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测色仪使用的颜色空间您了解多少

2021-04-09

我们生活中我们经常看到各式各样的颜色,有些颜色我们难以表达出来,如要与人沟通起来很所谓是非常困难的,那么有什么方式可以更方便的表达出各种颜色吗?其实在国际照明委员会中就有全套的颜色表达式,他们管它叫做颜色空间。只要我们人类能看到的颜色都可以使用颜色空间来表达出来。具体什么是颜色空间我们一起来了解一下吧。

颜色管理空间

 

一、颜色空间及分类:

 

1.颜色空间简介:

 

在大自然当中,散发出来的颜色都可以用颜色空间来表示。颜色空间是用一种数学方法形象化表示颜色,人们用它来指定和产生颜色。例如,对于人来说,我们可以通过色调、饱和度和明度来定义颜色;对于显示设备来说,人们使用红、绿和蓝磷光体的发光量来描述颜色;对于打印或者印刷设备来说,人们使用青色、品红色、黄色和黑色的反射和吸收来产生指定的颜色。

 

颜色空间有设备相关和设备无关之分。设备相关的颜色空间是指颜色空间指定生成的颜色与生成颜色的设备有关。例如,RGB颜色空间是与显示系统相关的颜色空间,计算机显示器使用RGB来显示颜色,用像素值(例如,R=250,G=123,B=23)生成的颜色将随显示器的亮度和对比度的改变而改变。设备无关的颜色空间是指颜色空间指定生成的颜色与生成颜色的设备无关,例如,CIE Lab*颜色空间就是设备无关的颜色空间,它建筑在HSV(hue, saturation and value)颜色空间的基础上,用该空间指定的颜色无论在什么设备上生成的颜色都相同。

 

 

2.颜色空间分类:

 

颜色感知:

 

从颜色感知的角度来分类,颜色空间可考虑分成如下三类:

 

(1)混合(mixture)型颜色空间:按三种基色的比例合成颜色。例如,RGB,CMY(K)和XYZ等颜色空间就属于这种类型。

 

(2)非线性亮度/色度(luma/chroma)型颜色空间:用一个分量表示非色彩的感知,用两个独立的分量表示色彩的感知。当需要黑白图像时,这样的系统非常方便。例如,Lab, Luv,YUV 和YIQ 就属于这种类型。

 

(3) 强度/饱和度/色调(intensity/saturation/hue)型颜色空间:用饱和度和色度描述色彩的感知,可使颜色的解释更直观,而且对消除光亮度的影响很有用。例如,HSI, HSL, HSV 和LCH 等。

 

 

从技术上角度区分,颜色空间可考虑分成如下三类:

 

 

(1)RGB 型颜色空间/计算机图形颜色空间:这类模型主要用于电视机和计算机的颜色显示系统。例如,RGB,HSI, HSL 和HSV 等颜色空间。在显示技术和印刷技术中,颜色空间经常被称为颜色模型(color mode)。“颜色空间”侧重于颜色的表示,而“颜色模型”侧重于颜色的生成。

 

(2)XYZ 型颜色空间/CIE颜色空间:这类颜色空间是由国际照明委员会定义的颜色空间,通常作为国际性的颜色空间标准,用作颜色的基本度量方法。国际照明委员会定义的颜色空间是与设备无关的颜色表示法,在科学计算中得到广泛应用。对不能直接相互转换的两个颜色空间,可利用这类颜色空间作为过渡性的颜色空间,例如,CIE 1931 XYZ,Lab,Luv和LCH 等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。

 

(3)YUV 型颜色空间/电视系统颜色空间:由广播电视需求的推动而开发的颜色空间,主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。例如,YUV,YIQ,ITU-R BT.601 Y’CbCr, ITU-R BT.709 Y’CbCr 和SMPTE-240M Y’PbPr等颜色空间。

 

 

从分量贡献上区分,颜色空间可考虑分成如下三类:

 

(1)加法模型:如RGB模型,用不同强度的红、绿和蓝相加来产生各种颜色;CIE色度模型,用x和y相加来产生各种颜色.

