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1931CIE-XYZ标准色度系统


1931CIE1931CIE-XYZ 标准色度系统

所谓 1931CIE-XYZ 系统,就是在 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 CIE-RGB 系统中的光谱三刺激和色度坐标 r、g、b 均变为正值。 CIE(一)、CIE-RGB 系统与 CIE-XYZ 系统的转换关系 )、CIECIE 选择三个理想的原色(三

刺激值)X、Y、Z,X 代表红原色,Y 代表绿原色,Z 代表蓝原色,这三 个原色不是物理上的真实色,而是虚构的假想色。它们在图 5-27 中的色度坐标分别为: r X Y Z 1.275 -1.739 -0.743 g -0.278 2.767 0.141 b 0.003 -0.028 1.602

从图 5-27 中可以看到由 XYZ 形成的虚线三角形将整个光谱轨迹包含在内。因此整个光谱色变 成了以 XYZ 三角形作为色域的域内色。在 XYZ 系统中所得到的光谱三刺激值 、 、 、

和色度坐标 x、y、z 将完全变成正值。经数学变换,两组颜色空间的三刺激值有以下关系: X=0.490R+0.310G+0.200B Y=0.177R+0.812G+0.011B Z= 0.010G+0.990B 两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为: x=(0.490r+0.310g+0.200b)/(0.667r+1.132g+1.200b) y=(0.117r+0.812g+0.010b)/(0.667r+1.132g+1.200b) ………………(5-9) z=(0.000r+0.010g+0.990b)/(0.667r+1.132g+1.200b) 这就是我们通常用来进行变换的关系式,所以,只要知道某一颜色的色度坐标 r、g、b,即可 以求出它们在新设想的三原色 XYZ 颜色空间的的色度坐标 x、y、z。通过式(5-9)的变换,对光 谱色或一切自然界的色彩而言,变换后的色度坐标均为正值,而且等能白光的色度坐标仍然是 (0.33,0.33),没有改变。表 5-3 是由 CIE-RGB 系统按表 5-2 中的数据,由式(5-9)计算的结 果。从表 5-3 中可以看到所有光谱色度坐标 x(l),y(l),z(l)的数值均为正值。 l
x 0.1741

…………………………(5-8)

光谱色度坐标
y 0.0050 z 0.8209 0.00145

光谱三刺激值

(毫微米)
380

0.0000

0.0065

385 390 395 400 405 410 415 420 425 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 480 485 490 495 500 505 510 515 520 525 530

0.1740 0.1738 0.1736 0.1733 0.1730 0.1726 0.1721 0.1714 0.1703 0.1689 0.1669 0.1644 0.1611 0.1566 0.1510 0.1440 0.1355 0.1241 0.1096 0.0913 0.0687 0.0454 0.0235 0.0082 0.0039 0.0139 0.0389 0.0743 0.1142 0.1547

0.0050 0.0049 0.0049 0.0048 0.0048 0.0048 0.0048 0.0051 0.0058 0.0069 0.0086 0.0109 0.0138 0.0177 0.0227 0.0297 0.0399 0.0578 0.0868 0.1327 0.2007 0.2950 0.4127 0.5384 0.6548 0.7502 0.8120 0.8338 0.8262 0.8059

0.8210 0.8213 0.8215 0.8219 0.8222 0.8226 0.8231 0.8235 0.8239 0.8242 0.8245 0.8247 0.8251 0.8257 0.8263 0.8263 0.8246 0.8181 0.8036 0.7760 0.7306 0.6596 0.5638 0.4534 0.3413 0.2359 0.1491 0.0919 0.0596 0.0394

0.0022 0.0042 0.0076 0.0143 0.0232 0.0435 0.0776 0.1344 0.2148 0.2839 0.3285 0.3483 0.3481 0.3362 0.3187 0.2908 0.2511 0.1954 0.1421 0.0956 0.0580 0.0320 0.0147 0.0049 0.0024 0.0093 0.0291 0.0633 0.1096 0.1655

0.0001 0.0001 0.0002 0.0004 0.0006 0.0012 0.0022 0.0040 0.0073 0.0116 0.0168 0.0230 0.0298 0.0380 0.0480 0.0600 0.0739 0.0910 0.1126 0.1390 0.1693 0.2080 0.2586 0.3230 0.4073 0.5030 0.6082 0.7100 0.7932 0.8620

