顏色度量體系

1、關(guān)于顏色的度量體系第一張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)一、什么是顏色 人的視覺(jué)系統(tǒng)感知到的顏色由光波的頻率決定。眼睛感知到的顏色和波長(zhǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。純顏色通常使用光的波長(zhǎng)來(lái)定義，用波長(zhǎng)定義的顏色叫做光譜色(spectral colors)。 第二張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)第三張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 而國(guó)際照明委員會(huì)(CIE) 則使用用顏色的三個(gè)特性來(lái)區(qū)分顏色。這些特性是色調(diào)，飽和度和明度，它們是顏色所固有的并且是截然不同的特性。 第四張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作

2、于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)二、色調(diào) 色調(diào)(hue)又稱為色相，指顏色的外觀，用于區(qū)別顏色的名稱或顏色的種類。色調(diào)取決于可見(jiàn)光譜中的光波的頻率，它是最容易把顏色區(qū)分開(kāi)的一種屬性。 色調(diào)用紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、靛、紫等術(shù)語(yǔ)來(lái)刻畫。 用于描述感知色調(diào)的一個(gè)術(shù)語(yǔ)是色彩(colorfulness)。 第五張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 色調(diào)有一個(gè)自然次序：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、靛、紫(red，orange, yellow，green，cyan，blue，indigo，violet，ROYGBIV)。在這個(gè)次序中，當(dāng)人們混合相鄰顏色時(shí)，可以獲得在這

3、兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。色調(diào)在顏色圓上用圓周表示，圓周上的顏色具有相同的飽和度和明度，但它們的色調(diào)不同。 第六張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 三、飽和度 飽和度(saturation)是相對(duì)于明度的一個(gè)區(qū)域的色彩，是指顏色的純潔性，它可用來(lái)區(qū)別顏色明暗的程度。當(dāng)一種顏色滲入其他光成分愈多時(shí)，就說(shuō)顏色愈不飽和。完全飽和的顏色是指沒(méi)有滲入白光所呈現(xiàn)的顏。飽和度在顏色圓上用半徑表示，如圖所示。沿徑向方向上的不同顏色具有相同的色調(diào)和明度，但它們的飽和度不同 。 飽和度最小飽和度最大第七張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)四、亮度

4、1.明度(brightness)明度是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。有色表面的明度取決于亮度和表面的反射率。明度常用垂直軸表示,明度的一個(gè)極端是黑色(沒(méi)有光)，另一個(gè)極端是白色，在這兩個(gè)極端之間是灰色。 相同的色調(diào)和飽和度 明度最小 明度最大 第八張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)2.亮度 由于明度很難度量，因此國(guó)際照明委員會(huì)定義了一個(gè)比較容易度量的物理量，稱為亮度(luminance)。 亮度是用反映視覺(jué)特性的光譜敏感函數(shù)加權(quán)之后得到的輻射功率(radiant power)。 亮度的值是可度量的，它用單位面積上反射或者發(fā)射的光的強(qiáng)度表示。 明

5、度和亮度的關(guān)系不是線性關(guān)系。 第九張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)3.光亮度 光亮度是人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)亮度(luminance)的感知響應(yīng)值，并用L*表示。其中，Y是CIE XYZ系統(tǒng)中定義的亮度，Yn是參考白色光的亮度。 光亮度用作顏色空間的一個(gè)維，而明度(brightness)則僅限用于發(fā)光體,該術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述反射表面或者透射表面。 第十張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)五、顏色空間 顏色空間是表示顏色的一種數(shù)學(xué)方法，人們用它來(lái)指定和產(chǎn)生顏色，使顏色形象化。對(duì)于人來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)色調(diào)、飽和度和明度來(lái)定義顏色；對(duì)于顯示設(shè)備來(lái)說(shuō)，