 

(2)减法模型:如CMY(K),YUV模型。

 

(3)混合模型。

 

颜色表示图
 

 

二、颜色空间代表公式有哪些:

 

1.RGB:

 

RGB 和 CMYK 就是两个典型的色彩空间模式,前者主要用于光学色彩展示(比如我们的电脑显示屏)RGB 色值的表现是基于显示设备的,不同的显示设备对 RGB 的表达能力有所不同,虽然他们接受到的色值参数是一致的,但呈现出来的颜色的视觉感受却并不相同,换言之就是他们并没有展示出相同的颜色,那到底哪个红色才是准确的呢。

 

 

2.hsl(hsv):

 

HSL颜色空间与HSV类似,只不过把V:Value替换为了L:Lightness。这两种表示在用目的上类似,但在方法上有区别。二者在数学上都是圆柱,但HSV(色相,饱和度,色调)在概念上可以被认为是颜色的倒圆锥体(黑点在下顶点,白色在上底面圆心),HSL在概念上表示了一个双圆锥体和圆球体(白色在上顶点,黑色在下顶点,最大横切面的圆心是半程灰色)。注意尽管在HSL和HSV中“色相”指称相同的性质,它们的“饱和度”的定义是明显不同的。对于一些人,HSL更好的反映了“饱和度”和“亮度”作为两个独立参数的直觉观念,但是对于另一些人,它的饱和度定义是错误的,因为非常柔和的几乎白色的颜色在HSL可以被定义为是完全饱和的。对于HSV还是HSL更适合于人类用户界面是有争议的。

 

 

3.CIE:

 

国际照明委员会(CIE,Commission Internationale de L’Eclairage / International Commission on Illumination)的色度模型是最早使用的模型之一。它是三维模型,其中,x和y两维定义颜色,第3维定义亮度。

 

CIE 在1976 年规定了两种颜色空间。一种是用于自照明的颜色空间,叫做CIE LUV。

 

另一种用于非自照明的颜色空间,叫做CIE 1976 Lab*,或者叫CIE LAB。CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate)

 

1931 年国际照明委员会(CIE)的色彩科学家们在 RGB 模型基础上,通过数学的方法推导出了理论的 RGB 三基色,并以此创建了一个标准的色彩系统。而这一色彩系统的常见展示方式,就是 CIE 色度图(CIE chromaticity diagram)
 

 

颜色图
 

 

4.XYZ颜色空间:

 

国际照明委员会(CIE)在进行了大量正常人视觉测量和统计,1931年建立了"标准色度观察者", 从而奠定了现代CIE标准色度学的定量基础。由于"标准色度观察者"用来标定光谱色时出现负 刺激值,计算不便,也不易理解,因此1931年CIE在RGB系统基础上,改用三个假想的原色X、Y、 Z建立了一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值,定名为"CIE1931 标准色度观察者光谱三刺激值",简称为"CIE1931标准色度观察者"。

 

这一系统叫做"CIE1931标准色度系统"或称为" 2° 视场XYZ色度系统"。CIEXYZ颜色空间稍加变换就可得到Yxy色彩空间,其中Y取三刺激值中Y的值,表示亮度,x、y反映颜色的色度特性。定义如下:在色彩管理中,选择与设备无关的颜色空间是十分重要的,与设备无关的颜色空间由国际照明委员会(CIE)制定,包括CIEXYZ和CIELAB两个标准。它们包含了人眼所能辨别的全部颜色。

 

而且,CIEYxy测色制的建立给定量的确定颜色创造了条件。但是,在这一空间中,两种不同颜色之间的距离值并不能正确地反映人们色彩感觉差别的大小,也就是说在CIEYxy色厦图中,在不同的位置不同方向上颜色的宽容量是不同的,这就是Yxy颜色空间 的不均匀性。这一缺陷的存在,使得在Yxy及XYZ空间不能直观地评价颜色。

 


颜色表示图

 

5.Lab色彩空间:

 

Lab色彩空间(Lab color space)(类似YUV)是颜色-对立空间,带有维度L表示亮度,a和b表示颜色对立维度,基于了非线性压缩的CIE XYZ色彩空间坐标。Hunter 1948 L, a, b色彩空间的坐标是L, a和b。但是,Lab经常用做CIE 1976 (L*, a*, b*)色彩空间的非正式缩写(也叫做CIELAB,它的坐标实际上是L*, a和b)。所以首字母Lab自身是有歧义的。这两个色彩空间在用途上有关联,但在实现上不同。