0.0105 0.0201 0.0362 0.0679 0.1102 0.2074 0.3713 0.6456 1.0391 1.3856 1.6230 1.7471 1.7826 1.7721 1.7441 1.6692 1.5281 1.2876 1.0419 0.8130 0.6162 0.4652 0.3533 0.2720 0.2123 0.1582 0.1117 0.0782 0.0573 0.0422

535 540 545 550 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 605 610 615 620 625 630 635 640 645 650 655 660 665 670 675 680

0.1929 0.2296 0.2658 0.3016 0.3373 0.3731 0.4087 0.4441 0.4788 0.5125 0.5448 0.5752 0.6029 0.6270 0.6482 0.6658 0.6801 0.6915 0.7006 0.7079 0.7140 0.7219 0.7230 0.7260 0.7283 0.7300 0.7311 0.7320 0.7327 0.7334

0.7816 0.7543 0.7243 0.6923 0.6589 0.6245 0.5896 0.5547 0.5202 0.4866 0.4544 0.4242 0.3965 0.3725 0.3514 0.3340 0.3197 0.3083 0.2993 0.2920 0.2859 0.2809 0.2770 0.2740 0.2717 0.2700 0.2689 0.2680 0.2673 0.2666

0.0255 0.0161 0.0099 0.0061 0.0038 0.0024 0.0017 0.0012 0.0010 0.0009 0.0008 0.0006 0.0006 0.0005 0.0004 0.0002 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

0.2257 0.2904 0.3597 0.4334 0.5121 0.5945 0.6784 0.7621 0.8425 0.9163 0.9786 1.0263 1.0567 1.0522 1.0456 1.0026 0.9384 0.8544 0.7514 0.6424 0.5419 0.4479 0.3608 0.2835 0.2187 0.1649 0.1212 0.0874 0.0636 0.0468

0.9149 0.9540 0.9803 0.9950 1.0000 0.9950 0.9786 0.9520 0.9154 0.8700 0.8163 0.7570 0.6949 0.6130 0.5668 0.5030 0.4412 0.3810 0.3210 0.2650 0.2170 0.1750 0.1382 0.1070 0.0816 0.0610 0.0446 0.0320 0.0232 0.0170

0.0298 0.0203 0.0134 0.0087 0.0057 0.0039 0.0027 0.0021 0.0010 0.0017 0.0014 0.0011 0.0010 0.0008 0.0006 0.0003 0.0002 0.0002 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 735 740 745 750 755 760 765 770 775 780

0.7340 0.7344 0.7346 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347 0.7347

0.2660 0.2656 0.2654 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653 0.2653

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

0.0329 0.0227 0.0158 0.0114 0.0081 0.0058 0.0041 0.0029 0.0020 0.0014 0.0010 0.0007 0.0005 0.0003 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001 0.0001 0.0000

0.0119 0.0082 0.0057 0.0041 0.0029 0.0021 0.0015 0.0010 0.0007 0.0005 0.0004 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

按 5 毫微米间隔求和:

=21.3714;

=21.3711;

=21.3715

为了使用方便,图 5-27 中的 XYZ 三角形,经转换变为直角三角形(图 5-28),其色度坐标为 x、y。用表 5-3 中各波长光谱色度坐标在图中的描点,然后将各点连接,即成为 CIE1931xy 色度图 的光谱轨迹。由图看出该光谱轨迹曲线落在第一象限之内,所以肯定为正值,这就是目前国际通用 的 CIE1931xy 色度图。

图 5-28 CIE xy 色度图

(二)、 CIE-XYZ 光谱三刺激值 CIECIE-XYZ 光谱三刺激值是由 CIE-RGB 光谱三刺激值经过式(5-9)光谱色度坐标之间的转换得 到的,记为 、 、 。CIE-RGB 光谱三刺激值 、 、 虽然通过式(5-2) 、 、

能间接反映等能光谱色色光的相对亮度, 然而很不直观。 从图 5-25 可以看出, 由 分别乘以单位量得到的相对亮度与人眼的明视觉光谱光视效率函数 色的亮度,CIE 规定 =