6、人們使用紅、綠和藍(lán)磷光體的發(fā)光量來(lái)描述顏色；對(duì)于打印或者印刷設(shè)備來(lái)說(shuō)，人們使用青色、品紅色、黃色和黑色的反射和吸收來(lái)產(chǎn)生指定的顏色。 第十一張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)色調(diào)-飽和度-明度顏色空間 第十二張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 描述顏色的幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 顏色空間有設(shè)備相關(guān)和設(shè)備無(wú)關(guān)之分。 設(shè)備相關(guān)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(shè)備有關(guān)。如RGB顏色空間。 設(shè)備無(wú)關(guān)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(shè)備無(wú)關(guān)，例如CIE L*a*b*顏色空間。 第十三張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2 顏色的度

7、量體系 顏色度量體系(color system)，也叫做顏色制或者叫做顏色體制或顏色系統(tǒng) ， 實(shí)際上就是人們組織和表示顏色的方法。 目前，組織和表示顏色的方法主要有兩種：顏色模型(color model)：是用簡(jiǎn)單方法描述所有顏色的一套規(guī)則和定義。如RGB, HSB, CMY, CIE XYZ, CIELAB，CMYK和顏色的光譜描述方法等。 編目系統(tǒng)(cataloging system)。給每一種顏色分配一個(gè)唯一的名稱或者一個(gè)號(hào)碼。如Munsell顏色系統(tǒng)，Pantone顏色系統(tǒng)等。 第十四張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2 顏色的度量體系顏色的度量方法 第十五張，PPT共四十

8、五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3 Munsell顏色系統(tǒng) Munsell顏色系統(tǒng)是精確指定顏色和顯示各種顏色之間關(guān)系的一種方法。每種顏色都有色調(diào)(hue)、明度值(value)和色度(chroma)這三種屬性。后來(lái)修改后的Munsell顏色系統(tǒng)使用色調(diào)、飽和度和和明度表示顏色的三種屬性。 第十六張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3 Munsell顏色系統(tǒng)在Munsell顏色系統(tǒng)中色調(diào)被分成紅(R)、黃(Y)、綠(G)、藍(lán)(B)、紫(P)，這五種色叫做主色調(diào)(principal hues)，在主色調(diào)之間插入紅黃、黃綠、綠藍(lán)、藍(lán)紫，紫紅5種色調(diào)。度量顏色明暗的明度值(value)從白到

9、黑被分成11個(gè)等級(jí)，度量顏色的飽和度或者叫純度的色度(Chroma)被分成15等級(jí)。Munsell制中的顏色用三個(gè)符號(hào)表示，寫成HVC(Hue，Value，Chroma)。如5R 4/14。第十七張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.4 Ostwald顏色系統(tǒng)Ostwald制是根據(jù)對(duì)顏色起決定作用的波長(zhǎng)、純度和亮度來(lái)映射色調(diào)、飽和度和明度的值。Ostwald假設(shè)色調(diào)有8種主色調(diào)組成，分別是黃色(yellow)，橙色(orange)，紅色(red)，紫色(purple)，藍(lán)色(blue)，青綠色(turquoise)，海綠色(seagreen)和葉綠色(leafgreen)，每一種再細(xì)分

10、成3種，共24種，安排在如圖所示的色圓上。第十八張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.4 Ostwald顏色系統(tǒng) Ostwald制使用垂直軸表示亮度，從黑色、灰色到白色。 這些參數(shù)的數(shù)值通過(guò)一個(gè)盤色度計(jì)(disc colorimeter)來(lái)產(chǎn)生，如圖所示。Ostwald顏色空間中的點(diǎn)用C(full color)，W(white)和B(black)來(lái)分別表示全色、白色和黑色，表示它們?cè)谝粋€(gè)圓上所占的百分比。如45, 30, 25 第十九張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng) 一、CIE 1931 RGB 紅、綠和藍(lán)單光譜基色匹配所有可見(jiàn)顏色 紅、綠和藍(lán)三種單色光

11、的波長(zhǎng)分別定義為700 nm(R)、546.1 nm(G)和435.8 nm(B) 第二十張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)白光Ew可以用每個(gè)基色單位為1的物理三基色配出：根據(jù)三基色原理，任意一種顏色可以用下式匹配：式中的系數(shù)r,g,b分別為紅、綠和藍(lán)三基色的比例系數(shù)，也就是三種單位基色光的光通量的倍數(shù)。 第二十一張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)光通量的倍數(shù)的大小決定顏色光的光通量，三者之間的比例決定它的顏色。因?yàn)槿目偣馔勘仨毰c被表示的顏色相等，因此之和必等于1,即:第二十二張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.

