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色差仪有哪些颜色空间?色差仪不同颜色空间怎么转换?

时间:2023-05-05 点击:338次

为了让颜色的评定具有可遵循的标准,CIE相继推出了多个颜色空间,用于对颜色进行定量的描述。色差仪作为颜色检测的精密仪器,其内部采用了多种CIE标准颜色空间,使颜色的评定和描述在统一的标准下进行。本文对色差仪颜色空间的类型及不同颜色空间之间的转换进行了介绍,感兴趣的朋友不妨了解一下!

颜色空间01

什么是颜色空间?

颜色空间是用来表示颜色的三个参数所构成的三维空间,是颜色抽象表示和描述的方法,是在某些标准下用通常可接受的方式来简化颜色规范。因此,颜色空间是进行颜色信息研究的理论基础。表达颜色的空间可以是非均匀、非线性的,用于彩色图像处理的空间必须同时具备独立性和均匀性的要求。独立性的要求是指颜色空间的三个分量不互相影响,对其中某个分量的处理不导致其它分量相对于人眼感觉发生变化。均匀性的要求是指对颜色空间中的每一个分量来说,在不同取值处的相同改变量引起的视觉变化是相同的。可以说,彩色图像处理与灰度图像处理的区别主要在于建立一个能满足上述条件的颜色空间,而具体对各个分量的处理则完全可以参照成熟的灰度图像处理技术。

颜色空间要求能形象、直观地反映人眼的颜色视觉特性,使得人们可以有目的地进行各种处理,同时又能保证在各种处理过程中都能达到预期的处理效果而不产生负面影响。由于人眼对颜色的感觉是一个复杂的非线性关系,绝对满足上述条件的颜色空间是不存在的。但是,可以以实验为基础,寻找一个能在较大范围内符合上述条件的颜色表达空间。

为了定量地表达自然界丰富多样的色彩,人们借助于数学坐标,已先后提出了各种各样的颜色空间。在颜色空间中,颜色由三维坐标表示,这个坐标描述了颜色在特定颜色空间中的位置。有很多种颜色空间可以精确地表达任意一种颜色,但由于颜色感知所固有地主观性和非线性,它们大多不能直接运用于彩色图像处理,必须经过必要地非线性变换和可视化处理,这个过程需要花费大量的计算时间,是一个要在软硬件设计中综合考虑的因素。

颜色空间把抽象的、主观的视觉感受具体化为三维空间中的位置、向量,使各种彩色图像、彩色设备的颜色特性都能实现可视化,成为颜色研究的重要工具。各种混色系统都有其相应的颜色空间,不同的颜色空间具有不同的特性,分别具有各自的优缺点和局限性。

颜色空间

色差仪颜色空间类型:

色差仪常用的色度空间除了CIERGB空间、CIEXYZ空间、CIEL*a*b*空间外,还包括LCh、CIELUV、βxy、DIN Lab9等多种颜色空间。下面只对色差仪常用的三种颜色空间进行介绍。

(1)CIERGB颜色空间

光谱三刺激值,是国际照明委员会(CIE)以317位正常视觉者用三原色光红、绿、蓝等能光谱色,从380mm到700nm进行专门性颜色混合匹配实验得到。

在CIERGB彩色空间的原点上,任一基色均没有亮度,即原点为黑色。三基色都达到最高亮度则表现为白色。亮度较低的等亮的三基色产生灰色。所有这些点均落在彩色立方体的对角线上,该对角线被称为灰色线。彩色立方体中有三个角对应于三基色一红,绿和蓝色。剩下的三个角对应于二次色一黄色,青色(蓝绿色)和品红(紫色)。

在色度学体系中并不直接使用三刺激值来表示颜色,而是用三原色各自在三原色总量中所占的比例来表示颜色。三原色各自在其总量中的相对比例称为色品坐标,光谱的三刺激值和色品坐标之间的换算关系如下式所示:

光谱三刺激值和色品坐标换算公式

基本RGB颜色空间的主要缺点是不直观。不能直接从RGB的数值中估计出颜色的色度、饱和度和亮度等感知特征,并且RGB颜色模式存在很大的局限性,易受设备的影响。

2.CIEXYZ颜色空间

CIERGB系统的r、g、b光谱三刺激值可以定量表示颜色,但三刺激值中有很多负值,色度坐标中也有些负值,不易理解。因此,1931年CIE讨论推荐了一个新的国际通用的色度学系统一CIEXYZ标准色度学系统。

在CIEXYZ系统中,用于匹配等能光谱三刺激值(X)、(Y)、(Z)三色数量,叫做“标准色度观察者颜色匹配函数”,简称“颜色匹配函数”,记为x、y、z。它们是依据实验建立的r、g、b光谱三刺激值经过下式计算出来的。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。可见,CIEXYZ系统建立在RGB系统的基础上,用数学方法,选用三个理想的原色来代替实际的三原色,从而将CIERGB系统中的光谱三刺激值r、g、b和色度坐标r、g、b均变为正值。

光谱三刺激值计算公式

CIEXYZ系统和CIERGB系统的色度坐标转换关系如下式所示:

CIEXYZ颜色空间和CIERGB颜色空间转换关系

3.CIEL*a*b*均匀颜色空间

CIEL*a*b*色度空间是国际照明委员会向世界各国推荐的通用的均匀颜色空间,是经CIEXYZ色度空间非线性变换而得到的。CIEL*a*b*在三维色空间的各个坐标轴上均具有视觉和颜色心理感知的等距性,并且细分了明度坐标和色品坐标的级差。同时,CIEL*a*b*空间中当颜色的色差大于视觉的识别阅值(恰可察觉)而又小于孟塞尔系统中相邻两级色差时,可以较好地反映物体色的心理感受效果。CIEL*a*b*与CIEXYZ的非线性转换关系如下式所示。

CIELab颜色空间与CIEXYZ颜色空间转换关系

式中:X、Y、Z为颜色样品的三刺激值;X0、Y0、Z0为CIE标准照明体的三刺激值(D65光源:X0=95.05、Y0=100.00、Z0=108.91)。

L*称为心理计量明度,简称心理明度或明度指数;a*、b*称为心理计量色度,简称心理色度或色度参数。

CIEL*a*b*色度空间是一种基于赫林四色对立学说原理的心理色度空间,心理色度a*和b*中包含有(X-Y)和(Y-Z)项。颜色的明度感觉用纵坐标L*轴表示,黑色位于最下端,对应明度L*=0,白色最亮位于最上端,对应明度L*=100。a*轴与b*轴共同表示彩色的特性,a*轴正方向代表红色(偏品红)的变化,a*轴负方向代表绿色的变化;b*轴正方向代表黄色变化,b*轴负方向代表蓝色变化。任何颜色都可以由这四个原色中的一个或两个按一定的明度值混合而成,原色的混合比例决定了混合色的色调。

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