相同,为了直观的表示颜

,因此 不仅表达待配色(等能光谱色)中绿原色的数量,而且还 符合明视光谱光视效率函数,所以

表示待配色色光的亮度,用于计算颜色的亮度特性。由于 CIE-XYZ 光谱三刺激值 、 、

又称为"CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值",简

称"CIE 标准色度观察者",在物体色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。由色度坐标的 定义知:

……………………(5-10)



+

+ =

=1

又因为规定

所以光谱三刺激值的计算公式为 :

……………………(5-11) 计算结果如图 5-29 所示,其数值见表 5-3。

图 5-29 光谱三刺激值

图中



、 各曲线所包含的总面积,分别表示 X、Y、Z。表 5-3 中 CIE1931 标准观察者等 总量、 总量和 总量是相等的,都是 21.371,即 X=Y=Z=21.371。这个数是个

能光谱各波长的

相对数,没有绝对意义,它仅仅表明:一个等能白光(E 光源)是由相同数量的 X、Y、Z 组成的。 但是,由于刺激值 亮度特性。 例:波长 λ =500nm 光谱色的色度坐标为:x(λ)=0.0082,y(λ)=0.5384,明视觉光谱光视效率函数 =0.323,则其光谱三刺激值为: = ,符合明视觉光谱效率函数,所以,用 曲线可以计算一个颜色的

(三)、 物体色三刺激值 匹配物体反射色光所需要红、绿、蓝三原色的数量为物体色三刺激值,即 X、Y、Z,也是物体 色的色度值。物体色彩感觉形成了四大要素是光源、颜色物体、眼睛和大脑,物体色三刺激值的计 算涉及到光源能量分布 方面的特征参数,即: 、物体表面反射性能 和人眼的颜色视觉 、 、 三

X=K Y=K Z=K
式中 K 为调整因数,Y 刺激值既表示绿原色的相对数量,又代表物体色的亮度因数。 上式表明当光源 或者物体 发生变化时,物体的颜色 X、Y、Z 随即也发生变化,因 ………………………………(5-12)

此上式是一种最基本、最精确的颜色测量及描述方法,是现代设计软件进行色彩描述的基础。 对于照明光源而言,光源三刺激值(

、Y0、Z0)的计算仅涉及到光源的相对光谱能量分布 的三刺激值可以表示为:

和人眼的颜色视觉特征参数,因此光源

……………………(5-13)

式中 Y0 表示光源的绿原色对人眼的刺激值量,同时又表示光源的亮度,为了便于比较不同光 源的色度,将 Y0 调整到 100,即 Y0=100。从而调整因数

K=100/
将上式代入(5-12)即可得到物体色的色度值。所以知道了照射光源(通常使用标准光源)的相对 光谱能量分布 量描述了。 (四)、 CIE1931 Yxy 表色方法 在图 5-28 所示的 xy 色度图中,x 色度坐标相当于红原色的比例,y 色度坐标相当于绿原色的 及物体的光谱反射率 ,物体的颜色就可以用色度值 X、Y、Z 来精确地定

比例。由图中的马蹄形的光谱轨迹各波长的位置,可以看到:光谱的红色波段集中在图的右下部, 绿色波段集中在图的上部,蓝色波段集中在轨迹图的左下部。中心的白光点 E 的饱和度最低,光源 轨迹线上饱和度最高。如果将光谱轨迹上表示不同色光波长点与色度图中心的白光点 E 相连,则可 以将色度图画分为各种不同的颜色区域,如图 5-30 所示。因此,如果能计算出某颜色的色度坐标 x、y,就可以在色度中明确地定出它的颜色特征。例如青色样品的表面色色度坐标为 x=0.1902、 y=0.2302, 它在色度图中的位置为 A 点, 落在蓝绿色的区域内。 当然不同的色彩有不同的色度坐标, 在色度图中就占有不同位置。因此,色度图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征。但是,前面 曾经讨论过,色度坐标只规定了颜色的色度,而未规定颜色的亮度,所以若要唯一地确定某颜色, 还必须指出其亮度特征,也即是 Y 的大小。我们知道光反射率 ρ= 物体表面的亮度 / 入射光源的亮度=Y / Y0 所以亮度因数 Y=100ρ 这样,既有了表示颜色特征的色度坐标 x、y,又有了表示颜色亮度特征的亮度因数 Y,则该颜 色的外貌才能完全唯一地确定。为了直观地表示这三个参数之间的意义,可用一立体图(图 5-31) 形象表示 。

