1、Prof. Yue Liu,染料化学,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,颜色空间简介,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,人们对色彩的识别是依靠光、能够反射光的物体、观察者的眼睛和大脑完成的。色彩是光线落到人眼视网膜上得到的感觉。通过光的触发，接收者眼睛感应到大量的三色光，并将电的信号送到人的大脑，从而产生颜色的感觉。 颜色是一门很复杂的学科，它涉及到物理学、生物学、心理学和材料学等多种学科。颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事。现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准，但
2、是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受。,一、颜色概述,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,二、颜色空间,颜色常用颜色空间来表示。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。 颜色空间通常用3维模型表示，空间中的颜色能够看到或者使用颜色模型产生。颜色空间中的颜色通常用代表3个参数的3维坐标来描述，其颜色要取决于所
3、使用的坐标。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,为说明颜色空间的概念，右图表示使用色调、饱和度和明度构造的一种颜色空间，称为HSB(hue, saturation and brightness)颜色空间。色调用角度来标定，通常红色标为0o，青色标为180o；在径向方向上饱和度的深浅用离开中心线的距离表示；明度用垂直轴表示。,色调-饱和度-明度颜色空间,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,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
4、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，R250,G123,B23)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 L*a*b*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。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,现在，人们已经构造了各种各样的颜色空间，以适应不同的应用场合。 在一个典型的多媒体计算机系统中，常常涉及到用几种不同的颜色
5、空间表示图形和图像的颜色，以对应于不同的场合和应用。因此，数字图像的生成、存贮、处理及显示时对应不同的颜色空间需要作不同的处理和转换。 “颜色空间(color space)”和“颜色模型(color model)”互为同义词,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,三、颜色空间分类,1、从颜色感知的角度来分类，颜色空间可考虑分成如下三类： 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。 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
6、色彩的感知。当需要黑白图像时，这样的系统非常方便。例如L*a*b, L*u*v，YUV 和YIQ 即属此种类型。 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。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,2、从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类： RGB 型颜色空间/计算机图形颜色空间：此模型主要用于电视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
7、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。 XYZ 型颜色空间/CIE 颜色空间：此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，CIE1931 XYZ，L*a*b，L*u*v 和LCH 等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,YUV 型
8、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 YCbCr, ITU-R BT.709 YCbCr 和SMPTE-240M YPbPr 等颜色空间。 3、从分量贡献上区分，颜色空间可考虑分成如下三类： 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。 减法模型：如CMY(K)，YUV模型。 混合模型,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,四、几种典型的颜色空间,（一） CIE色度模型
9、（二） RGB颜色空间(red，green and blue) ：在图像显示系统中得到广泛应用,与设备相关。 （三） HIS/HSV/HSB颜色空间 （四） CMY颜色空间(cyan magenta yellow)：在印刷和打印系统中得到广泛应用,与设备相关。 CMYK(cyan magenta yellow black)中的黑色是为改善打印质量而增加的颜色分量,图06-02-4 CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE 色度图，x 表示红色分量，y 表示绿色分量。图中的E 点代表白光，它的坐标为(0.33，0.33)；环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的
10、数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,（一） CIE色度模型,国际照明委员会（CIE，Commission Internationale de LEclairage / 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
