G z B − y B z G ) x R + ( y B z R − y R z B ) x G + ( y R z G − y G z R ) x B ] G W = ( y B z Z − y R z B ) X W + ( x R z B − x B z R ) Y W + ( x B y R − x R y B ) Z W C G [ ( y G z B − y B z G ) x R + ( y B z R − y R z B ) x G + ( y R z G − y G z R ) x B ] B W = ( y R z G − y G z R ) X W + ( x G z R − x R z G ) Y W + ( x R y G − x G y R ) Z W C B [ ( y G z B − y B z G ) x R + ( y B z R − y R z B ) x G + ( y R z G − y G z R ) x B ] − − − − ( 4 ) \begin{cases} R_{W}={{(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})X_{W}+(x_{B}z_{G}-x_{G}z_{B})Y_{W}+(x_{G}y_{B}-x_{B}y_{G})Z_{W}}\over{C_{R}[(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})x_{R}+(y_{B}z_{R}-y_{R}z_{B})x_{G}+(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})x_{B}]}}\\ \\ G_{W}={{(y_{B}z_{Z}-y_{R}z_{B})X_{W}+(x_{R}z_{B}-x_{B}z_{R})Y_{W}+(x_{B}y_{R}-x_{R}y_{B})Z_{W}}\over{C_{G}[(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})x_{R}+(y_{B}z_{R}-y_{R}z_{B})x_{G}+(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})x_{B}]}}\\ \\ B_{W}={{(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})X_{W}+(x_{G}z_{R}-x_{R}z_{G})Y_{W}+(x_{R}y_{G}-x_{G}y_{R})Z_{W}}\over{C_{B}[(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})x_{R}+(y_{B}z_{R}-y_{R}z_{B})x_{G}+(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})x_{B}]}}\\ \end{cases}----(4) ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧RW=CR[(yGzB−yBzG)xR+(yBzR−yRzB)xG+(yRzG−yGzR)xB](yGzB−yBzG)XW+(xBzG−xGzB)YW+(xGyB−xByG)ZWGW=CG[(yGzB−yBzG)xR+(yBzR−yRzB)xG+(yRzG−yGzR)xB](yBzZ−yRzB)XW+(xRzB−xBzR)YW+(xByR−xRyB)ZWBW=CB[(yGzB−yBzG)xR+(yBzR−yRzB)xG+(yRzG−yGzR)xB](yRzG−yGzR)XW+(xGzR−xRzG)YW+(xRyG−xGyR)ZW−−−−(4) 令 R W = G W = B W = 1 R_{W}=G_{W}=B_{W}=1 RW=GW=BW=1 由式(4)求出 C R , C G , C B = 1 C_{R},C_{G},C_{B}=1 CR,CG,CB=1并将其代入式(3),得三刺激值为 X,Y,Z的色光的三原色量为: { R = ( y G z B − y B z G ) X + ( x B z G − x G z B ) Y + ( x G y B − x B y G ) Z ( y G z B − y B z G ) X W + ( x B z G − x G z B ) Y W + ( x G y B − x B y G ) Z W G = ( y B z Z − y R z B ) X + ( x R z B − x B z R ) Y + ( x B y R − x R y B ) Z ( y B z Z − y R z B ) X W + ( x R z B − x B z R ) Y W + ( x B y R − x R y B ) Z W B = ( y R z G − y G z R ) X + ( x G z R − x R z G ) Y + ( x R y G − x G y R ) Z ( y R z G − y G z R ) X W + ( x G z R − x R z G ) Y W + ( x R y G − x G y R ) Z W − − − − ( 5 ) \begin{cases} R={{(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})X+(x_{B}z_{G}-x_{G}z_{B})Y+(x_{G}y_{B}-x_{B}y_{G})Z}\over{(y_{G}z_{B}-y_{B}z_{G})X_{W}+(x_{B}z_{G}-x_{G}z_{B})Y_{W}+(x_{G}y_{B}-x_{B}y_{G})Z_{W}}}\\ \\ G={{(y_{B}z_{Z}-y_{R}z_{B})X+(x_{R}z_{B}-x_{B}z_{R})Y+(x_{B}y_{R}-x_{R}y_{B})Z}\over{(y_{B}z_{Z}-y_{R}z_{B})X_{W}+(x_{R}z_{B}-x_{B}z_{R})Y_{W}+(x_{B}y_{R}-x_{R}y_{B})Z_{W}}}\\ \\ B={{(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})X+(x_{G}z_{R}-x_{R}z_{G})Y+(x_{R}y_{G}-x_{G}y_{R})Z}\over{(y_{R}z_{G}-y_{G}z_{R})X_{W}+(x_{G}z_{R}-x_{R}z_{G})Y_{W}+(x_{R}y_{G}-x_{G}y_{R})Z_{W}}}\\ \end{cases}----(5) ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧R=(yGzB−yBzG)XW+(xBzG−xGzB)YW+(xGyB−xByG)ZW(yGzB−yBzG)X+(xBzG−xGzB)Y+(xGyB−xByG)ZG=(yBzZ−yRzB)XW+(xRzB−xBzR)YW+(xByR−xRyB)ZW(yBzZ−yRzB)X+(xRzB−xBzR)Y+(xByR−xRyB)ZB=(yRzG−yGzR)XW+(xGzR−xRzG)YW+(xRyG−xGyR)ZW(yRzG−yGzR)X+(xGzR−xRzG)Y+(xRyG−xGyR)Z−−−−(5) 上式表示对三刺激值为 X,Y,Z 的色光进行匹配时所需兰原色,®,(G),(B)的量。其为色度量,单位是根据参考白光的三原色量Xw =Yw =Zw =1确定的。 如果欲用某种辐射量表示(R),(G),(B)的量值,需做进一步的诈算。设所需三原色的光亮度分别为 Y R , Y G , Y B Y_{R},Y_{G},Y_{B} YR,YG,YB,根据混合色三刺激值公式(1)写为: Y = Y R + Y G + Y B Y=Y_{R}+Y_{G}+Y_{B} Y=YR+YG+YB 令其与式(3)的第二式相等,可得: Y R = C R y R R , Y G = C G y G G , Y B = C B y B B − − − − ( 6 ) Y_{R}=C_{R}y_{R}R,Y_{G}=C_{G}y_{G}G,Y_{B}=C_{B}y_{B}B----(6) YR=CRyRR,YG=CGyGG,YB=CByBB−−−−(6) 对于参考白光,由于取Rw =Gw =Bw =1 ,则匹配此白光需要的三原色(R),(G),(B)的光亮度应为: Y R W = C R y R , Y G W = C G y G , Y B W = C B y B Y_{RW}=C_{R}y_{R},Y_{GW}=C_{G}y_{G},Y_{BW}=C_{B}y_{B} YRW=CRyR,YGW=CGyG,YBW=CByB 入式(6),得 Y R = Y R W R , Y G = Y G W G , Y B = Y B W B − − − − ( 7 ) Y_{R}=Y_{RW}R,Y_{G}=Y_{GW}G,Y_{B}=Y_{BW}B----(7) YR=YRWR,YG=YGWG,YB=YBWB−−−−(7) 用式(6)或式(7)算出的 YR,YG,'YB与拟匹配色光的 Y值有相同的单位,也与 Y R W , Y G W , Y B W Y_{RW},Y_{GW},Y_{BW} YRW,YGW,YBW有相同的单位。 应该指出,上面讨论的只是色光的匹配,对于色料(包括颜料)混合及颜色匹配不能用上述计算方法,其计算方法可参考有关文献。 |
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