图 5-30

图 5-31

由物体三刺激值计算 Yxy 的公式为 Y=Y x=X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) 由 Yxy 计算物体三刺激值 :

X=xY/y Y=Y (5-14) Z=(1-x-y)Y/y (五)、HVC 与 Yxy 两种表色方法的数值转换 由孟塞尔所创立的色相(H)、明度(V)和彩度(C)表示颜色的方法,是从心理学的角度把汇集到 的实际色样,按目视色彩感觉等间隔的排列方式,用 HVC 把各种表面的特性表示出来,给以颜色标 号,并按此精心制作成许多标准颜色样品, 汇编成颜色图册。 1929 年和 1943 年美国国家标准局 (NBS) 和美国光学会(OSA)对孟塞尔颜色系统作了进一步研究,由孟塞尔颜色编排小组委员会对孟塞尔 色样进行了光谱光度测量及视觉实验, 并按视觉上等距的原则对孟塞尔图册中的色样进行了修正和 增补,重新编排了孟塞尔图册中的色样,制定了《孟塞尔新标系统》。新标系统中的色样编排在视 觉上更接近等距,而且对每一色样都给出相应的 CIE1931 色度学系统的色度坐标,即 Y、x、y 值, 这个新标系统的颜色样品代表在 CIE 标准光源 C 的照明下可制出的所有表面色(非荧光材料)。由 此可知,孟塞尔系统本身的每一色样都是用 HVC 和 Yxy 两种方法标定的,所以根据"孟塞尔新标系 统",就可以完成 Yxy 和 HVC 两种表色方法之间的转换计算。 1 . 亮度因数 Y 与孟塞尔明度值 V 的关系 国际上采用的《孟塞尔新标系统》对于明度的分级是用实验方法求得的。孟塞尔明度值是按视 感觉上的等距离从 0~10 分为 11 级,第 10 级明度值(V=10)由理想的完全反射体代表,它的反射 率等于 1。然而没有一种材料的表面具有完全反射的性质。实用中,这一系统的所有 Y 值都是以氧 化镁作为标准的,并规定氧化镁的亮度因数 Y=100,而氧化镁的实际反射率约为 97.5%,因此,孟 根据视觉实验所得结果, 孟塞尔明度只与 塞尔第 10 级的明度值的亮度因数 Y0=100/0.975=102.57。 亮度因数之间的关系如图 5-32 所示,图中的曲线表明,亮度因数 Y 与明度值 V 之间是非线性关系。 它们之间的函数关系,可用五次多项式表示:

Y=1.2219V-0.2311V +0.23951V -0.021009V +0.000840V (5-15)
上式的最佳观察条件是以 Y 系如表 5-4 所示。 表 5-4 V 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 20%的中性灰色为背景。孟塞尔明度值 V 与亮度因数 Y 之间的数值关

Y 102.57 78.66 59.10 43.06 30.05 19.77 12.00 6.555 3.126 1.210 0.00

图 5-32

2 、色度坐标 x、y 与色相 H、彩度 C 的转换 在孟塞尔颜色系统中,对于明度值相同的颜色样品只有色相和彩度两维坐标的变化,这在 CIE1931 色度图上,就意味着只有色度坐标 x、y 的不同,在孟塞尔新标系统中,按照 1~9 的 9 个 明度等级,根据视觉实验,分别在 CIE 色度图上绘制出恒定色相轨迹和恒定彩度轨迹线。这 9 张恒 定色相轨迹和恒定彩度轨迹图(图 5-33~图 5-41)就是我们将 CIE1931 色度学系统(Yxy 表色法)与 孟塞尔系统(HVC 表色法)相互转换的依据。 分析这 9 张不同明度的色度图可以看出,在明度值为 4/、5/、6/时,彩度轨迹的数量最多,比明 度值 9/时占色度图更大的面积。这意味着,在中等明度值 4/~6/时有产生最大饱和度表面色的可 能性,而在明度值 9/时(亮度因数 Y=79),不可能有非常饱和的颜色,特别是在色度图的蓝、紫、 红部分更是如此。随着明度的降低,每一恒定的彩度轨迹圈急剧增大,依据在明度值 1/时(亮度 因数 Y=1.210),彩度/4 的轨迹已经包括明度值 9/的全部颜色,这表明人眼分辩饱和度的能力随 明度的降低而降低,明度值为 1/时,在色度图中黄、绿部分只剩下很少几个恒定彩度轨迹,这表 明,在明度降低时,黄、绿色只有很低的饱和度。

