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測色儀使用的顏色空間您了解多少

2021-04-09

我們生活中我們經??吹礁魇礁鳂拥念伾?,有些顏色我們難以表達出來,如要與人溝通起來很所謂是非常困難的,那么有什么方式可以更方便的表達出各種顏色嗎?其實在國際照明委員會中就有全套的顏色表達式,他們管它叫做顏色空間。只要我們人類能看到的顏色都可以使用顏色空間來表達出來。具體什么是顏色空間我們一起來了解一下吧。

顏色管理空間

 

一、顏色空間及分類:

 

1.顏色空間簡介:

 

在大自然當中,散發出來的顏色都可以用顏色空間來表示。顏色空間是用一種數學方法形象化表示顏色,人們用它來指定和產生顏色。例如,對于人來說,我們可以通過色調、飽和度和明度來定義顏色;對于顯示設備來說,人們使用紅、綠和藍磷光體的發光量來描述顏色;對于打印或者印刷設備來說,人們使用青色、品紅色、黃色和黑色的反射和吸收來產生指定的顏色。

 

顏色空間有設備相關和設備無關之分。設備相關的顏色空間是指顏色空間指定生成的顏色與生成顏色的設備有關。例如,RGB顏色空間是與顯示系統相關的顏色空間,計算機顯示器使用RGB來顯示顏色,用像素值(例如,R=250,G=123,B=23)生成的顏色將隨顯示器的亮度和對比度的改變而改變。設備無關的顏色空間是指顏色空間指定生成的顏色與生成顏色的設備無關,例如,CIE Lab*顏色空間就是設備無關的顏色空間,它建筑在HSV(hue, saturation and value)顏色空間的基礎上,用該空間指定的顏色無論在什么設備上生成的顏色都相同。

 

 

2.顏色空間分類:

 

顏色感知:

 

從顏色感知的角度來分類,顏色空間可考慮分成如下三類:

 

(1)混合(mixture)型顏色空間:按三種基色的比例合成顏色。例如,RGB,CMY(K)和XYZ等顏色空間就屬于這種類型。

 

(2)非線性亮度/色度(luma/chroma)型顏色空間:用一個分量表示非色彩的感知,用兩個獨立的分量表示色彩的感知。當需要黑白圖像時,這樣的系統非常方便。例如,Lab, Luv,YUV 和YIQ 就屬于這種類型。

 

(3) 強度/飽和度/色調(intensity/saturation/hue)型顏色空間:用飽和度和色度描述色彩的感知,可使顏色的解釋更直觀,而且對消除光亮度的影響很有用。例如,HSI, HSL, HSV 和LCH 等。

 

 

從技術上角度區分,顏色空間可考慮分成如下三類:

 

 

(1)RGB 型顏色空間/計算機圖形顏色空間:這類模型主要用于電視機和計算機的顏色顯示系統。例如,RGB,HSI, HSL 和HSV 等顏色空間。在顯示技術和印刷技術中,顏色空間經常被稱為顏色模型(color mode)。“顏色空間”側重于顏色的表示,而“顏色模型”側重于顏色的生成。

 

(2)XYZ 型顏色空間/CIE顏色空間:這類顏色空間是由國際照明委員會定義的顏色空間,通常作為國際性的顏色空間標準,用作顏色的基本度量方法。國際照明委員會定義的顏色空間是與設備無關的顏色表示法,在科學計算中得到廣泛應用。對不能直接相互轉換的兩個顏色空間,可利用這類顏色空間作為過渡性的顏色空間,例如,CIE 1931 XYZ,Lab,Luv和LCH 等顏色空間就可作為過渡性的轉換空間。

 

(3)YUV 型顏色空間/電視系統顏色空間:由廣播電視需求的推動而開發的顏色空間,主要目的是通過壓縮色度信息以有效地播送彩色電視圖像。例如,YUV,YIQ,ITU-R BT.601 Y’CbCr, ITU-R BT.709 Y’CbCr 和SMPTE-240M Y’PbPr等顏色空間。

 

 

從分量貢獻上區分,顏色空間可考慮分成如下三類:

 

(1)加法模型:如RGB模型,用不同強度的紅、綠和藍相加來產生各種顏色;CIE色度模型,用x和y相加來產生各種顏色.

