四、色溫與相關色溫
根據絕對黑體光譜分布特性的普朗克定律，由普朗克公式可以計算出黑體對應於某一溫度的光譜分布,並由此應用CIE標准色度系統可獲得該溫度下黑體發光的三刺激值和色品坐標,從而在色品圖上得到一個對應的色品點。因此,對不同溫度的黑體可以計算出一系列色品坐標點,將這些對應點在色品圖上連接起來,便形成一條弧形的溫度軌跡,稱為黑體(溫度)軌跡或普朗克軌跡(Planckian locus),如圖2-16所示。黑體軌跡上的各點代表不同溫度的黑體光色,當溫度由1000K左右開始升高時,其顏色由紅向藍變化,所以人們就用黑體的溫度來表示其對應的顏色。實際上,理想的黑體是不存在的,而常見的實際輻射體是非黑體,其輻射本領比黑體小,稱為灰體。盡管理想的灰體也並不存在,但是在一定的波長范圍內、在一定的近似程度下可以滿足灰體的條件。非黑體輻射的某些特性常常可以用黑體輻射的相關性質來近似地表示,而為了描述一般光源的顏色特性,引入了分布溫度、色溫和相關色溫等概念,它們的單位均為開爾文(K)。
1、分布溫度
當輻射源在溫度T時的相對光譜輻射功率分布與黑體在某一溫度Ta時的相對光譜輻射功率分布相同時,稱該黑體的溫度T,為輻射源的分布溫度(distribution temperature)。由於光譜分布相同的光其顏色必定相同,所以此時黑體與輻射源在CIE1931色品圖上的色品坐標.點一定是重合的。當然,實際的非黑體輻射源的輻射不可能與黑體的相對光譜輻射功率分布完全一致,但當其誤差絕對值小於5%或兩者的相對光譜輻射功率分布在很大部分上相同時,就可以用黑體的溫度T.來表征該輻射源的分布溫度。
2、色溫與相關色溫
當輻射源在溫度T時所呈現的顏色與黑體在某一溫度Tc時的顏色相同時,則將黑體的溫度Tc稱為該輻射源的顏色溫度,簡稱色溫(color temperature)。例如,某光源的顏色與黑體加熱到絕對溫度2500K時所呈現的顏色相同,則此光源的色溫便為2500K,其在CIE193]色品圖上的坐標是x=0.4770, y=0.4137.對於白熾燈等熱輻射源而言,由於其光譜分布與黑體比較接近,所以它們的色品坐標點基本處於黑體軌跡上,可見色溫的概念能夠恰當地描述白熾燈的光色。一般來說,色溫高表示藍、綠光的成分多些,色溫低則橙、紅光的成分多些。另外,由於分布溫度對應於輻射源的光譜分布,而光譜分布相同的光其顏色必定相同,因此分布溫度一定是色溫。
對於白熾燈以外的某些常用輻射源,其光譜分布與黑體相差較遠,它們在溫度T時的相對光譜功率分布所決定的色品坐標不一定准確地落在色品圖的黑體溫度軌跡上,而在該軌跡的附近。這時,不能用色溫來描述其顏色,而需要采用相關色溫的概念來表征和比較這類輻射源的光色特性。當輻射源的顏色與黑體在某一溫度下的顏色最接近時,或者說兩者在色品圖上的坐標點相距最小時,就用該黑體的溫度來表示此輻射源的色溫,並稱之為該輻射源的相關色溫(correlated color temperature),通常用符號Tcp表示。例如,在圖2-16中的光源C其色品坐標最接近於黑體加熱到6774K時的色品坐標,所以光源C的相關色溫為6774K。
另外，為了確定輻射源的相關色溫,可把色品圖上的黑體軌跡分成許多等(色)溫線(isotemperature line),如下圖所示,用它來確定輻射源的相關色溫比較方便和准確。需要指出的是,色溫和相關色溫的概念主要用於描述輻射源的光色,所以色溫或相關色溫相同的輻射源只說明其光色相同,它們的光譜分布可能是不相似的,甚至可以有較大的差異。
五、標准照明體和標准光源