11、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。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,另一种用于非自照明的颜色空间，叫做CIE1976 L*a*b*，或者叫CIE LAB。CIE LAB使用b*, a*和 L*坐标轴定义CIE 颜色空间。其中，L*值代表光亮度，其值从0(黑色)100(白色)。b*和a*代表色度坐标，其中a*代表红绿轴，b*代表黄蓝轴，它们的值从0到10。a*=b*=0表示无色，因此L*就代表从黑到白的比例系数。 CIE LAB使用对色坐标（opponet color coordina
12、te）的想法来自这样的概念：颜色不能同时是红和绿，或者同时是黄和蓝，但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,Lab颜色空间是在1976年制定的等色空间，以克服在x，y色度图上相等的距离并不相当于我们所觉察到的相等色差的问题。 L: 明亮度 a: 从绿色到红色 b: 从蓝色到黄色,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CIE XYZ 是国际照明委员会在1931年开发并在1964年修订的CIE 颜色系统(CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。它使用
13、相应于红、绿和蓝三种颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出。通过相加混色或者相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生。CIE 1931色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如图 (a)所示，图(b)是它的轮廓图。图(a)中的A点在色度图上的坐标是x0.4832，y0.3045，它的颜色与红苹果的颜色相匹配。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,图示CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。图中的E
14、点代表白光，它的坐标为(0.33，0.33)；环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,（二） RGB颜色空间,计算机颜色显示器显示颜色的原理与彩色电视机一样，都是采用R、G、B相加混色的原理，通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料
15、发光而产生颜色的。这种颜色的表示方法称为RGB颜色空间表示。在多媒体计算机技术中，用得最多的是RGB颜色空间表示。 根据三基色原理，用基色光单位来表示光的量，则在RGB颜色空间，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成： Fr R + g G + b B ,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,我们可知自然界中任何一种色光都可由R、G、B三基色按不同的比例相加混合而成，当三基色分量都为0（最弱）时混合为黑色光；当三基色分量都为k（最强）时混合为白色光。任一颜色F是这个立方体坐标中的一点，调整三色系数r、g、b中的任一系数都会改变F的坐标值，也即改
16、变了F的色值。RGB颜色空间采用物理三基色表示，因而物理意义很清楚，适合彩色显像管工作。然而这一体制并不适应人的视觉特点。因而，产生了其他不同的颜色空间表示法。 国际照明委员会（CIE）规定以700nm(红)、546.1nm (绿)、435.8nm (蓝)三个色光为三基色。又称为物理三基色。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,（三） HSI颜色空间,HSI（Hue、Saturation and Intensity）颜色空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturat
17、ion或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）来描述颜色。HSI颜色空间可以用一个圆锥空间模型来描述。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,1.色调 (hue)视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉，即对可见物体辐射或发射的光波波长的感觉 色调是最容易把颜色区分开的属性 色调用红(red )、橙(orange)、黄(yellow)、绿(green)、青(cyan)、蓝(blue)、靛(indigo)、紫(violet) 等术语来刻画 用于描述感知色调的术语是色彩(c
18、olorfulness)，如浅蓝或深蓝的感觉。黑、灰、白为无色彩色调在颜色圆上用圆周表示 圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不同，见图。色调数目多于1000万种 普通人可区分200种、50种饱和度和500级灰度 颜色专业人士可辨认的色调数大约300400种,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,色调表示法,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,2. 饱和度(saturation) 颜色的纯洁性 可用来区别颜色明暗的程度 当一种颜色掺入其他光成分越多时，就说该颜色越不饱和 完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色