图 5-33

图 5-34

图 5-35

图 5-36

图 5-37

图 5-38

图 5-39

图 5-40

图 5-41

(六)、CIE Yxy 颜色空间的不均匀性 )、CIE 色彩差别量与其它物理量在性质上迥然不同。例如长度这一物理量,人们常常可以任意分割, 即使人眼无法分辨的微小长度,还可以借助显微镜和其它物理仪器来测量和观察。但是,对于色彩 差别量来说,主要取决于眼睛的判断。如果一个眼睛不能再分辨的色彩差别量,而人们又不能借助 物理仪器来观察它,这样它就成了一个无意义的数值。我们把人眼感觉不出的色彩差别量(变化范 围)叫做颜色的宽容量。颜色的宽容量反映在 CIE xy 色度图上即为两个色度点之间的距离。因为, 每种颜色在色度图上是一个点,但对人的视感觉来说,当这种颜色的色度坐标位置变化很小时,人 眼仍认为它是原来的颜色,感觉不出它的变化。所以,对视感觉效果来说,在这个变化的距离(或 范围)以内的色彩差别量,在视觉效果上是等效的。对色彩复制和其它颜色工业部门来说这种位于 人眼宽容量范围之内的色彩差别量是允许存在的。 1942 年,美国柯达研究所的研究人员麦克亚当(D.L.Macadam)发表的一篇关于人的视觉宽容量 的论文,迄今为止,仍是在色彩差别定量计算与测量方面的基本著作。在研究的过程中,麦克亚当 在 CIE xy 色度图上不同位置选择了 25 个颜色色度点作为标准色光,其色度坐标 x、y。又对每个 色度点画出 5~9 条不同的方向直线,取相对两侧的色光来匹配标准色光的颜色,由同一位观察者调 节所配色光的比例,确定其颜色辨别的宽容量。通过反复做 50 次配色实验,计算各次所得色度坐 标的标准差,即:

………………(5-16) 从图 5-42 中可以看到,围绕指定标准色度点向各个方向的辐射线为各标准差的距离,发现在

不同方向上,此距离是不相等。围绕标准色度点,在不同方向上取距离为一个标准差的点的轨迹近 似一个椭圆。还可以看到在色度图不同位置上的 25 个颜色点的椭圆形状大小不一样,其长轴方向 也不相同。这表明在 xy 色度图中,在不同位置不同方向上颜色的宽容量是不相同的。换句话说, 标准 CIE xy 色度图上的相同的几何距离,在不同的颜色区域里和不同颜色变化的方向上,所对应 的视觉颜色差别量大小是不同的, 5-42 中的各个椭圆形宽容量是按实验结果的标准差的 10 倍绘 图 出的。

图 5-42

麦克亚当的实验结果表明了在 xy 色度图各种颜色区域的宽容量不一样, 蓝色区最小,绿色区最 大。图 5-37 是明度值 V=5 的孟塞尔新标系统的色度图,可以看出在色度图的相同面积内,蓝色区 有较多的颜色(不同色相和彩度),而绿色区内却少得多。就是说,在色度图蓝色部分的同样空间 内, 视觉能分辩出较多数量的蓝色; 而在绿色部分同样的空间内, 人眼只能分辨出较少数量的绿色。 视觉对蓝色恰可辨别的最小距离与对绿色恰可辨别的最小距离之比竟达 20:1。从图 5-37 中还可 以看到,尽管孟塞尔色相和彩度是按视觉等间距来分级的,而在 xy 色度图中却变成不等间距了, 即在 xy 色度图中相等的空间距离在视觉效果上不是等差的。所以 CIE xy 色度图不能正确反映颜色 差别的视觉效果。如果用 xy 色度图上两个颜色色度点之间的距离作为色彩感觉差别量的度量,就 会给人们造成错误的印象,影响到颜色的匹配和色彩复制的准确性,给色彩设计与复制技术增加困 难。因此 CIE1931xy 色度图不是一个最理想的色度图。同样,从图 5-32 也可以看,在明度轴上也 是不均匀的,说明整个 Yxy 颜色空间的不均匀性。因此,寻求一种新的颜色空间,使得该空间的距 离大小与视觉上色彩感觉差别成正比,这是许多从事色彩研究的科学家所探求的问题,也是色彩设 计与复制行业所迫切需要解决的一个问题。