物體的顏色除了與該物體本身的光譜反射(或透射)特性以及觀察條件有關之外,還和照明體或光源的光譜功率分布密切相關。同一物體在不同的照明體或光源的照明下呈現不同的顏色,這一因素給顏色測量與國際交流帶來極大的困難。實際的照明光源種類繁多,其中最重要的是日光和燈光。日光隨着天空雲層、季節、時相、地點等的不同,其光譜分布會有顯著的差別;燈光屬於人工光源,不同的品種具有很大差異的光譜分布。因此,為了統一顏色評價的標准,便於比較和傳遞,國際照明委員會(CIE)針對顏色的測量和計算推薦了幾種標准照明體和標准光源,包括標准照明體A、B、C、D、E和標准光源A、B、C等。
CIE對“光源”和“照明體”作出了不同的定義:“光源”是指能發光的物理輻射體,如燈、太陽等:“照明體”具有特定的光譜功率分布,而這種光譜功率分布不是必須由一個具體的光源直接提供,也不一定要某種光源來實現,它可以由表格的形式給出。
七、CIE色度計算方法
為了計算顏色的三刺激值和色品坐標,首先必須知道光源發出(光源色)或者光源經物體·反射或透射后(物體色)進入人眼產生顏色感覺的光譜能量,並稱之為顏色刺激函數,以符號φ(λ)表示。根據CIE的規定,由該顏色刺激函數φ(λ)引起的CIE三刺激值為（求和形式）：
如果被測顏色是光源色,即光源發出的光譜能量直接射人觀察者的眼睛,則顏色刺激函數φ(λ)應為光源輻射的相對光譜功率分布P(λ),即：φ(λ)=P(λ)。
如果被測顏色是非自發光的物體色,則由於物體色與照明條件和物體本身的光譜特性有關,所以實際進入人眼的顏色刺激函數φ(λ)應該是照明體的相對光譜功率分布與物體本身的光譜特性函數的乘積，即:
在計算三刺激值的式中,常數k和k10稱為歸化系數,其計算公式為:
另外,在上述三刺激值的計算中,波長間隔Δλ的選取應視被測顏色的光譜特性和所要求的計算精度來決定,一般可以選擇的波長間隔有10nm、5nm、1nm等。在大多數情況下采用5nm可以給出精確的結果,如果要求的計算精度不高則采用10nm就夠了,但是當需要很精確的計算時則可以取1nm。在獲得顏色的三刺激值之后,可計算出該顏色在CIE1931或CIE1964色度系統中的色品坐標，其公式為：
八、主波長和色純度
為了表示一種顏色的色度特性,可以采用三刺激值X、Y、Z或者色品坐標x、y,但是,由於顏色是三維量,所以在用色品坐標表述時需要增加一個光度量信息,通常采用亮度Y,即可以(x, y, Y)來表示一個顏色。除此之外,CIE還推薦采用主波長和色純度來表示顏色的色度參數,即采用對特定的非彩色刺激(achromatic stimulus,指在通常的觀察條件下感覺為無色的顏色刺激)的色品點W(稱為參照白點, white point)的距離和方向來表示顏色。
1、主波長
如圖2-29所示,一種顏色F1的主波長(dominant wavelength)是指某一種光譜色的波長,用符號λd表示。如果將這種光譜色按一定比例與選定的參照白光W相加混合,便能匹配出該顏色F1。但是,如果某個顏色F2處於色品圖中連接白點和光譜軌跡兩端點所形成的三角形區城內(圖2-29中虛線所圍部分,稱為紫色區城),則它沒有主波長,而只有補色波長。一種顏色F2的補色波長(complementary wavelength)也是指某一種光譜色的波長,用符號λc表示。如果將這種光譜色按一定比例與顏色F2相加混合,便能匹配出所選定的參照白光W。
一般來說,將非彩色刺激和光譜色(單色光)刺激通過相加混合而與某顏色刺激進行匹配時的混合比稱為該顏色刺激的純度(purity)。換言之,色純度是指樣品的顏色與所對應主地長光譜色的接近程度,通常有興奮純度和色度純度兩種表示色純度的基本方法。
至此，我們對於顏色表述的方法就包括了：
1.三刺激值
2.色品坐標和亮度
3.主波長、色純度和亮度
參考文獻：
徐海松. 顏色信息工程.第2版[M]. 浙江大學出版社, 2015.