19、 单一波长的光谱色是完全饱和的颜色 半径表示法 见图 (a)，沿径向方向上的颜色具有相同的色调和明度，但它们的饱和度不同 图 (b)所示的七种颜色具有相同的色调和明度，但具有不同的饱和度，左边的饱和度最浅，右边的饱和度最深,(a) 半径表示法,(b) 示例,饱和度表示法,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,3. 明度 中英文术语的差别 在许多中文书籍和英汉词典工具书中 brightness 亮度 lightness 亮度 luminance 亮度 实际上，三者之间是有区别的： brightness明度 luminance亮度 lightness光亮度,Lec
20、turer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,明度(brightness) 视觉系统对可见物体辐射光或发射光多少的感知属性 例如一根点燃的蜡烛在黑暗中看起来要比在白炽光下亮 有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率感知的明度与反射率不成正比，认为是一种对数关系 明度的主观感觉值目前无法用物理设备测量可用亮度(luminance)即辐射的能量来度量用一个数值范围表示，例如，010,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,一个极端是黑色(没有光)，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色 明度常用垂直轴表示，见图 (a) 在图 (b)中，七种颜色具
21、有 相同色调和饱和度 不同的明度 底部的明度最小 顶部的明度最大,(a) 垂直轴表示法(b)示例,明度表示法,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,用这种描述HIS颜色空间的圆锥模型相当复杂，但确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。其中： （A）HSI圆锥空间模型 （B）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。 （C）纵轴表示亮度：亮度值是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴线上的点表示完全不饱和的颜色，按照不同的灰度等级，最亮点为纯白色、最暗点为纯黑色。 （D）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。 （E）圆锥横切面：色调H为绕着圆锥
22、截面度量的色环，圆周上的颜色为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心的半径横轴。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于颜色处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI颜色空间，它比RGB颜色空间更符合人的视觉特性。在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI颜色空间中方便地使用，它们可以分开处理而且是相互独立的。因此，在HSI颜色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。 HSI颜色空间和RGB颜色空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着
23、转换关系，如公式所示：,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,HSI颜色空间和RGB颜色空间转换关系公式,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,HSV HSV(hue, saturation and value)的缩写 A. R. Smith根据颜色的直观特性于1978年创建的, 也称六角锥体模型(hexcone model)，如图所示 HSV的表示方法 色调：用角度度量，0360。红色为0，按逆时针方向计算，绿色为120，蓝色为240 饱和度：取值范围为0.01.0 亮度值：取值范围为0.0(黑色)1.0(白色) HSV和R
24、GB之间没有转换矩阵，但可对它们之间的转换算法进行描述,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,HSV颜色空间,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,HSL/HSB HSL/HSB (hue, saturation and lightness/brightness)的缩写 利用三条轴定义颜色，用六角形锥体表示，见图 用于台式机图形程序定义颜色 HSL 与HSV HSL用光亮度(lightness)作坐标，HSV用亮度(luminance)作坐标 HSL颜色饱和度最高时的光亮度L定义为0.5，而HSV则为1.0,HSL颜色空间,L
25、ecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,（四） CMY颜色空间,彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或颜料。油墨或颜料的3基色是青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMY。青色对应蓝绿色，品红对应紫红色。理论上说，任何一种由颜料表现的颜色都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种颜色表示方法称CMY颜色空间表示法。彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY颜色空间。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,用CMY模型产生的颜色
26、被称为相减色，是因为它减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射光。在CMY相减混色中，三基色等量相减时得到黑色；等量黄色(Y)和品红(M)相减而青色(C)为0时，得到红色(R)；等量青色(C)和品红(M)相减而黄色(Y)为0时，得到蓝色(B)；等量黄色(Y)和青色(C)相减而品红(M)为0时，得到绿色(G)。这些三基色相减结果如图所示。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CMY空间正好与RGB空间互补，也即用白色减去RGB空间中的某一颜色值就等于同样颜色在CMY空间中的值。RGB空间与CMY空间的互补关系如下表所示。 根据这个原理，很容易把RGB空间转换成CM