 

(2)減法模型:如CMY(K),YUV模型。

 

(3)混合模型。

 

顏色表示圖
 

 

二、顏色空間代表公式有哪些:

 

1.RGB:

 

RGB 和 CMYK 就是兩個典型的色彩空間模式,前者主要用于光學色彩展示(比如我們的電腦顯示屏)RGB 色值的表現是基于顯示設備的,不同的顯示設備對 RGB 的表達能力有所不同,雖然他們接受到的色值參數是一致的,但呈現出來的顏色的視覺感受卻并不相同,換言之就是他們并沒有展示出相同的顏色,那到底哪個紅色才是準確的呢。

 

 

2.hsl(hsv):

 

HSL顏色空間與HSV類似,只不過把V:Value替換為了L:Lightness。這兩種表示在用目的上類似,但在方法上有區別。二者在數學上都是圓柱,但HSV(色相,飽和度,色調)在概念上可以被認為是顏色的倒圓錐體(黑點在下頂點,白色在上底面圓心),HSL在概念上表示了一個雙圓錐體和圓球體(白色在上頂點,黑色在下頂點,最大橫切面的圓心是半程灰色)。注意盡管在HSL和HSV中“色相”指稱相同的性質,它們的“飽和度”的定義是明顯不同的。對于一些人,HSL更好的反映了“飽和度”和“亮度”作為兩個獨立參數的直覺觀念,但是對于另一些人,它的飽和度定義是錯誤的,因為非常柔和的幾乎白色的顏色在HSL可以被定義為是完全飽和的。對于HSV還是HSL更適合于人類用戶界面是有爭議的。

 

 

3.CIE:

 

國際照明委員會(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。它是三維模型,其中,x和y兩維定義顏色,第3維定義亮度。

 

CIE 在1976 年規定了兩種顏色空間。一種是用于自照明的顏色空間,叫做CIE LUV。

 

另一種用于非自照明的顏色空間,叫做CIE 1976 Lab*,或者叫CIE LAB。CIE LAB 系統使用的坐標叫做對色坐標(opponent color coordinate)

 

1931 年國際照明委員會(CIE)的色彩科學家們在 RGB 模型基礎上,通過數學的方法推導出了理論的 RGB 三基色,并以此創建了一個標準的色彩系統。而這一色彩系統的常見展示方式,就是 CIE 色度圖(CIE chromaticity diagram)
 

 

顏色圖
 

 

4.XYZ顏色空間:

 

國際照明委員會(CIE)在進行了大量正常人視覺測量和統計,1931年建立了"標準色度觀察者", 從而奠定了現代CIE標準色度學的定量基礎。由于"標準色度觀察者"用來標定光譜色時出現負 刺激值,計算不便,也不易理解,因此1931年CIE在RGB系統基礎上,改用三個假想的原色X、Y、 Z建立了一個新的色度系統。將它匹配等能光譜的三刺激值,定名為"CIE1931 標準色度觀察者光譜三刺激值",簡稱為"CIE1931標準色度觀察者"。

 

這一系統叫做"CIE1931標準色度系統"或稱為" 2° 視場XYZ色度系統"。CIEXYZ顏色空間稍加變換就可得到Yxy色彩空間,其中Y取三刺激值中Y的值,表示亮度,x、y反映顏色的色度特性。定義如下:在色彩管理中,選擇與設備無關的顏色空間是十分重要的,與設備無關的顏色空間由國際照明委員會(CIE)制定,包括CIEXYZ和CIELAB兩個標準。它們包含了人眼所能辨別的全部顏色。

 

而且,CIEYxy測色制的建立給定量的確定顏色創造了條件。但是,在這一空間中,兩種不同顏色之間的距離值并不能正確地反映人們色彩感覺差別的大小,也就是說在CIEYxy色廈圖中,在不同的位置不同方向上顏色的寬容量是不同的,這就是Yxy顏色空間 的不均勻性。這一缺陷的存在,使得在Yxy及XYZ空間不能直觀地評價顏色。

 


顏色表示圖

 

5.Lab色彩空間:

 

Lab色彩空間(Lab color space)(類似YUV)是顏色-對立空間,帶有維度L表示亮度,a和b表示顏色對立維度,基于了非線性壓縮的CIE XYZ色彩空間坐標。Hunter 1948 L, a, b色彩空間的坐標是L, a和b。但是,Lab經常用做CIE 1976 (L*, a*, b*)色彩空間的非正式縮寫(也叫做CIELAB,它的坐標實際上是L*, a和b)。所以首字母Lab自身是有歧義的。這兩個色彩空間在用途上有關聯,但在實現上不同。