12、5 CIE顏色系統(tǒng)二、CIE 1931 XYZ 使用紅、綠和藍(lán)三基色系統(tǒng)匹配某些可見(jiàn)光譜顏色時(shí)，需要使用基色的負(fù)值，而且使用也不方便。 而CIE XYZ系統(tǒng)采用想象的X，Y和Z三種基色，它們與可見(jiàn)顏色不相應(yīng)。CIE選擇的X，Y和Z基色具有如下性質(zhì)：所有的X，Y和Z值都是正的，匹配光譜顏色時(shí)不需要一種負(fù)值的基色。用Y值表示人眼對(duì)亮度(luminance)的響應(yīng)。如同RGB模型，X，Y和Z是相加基色。因此，每一種顏色都可以表示成X，Y和Z的混合。第二十三張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)第二十四張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月從RGB空間轉(zhuǎn)換到XYZ空間時(shí)使

13、用下式： 從XYZ空間轉(zhuǎn)換到RGB空間時(shí)使用下式： 6.5 CIE顏色系統(tǒng)第二十五張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)第二十六張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月所有的坐標(biāo)軸都不在這個(gè)實(shí)心錐體內(nèi)。相應(yīng)于沒(méi)有光照的黑色位于坐標(biāo)的原點(diǎn)。曲線的邊界代表純光譜色的三基色刺激值，這個(gè)邊界叫做光譜軌跡(spectral locus)。光譜軌跡上的波長(zhǎng)是單一的，因此其數(shù)值表示可能達(dá)到的最大飽和度。所有的可見(jiàn)光都在錐體上。 6.5 CIE顏色系統(tǒng)第二十七張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)如同RGB模型，在XYZ中任何一種顏色都可用三種基色單位表示

14、，其配色方程就變成：式中， 表示顏色， 和 為三個(gè)基色單位；X,Y和Z均為正的基色系數(shù)；合成的顏色光的色度由, X, Y和Z的比值確定。當(dāng)X=Y=Z時(shí)，合成白光 ，總的輻射能量X+Y+Z。 第二十八張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)三、CIE 1931 xyY 從XYZ到xyY CIE XYZ的三基色刺激值X，Y和Z對(duì)定義顏色很有用，其缺點(diǎn)是使用比較復(fù)雜，而且不直觀。因此，又定義了一個(gè)叫做CIE xyY的顏色空間。 對(duì)于一種給定的顏色，如果增加它的明度，每一種基色的光通量也要按比例增加，這樣才能匹配這種顏色。 第二十九張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.

15、5 CIE顏色系統(tǒng)由于色度值僅與波長(zhǎng)(色調(diào))和純度有關(guān)，而與總的輻射能量無(wú)關(guān)，因此在計(jì)算顏色的色度時(shí)，把X,Y和Z值相對(duì)于總的輻射能量 X+Y+Z 進(jìn)行規(guī)格化 x,y,z 稱為三基色相對(duì)系數(shù)，于是配色方程可規(guī)格化為 : x + y + z = 1第三十張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng) 由于z可以從x + y + z = 1導(dǎo)出，因此通常不考慮z，而用兩個(gè)系數(shù)x和y表示顏色。在CIE xyY系統(tǒng)中，根據(jù)顏色坐標(biāo)(x,y)可確定，但不能僅從x和y導(dǎo)出三種基色刺激值X,Y和Z ，還需要使用攜帶亮度信息的Y，其值與XYZ中的Y刺激值一致，因此， 第三十一張，PPT共四十