CIE1976

色度空间

(一)、CIE1976 )、CIE1976

色度空间及色差公式

从一开始研究色彩学,人们为了使色彩设计和复制更精确、更完美,为色彩的转换和校正制定 合适的调整尺度或比例,减少由于空间的不均匀而带来的复制误差,在不断寻找一种最均匀的色彩 空间,这种色彩空间,在不同位置,不同方向上相等的几何距离在视觉上有对应相等的色差,把易 测的空间距离作为色彩感觉差别量的度量。若能得到一种均匀颜色空间,那么色彩复制技术就会有 更大进步,颜色匹配和色彩复制的准确性就得到加强。 从 CIE1931RGB 系统到 CIE1931XYZ 系统,再到 CIE1960UCS 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;CIE1960UCS 颜色空间将 1931xy 色度图作了线形变换,从而使颜色空间 的均匀性得到了改善,但亮度因数没有均匀化。 为了进一步改进和统一颜色评价的方法,1976 年 CIE 推荐了新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。 CIE1976L a b 空间由 CIEXYZ 系统通过数学方法转换得到,转换公式为:

(5-17) 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。 从上式转换中可以看出:由 X、Y、Z 变换为L 、a 、b 时包含有立方根的函数变换,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,如图 5-43 所示。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。

图 5-43

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 ab 以及各项单项色差可用下列公式计算: 明度差: △L =L 色度差: △a =a 总色差:
1-L 2 1-a 2

△b =b

1-b 2

(5-18)

计算举例:在 2°标准观察者和 C 光源的照明条件下,测得用黄色油墨印制的三个样品的色度坐标 为: No1: Y=71.79, x=0.4210, y=0.4788 No2: Y=70.67, x=0.4321, y=0.4889 No3: Y=67.95, x=0.4441, y=0.4947 C 光源:Y0=100,

x0=0.3101, y0=0.3162

下面再按式(5-17)进行计算 L ,a ,b 。首先根据式(5-14)求各样品色的三刺激值

由此得到: No1: Y1=71.79, X1=63.13, Z1=15.02 No2: Y2=70.60, X2=62.46, Z2=11.43 No3: Y3=67.95, X3=61.00, Z3=8.40 C 光源:Y0=100, X0=98.07, Z0=118.22 把这些数值代入式(5-17)求得:

No.1

No.2

No.3 假定以样品色 No.1 为标准,则可计算出它们的色差值为: △L △a △b △E ab 7.7490

No.2-No.1 -0.6638 1.3287 7.6053

No.3-No.1 -1.9727 3.5920 14.3055 14.8809 (二)、色差单位的提出与意义 )、色差单位的提出与意义 1939 年,美国国家标准局采纳了贾德等的建议而推行 Y1/2、a、b 色差计算公式,并按此公式 计算颜色差别的大小,以绝对值 1 作为一个单位,称为"NBS 色差单位"。一个 NBS 单位大约相当于 视觉色差识别阈值的 5 倍。如果与孟塞尔系统中相邻两级的色差值比较,则 1NBS 单位约等于 0.1 孟塞尔明度值,0.15 孟塞尔彩度值,2.5 孟塞尔色相值(彩度为 1);孟塞尔系统相邻两个色彩的 差别约为 10NBS 单位。NBS 的色差单位与人的色彩感觉差别用表 5-5 来描述,说明 NBS 单位在工业 应用上是有价值的。后来开发的新色差公式,往往有意识地把单位调整到与 NBS 单位相接近,例如 ANLAB40,Hunter Lab 以及 CIE LAB 、CIE LUV 等色差公式的单位都与 NBS 单位大略相同(不是相 等)。因此,我们不要误解以为任何色差公式计算出的色差单位都是 NBS。 彩色包装装潢印刷复制技术是多工序的系统工程,装潢印刷品最终质量的色彩误差,多按正态 分布规律 N(u,σ2),采用"三倍标准差法",取±3σ 作为上、下控制公差。根据国内、外的经 验表明: 对无特殊要求的一般产品, 6ΔE ab 色差单位作为装潢印刷品颜色公差的控制范围是较 取 为合理的。 在色彩复制质量要求上,由国家标准局颁布的装潢印刷品 GB7705-87(平印)、GB7706-87(凸 印)、GB7707-87(凹印)的国家标准中,对彩色装潢印刷品的同批同色色差为:一般产品 ΔE ab≤5.00~6.00,精细产品 ΔE ab≤4.00~5.00,同时还将这一质量标准作为国家企业晋升的一 项条件。 表 5-5 NBS 单位与颜色差别感觉程度