 

 

兩個空間都得出自“主”空間CIE 1931 XYZ色彩空間,它可以預測哪些光譜功率分布會被感知為相同的顏色(參見異譜同色metamerism),但是它不是顯著感知均勻的。兩個“Lab”色彩空間都受到了孟塞爾顏色系統的強烈影響,意圖都是建立可以用簡單公式從XYZ計算出來,但比XYZ在感知上更線性的色彩空間。感知上線性意味著在色彩空間上相同數量的變化應當產生大約相同視覺重要性的變化。

 

在用有限精度值來存儲顏色的時候,這可以增進色調的再生。兩個Lab空間都相對于它們從而轉換的XYZ數據的白點。Lab值不定義色彩,除非還規定了這個白點。實際上白點經常被假定服從某個標準而不明確規定(比如ICC Lab* 值是相對于CIE標準光源D50)。CIELAB使用立方根計算,而Hunter Lab使用平方根計算。。除非數據必須與現存的Hunter L,a,b值相比較,對新應用推薦使用CIELAB。

 

CIE Lab*(CIELAB)是慣常用來描述人眼可見的所有顏色的完備的色彩模型。它是為這個特殊目的而由國際照明委員會(Commission Internationale d’Eclairage的首字母是CIE)提出的。L、a和b后面的星號()是全名的一部分,因為它們表示L, a* 和b*,不同于L, a和b。因為紅/綠和黃/藍對立通道被計算為(假定的)錐狀細胞響應的類似孟塞爾值的變換的差異,CIELAB是Adams色彩值(Chromatic Value)空間。

 

 

三個基本坐標表示顏色的亮度(L*, L* = 0生成黑色而L* = 100指示白色),它在紅色/品紅色和綠色之間的位置(a負值指示綠色而正值指示品紅)和它在黃色和藍色之間的位置(b負值指示藍色而正值指示黃色)。

 

已經建立的Lab* 色彩模型來充當用做參照的設備無關的模型。要認識到永遠不能的在視覺上表示這個模型中顏色的完全色域是至關重要的。因為Lab* 模型是三維模型,它只能在三維空間中完全表現出來。“Lab*”模型也被表達為“LCh(a*, b*)”,它把a* 和b* 變換為輻射表示。

 

CIE1976Lab色空間(CIE LAB 色空間),是1976年由國際照明學會(CIE)推薦的均勻色空間。該空間是三維直角坐標系統。是目前最受廣用的測色系統。以明度L和色度坐標a*、b來表示顏色在色空間中的位置。l表示顏色的明度,a正值表示偏紅,負值表示偏綠*;b*正值表示偏黃,負值表示偏藍。

 

 1976由CIE推薦的均勻色空間。該空間時三維直角坐標 系統。是目前較受廣用的測色系統。以明度L和色度 坐標,a、b*來表示顏色在色空間中的位置。

 

L* 表示顏色的明度;

 

a* 正值表示紅色,負值表示綠色;

 

b* 正值表示黃色,負值表示藍色;

 

△E* 為綜合色差值。 △L*=L樣品-L標準(明度差異)

 

△a*=a樣品-a標準(紅/綠差異)

 

△b*=b樣品-b標準(黃/藍差異)

 

LAB色空間是基于一種顏色不能同時既是藍又是黃這個理論而建立。所以CIE Lab,單一數值可用于描述紅/綠色及黃/藍色特徽。當一種顏色用CIE Lab時,L 表示明度值;a表示紅/綠及b表示黃/藍值。

顏色對照圖

 

 

三、測色儀常用的顏色空間公式是什么:

 

通過上述的文章介紹,我們也大致的了解了顏色空間只是一個顏色公式總稱,在這里面有很多種表達顏色的公式,每種公式的表達方式都不一樣的,所以當我們測量顏色時就一定要規定使用一種顏色空間公式溝通,這樣才能更有效的表達顏色,例如我們測色儀常用的公式就是國際照明委員會(CIE)的Lab色彩空間,它是目前較受歡迎的色彩空間,我們運用測色儀測量后的得出來的lab值不僅可以于色彩管理技術人員溝通,還可以進行電腦系統配色,可以說非常方便,大大的解決了以往人工配色老大難的問題。

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