16、五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)2. CIE 1931色度圖 (1)xyY色度圖 CIE xyY色度圖是從XYZ直接導(dǎo)出的一個(gè)顏色空間，它使用亮度Y參數(shù)和顏色坐標(biāo)x,y來(lái)刻畫顏色。xyY中的Y值與XYZ中的Y刺激值一致，表示顏色的亮度或者光亮度，顏色坐標(biāo)x,y用來(lái)在二維圖上指定顏色，這種色度圖叫做CIE 1931色度圖。 第三十二張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)(2)色度圖上看色調(diào) 利用CIE xyY色度圖可直觀地表示出彩色的色調(diào)和飽和度。 第三十三張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)(3) 色度圖上看色域 在色度圖中

17、，閉合曲線所包圍的區(qū)域叫做色域(gamut)。色域應(yīng)該是指由三維的顏色空間所包圍的一個(gè)區(qū)域，但在CIE 1931色度圖上用兩維空間表示。大致可分成23個(gè)區(qū)域。 第三十四張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng) 3. 彩色電視的色度范圍 彩色顯像管利用混色法重現(xiàn)顏色。它用紅、綠、藍(lán)三種熒光粉所發(fā)出的非譜色光作為顯像三基色光，目前的技術(shù)還不能直接采用CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光譜三基色：700 nm(R)、546.1 nm(G)和435.8 nm(B)。采用不同彩色電視制式的國(guó)家，所選用的顯像三基色熒光粉、標(biāo)準(zhǔn)白光以及它們?cè)谏葓D上的坐標(biāo)并不相同。制式NTSC制PAL制基色與光源RN

18、GNBNCERPGPBPD65色坐標(biāo)0.670.210.140.3100.640.290.150.3130.330.710.080.3160.330.600.060.329xy第三十五張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)第三十六張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)四、CIE 1960 YUV和CIE YUV CIE 1960 YUV是由CIE 1931 xyY經(jīng)過(guò)線性變換之后得到的一種顏色空間,目的是企圖得到這樣的一種色度圖：在色度圖中，代表兩種顏色的兩個(gè)點(diǎn)之間的色差與對(duì)顏色感知的差別是均勻的。其中的Y與XYZ或者xyY中的Y相同。u和v

19、坐標(biāo)定義如下: 第三十七張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng) 為了進(jìn)一步減少色差與感知的非線性，CIE還開(kāi)發(fā)了另一種顏色空間，叫做CIE YUV顏色空間。其中的Y沒(méi)有改變，u和v坐標(biāo)定義如下， 第三十八張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng)五、CIE 1976 LUV CIE 1931 xyY二維色度圖有兩個(gè)比較明顯的缺點(diǎn)： 明度沒(méi)有反映在色度圖中。 在顏色空間中兩種顏色之間的距離與這對(duì)兩種顏色感知的色差有差異。 第三十九張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng) 提出了許多均勻色度換算(uniform chromat

20、icity scale，UCS)方案。 首先把亮度和顏色完全分開(kāi)，然后使用數(shù)學(xué)公式把CIE 1931 XYZ中的x,y坐標(biāo)變換到一個(gè)名為u,v的新坐標(biāo)系。后來(lái)又作了進(jìn)一步的改進(jìn)，把u,v重新命名為u,v，于是得到一個(gè)更加均勻的色度圖。 第四十張，PPT共四十五頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.5 CIE顏色系統(tǒng) CIE定義了一個(gè)均勻的光亮度比例(uniform lightness scale)，L*，其值從0(黑色)100(白色)。CIE使用L*,u和v定義了一個(gè)L*u*v*空間，稱為CIELUV顏色空間，或簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)uv顏色空間，也稱CIE 1976 L*u*v*顏色空間。在CIELUV顏色空間中，任意兩種顏色之間的差別叫