27、Y空间。由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的CMY三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中常加一种真正的黑色（black ink），所以CMY又写成CMYK。 实际应用中，一幅图像在计算机中用RGB空间显示；用RGB或SHI空间编辑处理；打印输出时要转换成CMY空间；如果要印刷，则要转换成CMYK四幅印刷分色图，用于套印彩色印刷品。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CIE简介,CIE（国际照明委员会）创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。可回溯到1930年，CIE标
28、准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65）和阴极射线管（CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。 CIE的总部位于奥地利维也纳。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,色彩（不管是色光还是打印）传统的测量是用与其匹配的特定的RGB光量测定的。根据经验，要求观察者能借助混台的三色光与各种色彩相匹配，CIE把这些观察者的平均情况定义成一个“标准的观察者”以观察一组特定的“光”。然后，他们定义了一个测量单位的系统和测量步骤，这样，任何色彩都可以根据指定的3个标准光量来确定。这些就是CIE XYZ值。 RGB模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但
29、它是一种与设备相关的颜色模型。每一种设备(包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等)使用RGB模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能相互通用。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型，1931年9月国际照明委员会在英国的剑桥市召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家们企图在RGB模型基础上，用数学的方法从真实的基色推导出理论的三基色，创建一个新的颜色系统，使颜料、染料和印刷等工业能够明确指定产品的颜色。会议所取得的主要成果包含： 定义了标准观察者(Standard Observer)
30、标准：普通人眼对颜色的响应。该标准采用想象的X, Y和Z三种基色，用颜色匹配函数(color-matching function)表示。颜色匹配实验使用2的视野(field of view)； 定义了标准光源(Standard Illuminants)：用于比较颜色的光源规范；,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,定义了CIE XYZ基色系统：与RGB相关的想象的基色系统，但更适用于颜色的计算； 定义了CIE xyY颜色空间：一个由XYZ导出的颜色空间，它把与颜色属性相关的x和y从与明度属性相关的亮度Y中分离开； 定义了CIE色度图(CIE chromati
31、city diagram)：容易看到颜色之间关系的一种图。 其后，国际照明委员会的专家们对该系统做了许多改进，包括1964年根据10视野的实验数据，添加了补充标准观察者(Supplementary Standard Observer)的定义。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,1976年国际照明委员会又召开了一次具有历史意义的会议，试图解决1931的CIE系统中所存在两个问题： 该规范使用明度和色度不容易解释物理刺激和颜色感知响应之间的关系； XYZ系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感知的变化不一致，这个问题叫做感知均匀性(perce
32、ptual uniformity)问题，也就是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,为了解决颜色空间的感知一致性问题，专家们对CIE 1931XYZ系统进行了非线性变换，制定了CIE 1976 L*a*b*颜色空间的规范。事实上，1976年CIE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，另一种是用于非自照明的颜色空间，叫做CIE1976 L*a*b*，或者叫CIE LAB。这两个颜色空间与颜色的感知更均匀，并且给了人们评估两种颜色近似程度的一种方法，允许使用数字量E表示两种颜色之差。,Lectu
33、rer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CIE XYZ是国际照明委员会在1931年开发并在1964修订的CIE颜色系统(CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。它使用相应于红、绿和蓝三种颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出。通过相加混色或者相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生。虽然大多数人可能一辈子都不直接使用这个系统，只有颜色科学家或者某些计算机程序中使用，但了解它对开发新的颜色系统、编写或者使用与颜色相关的应用程序都是有用的。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CIE 1931 RG
34、B 按照三基色原理，颜色实际上也是物理量，可以进行计算和度量。据此原理就产生了用红、绿和蓝单光谱基色匹配所有可见颜色的想法，并且做了许多实验。1931年国际照明委员会综合了不同实验者的实验结果，得到了RGB颜色匹配函数(color matching functions)，其横坐标表示光谱波长，纵坐标表示用以匹配光谱各色所需要三基色刺激值，这些值是以等能量白光为标准的系数，是观察者实验结果的平均值。为了匹配在438.1nm和546.1nm之间的光谱色，出现了负值，这就意味匹配这段里的光谱色时，混合颜色需要使用补色才能匹配。虽然使用正值提供的色域还是比较宽的，但像用RGB相加混色原理的CRT虽然可