 

 

两个空间都得出自“主”空间CIE 1931 XYZ色彩空间,它可以预测哪些光谱功率分布会被感知为相同的颜色(参见异谱同色metamerism),但是它不是显著感知均匀的。两个“Lab”色彩空间都受到了孟塞尔颜色系统的强烈影响,意图都是建立可以用简单公式从XYZ计算出来,但比XYZ在感知上更线性的色彩空间。感知上线性意味着在色彩空间上相同数量的变化应当产生大约相同视觉重要性的变化。

 

在用有限精度值来存储颜色的时候,这可以增进色调的再生。两个Lab空间都相对于它们从而转换的XYZ数据的白点。Lab值不定义色彩,除非还规定了这个白点。实际上白点经常被假定服从某个标准而不明确规定(比如ICC Lab* 值是相对于CIE标准光源D50)。CIELAB使用立方根计算,而Hunter Lab使用平方根计算。。除非数据必须与现存的Hunter L,a,b值相比较,对新应用推荐使用CIELAB。

 

CIE Lab*(CIELAB)是惯常用来描述人眼可见的所有颜色的完备的色彩模型。它是为这个特殊目的而由国际照明委员会(Commission Internationale d’Eclairage的首字母是CIE)提出的。L、a和b后面的星号()是全名的一部分,因为它们表示L, a* 和b*,不同于L, a和b。因为红/绿和黄/蓝对立通道被计算为(假定的)锥状细胞响应的类似孟塞尔值的变换的差异,CIELAB是Adams色彩值(Chromatic Value)空间。

 

 

三个基本坐标表示颜色的亮度(L*, L* = 0生成黑色而L* = 100指示白色),它在红色/品红色和绿色之间的位置(a负值指示绿色而正值指示品红)和它在黄色和蓝色之间的位置(b负值指示蓝色而正值指示黄色)。

 

已经建立的Lab* 色彩模型来充当用做参照的设备无关的模型。要认识到永远不能的在视觉上表示这个模型中颜色的完全色域是至关重要的。因为Lab* 模型是三维模型,它只能在三维空间中完全表现出来。“Lab*”模型也被表达为“LCh(a*, b*)”,它把a* 和b* 变换为辐射表示。

 

CIE1976Lab色空间(CIE LAB 色空间),是1976年由国际照明学会(CIE)推荐的均匀色空间。该空间是三维直角坐标系统。是目前最受广用的测色系统。以明度L和色度坐标a*、b来表示颜色在色空间中的位置。l表示颜色的明度,a正值表示偏红,负值表示偏绿*;b*正值表示偏黄,负值表示偏蓝。

 

 1976由CIE推荐的均匀色空间。该空间时三维直角坐标 系统。是目前较受广用的测色系统。以明度L和色度 坐标,a、b*来表示颜色在色空间中的位置。

 

L* 表示颜色的明度;

 

a* 正值表示红色,负值表示绿色;

 

b* 正值表示黄色,负值表示蓝色;

 

△E* 为综合色差值。 △L*=L样品-L标准(明度差异)

 

△a*=a样品-a标准(红/绿差异)

 

△b*=b样品-b标准(黄/蓝差异)

 

LAB色空间是基于一种颜色不能同时既是蓝又是黄这个理论而建立。所以CIE Lab,单一数值可用于描述红/绿色及黄/蓝色特徽。当一种颜色用CIE Lab时,L 表示明度值;a表示红/绿及b表示黄/蓝值。

颜色对照图

 

 

三、测色仪常用的颜色空间公式是什么:

 

通过上述的文章介绍,我们也大致的了解了颜色空间只是一个颜色公式总称,在这里面有很多种表达颜色的公式,每种公式的表达方式都不一样的,所以当我们测量颜色时就一定要规定使用一种颜色空间公式沟通,这样才能更有效的表达颜色,例如我们测色仪常用的公式就是国际照明委员会(CIE)的Lab色彩空间,它是目前较受欢迎的色彩空间,我们运用测色仪测量后的得出来的lab值不仅可以于色彩管理技术人员沟通,还可以进行电脑系统配色,可以说非常方便,大大的解决了以往人工配色老大难的问题。

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