35、以显示大多数颜色，但不能显示所有的颜色。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CIE 1931 XYZ CIE 1931 RGB使用红、绿和蓝三基色系统匹配某些可见光谱颜色时，需要使用基色的负值，而且使用也不方便。由于任何一种基色系统都可以从一种系统转换到另一种系统，因此人们可以选择想要的任何一种基色系统，以避免出现负值，而且使用也方便。1931年国际照明委员会采用了一种新的颜色系统，叫做CIE XYZ系统。这个系统采用想象的X，Y和Z三种基色，它们与可见颜色不相应。 CIE选择的X，Y和Z基色具有如下性质： 所有的X，Y和Z值都是正的，匹配光谱颜色时不需要
36、一种负值的基色；用Y值表示人眼对亮度(luminance)的响应；如同RGB模型，X，Y和Z是相加基色。因此，每一种颜色都可以表示成X，Y和Z的混合。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,根据视觉的数学模型和颜色匹配实验结果，国际照明委员会制定了一个称为 “1931 CIE 标准观察者”的规范，实际上是用三条曲线表示的一套颜色匹配函数，因此许多文献中也称为“CIE 1931标准匹配函数”。在颜色匹配实验中，规定观察者的视野角度为2度，因此也称标准观察者的三基色刺激值(tristimulus values)曲线。 CIE 1931标准匹配函数中的横坐标表示可见
37、光谱的波长，纵坐标表示基色X，Y和Z的相对值。三条曲线表示X，Y和Z三基色刺激值如何组合以产生可见光谱中的所有颜色。例如，要匹配波长为450 nm的颜色(蓝/紫)，需要0.33单位的X基色，0.04单位的Y基色和1.77单位的Z基色。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,五、颜色空间相互转换,从CIE1931RGB系统到CIE1931XYZ系统，再到CIE1976LAB系统，一直都在向“均匀化”方向发展。CIE1931XYZ颜色空间只是采用简单的数学比例方法，描绘所要匹配颜色的三刺激值的比例关系。 为了进一步改进和统一颜色评价的方法，1976年CIE推荐了新
38、的颜色空间及其有关色差公式，即CIE1976LAB（或L a b ）系统，现在已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。它适用于一切光源色或物体色的表示与计算。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,CIE1976L a b 空间由CIEXYZ系统通过数学方法转换得到，转换公式为：,其中X、Y、Z是物体的三刺激值；X0、Y0、Z0为CIE标准照明体的三刺激值；L 表示心理明度；a 、b 为心理色度。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,从上式转换中可以看出：由X、Y、Z变换为* 、a * 、b * 时包含有立方根的函数
39、变换，经过这种非线形变换后，原来的马蹄形光谱轨迹不复保持。转换后的空间用笛卡儿直角坐标体系来表示，形成了对立色坐标表述的心理颜色空间。在这一坐标系统中，+a *表示红色，-a *表示绿色，+b *表示黄色，-b *表示蓝色，颜色的明度由L *的百分数来表示。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。若两个色样样品都按L * 、a * 、b * 标定颜色，则两者之间的总色差E * a * b *以及各项单项色差可用下列公式计算： 明度差：L * =L* 1-L * 2 色度差： a * =a * 1-a * 2
40、 b * =b* 1-b* 2 总色差：,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,小知识光源色温,能自行发光的物体叫做光源。光源的种类繁多，形状千差万别，但大体上可分为自然光源和人造光源。自然光源受自然气候条件的限制，光色瞬息万变，不易稳定，如最大的自然光源太阳。人造光源有各种电光源和热辐射光源，如电灯光源等。 不同的光源，由于发光物质不同，其光谱能量分布也不相同。一定的光谱能量分布表现为一定的光色，对光源的光色变化，我们用色温来描述。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,根据能量守恒定律：物体吸收的能量越多，加热时它辐射的本
41、领愈大。黑色物体对光能具有较大的吸收能力。如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射，那么这个物体称为绝对黑体。绝对黑体的吸收本领是一切物体中最大的，加热时它辐射本领也最大。天然的、理想的绝对黑体是不存在的。,人造黑体是用耐火金属制成的具有小孔的空心容器，如图所示，进入小孔的光，将在空腔内发生多次反射，每次反射都被容器的内表面吸收一部分能量，直到全部能量被吸收为止，这种小孔的容器就是绝对黑体。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,黑体辐射的发射本领只与温度有关。严格地说，一个黑体若被加热，其表面按单位面积辐射光谱能量的大小及其分布完全决定于它的温度。
42、因此我们把任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较，来描述光源的光色。所以色温可以定义为：“当某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。“因此，色温是以温度的数值来表示光源颜色的特征。 色温用绝对温度“K”表示，绝对温度等于摄氏温度加273。如正午的日光具有色温为6500K，就是说黑体加热到6500K时发出的光的颜色与正午的颜色相同。其它如白炽灯色温约为2600K。下表列出了一些常见的光源色温。,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,Lecturer: Prof. Yue Liu,纺织服装学院,染料化学,END,颜色空间简介,Lecturer: Prof. Yue Liu,Thank You !,纺织服装学院,染料化学,