NBS 单位色差值 0.0~0.50

感 觉 色 差 程 度 (微小色差)感觉极微(trave)

0.5~1.51 1.5~3 3~6 6 以上

(小色差)感觉轻微(slight) (较小色差)感觉明显 (noticeable) (较大色差)感觉很明显(appreciable) (大色差)感觉强烈(much)

(三)、CIE a b 心理色度图的形状分析 )、CIE CIE rg 色度图和 CIE xy 色度图中色度坐标所反映的是三原色各自在三刺激值总量中的相对比 例,它表示了颜色相同和彩度相同而亮度不同的那些颜色的共同特征,色度图的范围代表颜色的色 域。 我们以 Y=19.77(孟塞尔明度 V=5)时的 xy 色度图(图 5-44)为例来观察转换后 a b 心理色 度图的情况。图中射线为孟塞尔色卡中恒定色相轨迹。利用式(5-17)进行转换,这是一种非线形 转换,图 5-44 中的马蹄形光谱轨迹不复保持,而成为一种不规则的楔形(图 5-45),在 CIEa b 心理色度图中,蓝原色向右下方伸展形成楔形的尖。

图 5-44 xy 色度图

图 5-45 a b 心理色度图

图 5-46 为图 5-45 的局部,反映出孟塞尔明度 V=5 时,孟塞尔色卡中恒定色相轨迹和恒定彩度 轨迹,可以看出 a b 心理色度图具有较好的均匀性。

图 5-46 Y=19.77(V=5)时 a b 心理色度图 如果知道了色样的刺激值 Y(亮度因数),则式(5-17)中的刺激值 X、Z 可用色度坐标来表 示: ……………… 将式(5-19)代入式(5-17)中,得 …………(5-19)

…………(5-20) 由式(5-20)知转换过程中 a b 心理色度图的大小范围与亮度因数 Y 有关,随着 Y 值的增大, a b 色度图的范围也逐渐增大,当 Y 达到最大值 100 时,a b 色度图的范围最大。图 5-47 中外 圈曲线 S1 表示 a b 色度图的最大范围,内圈曲线 S2 表示 Y=19.77(V=5)时的范围。 目前在实用技术上,色彩设计及处理软件使用某一区域(如-120<a <120,-120< b <120)来表示 a b 色度图的范围。

图 5-47 Y=100 时 a b 心理色度图的范围

(四)、CIE L a b 色度空间的均匀性 )、CIE CIE LAB(CIE L a b )色度空间是 1976 年国际照明委员会推荐的均匀颜色空间,1987 年我国 发布的 GB7921-87 将 LAB 空间作为国家标准。目前色彩设计及复制等行业在色彩校正、计算以及 DTP 系统中,CIE LAB 空间已被普遍使用。 虽然 CIE LAB 色度空间是 CIE 推荐的均匀颜色空间,颜色的均匀性较 Yxy 空间有很大改善,而 实际上 CIE LAB 空间对于人眼的色彩感觉来说也还是不均匀的。 在该空间的某个区域 (如红色区域) 取两个色样点与另一区域(如绿色区域)同等距离的两个色样点作比较,会发现在红色区域的两个 色样的视感觉差别和绿色区域的两个色样的视感觉差别不一样,即在不同颜色区域,色彩的宽容量 数值是不相等的。这种颜色空间的不均匀性给我们在彩色复制过程带来了误差,在使用 CIE LAB 空 间进行颜色转换和校正时,如果在红色区域和绿色区域按照同样的尺度和比例进行调整,就会因为 颜色空间的不均匀性而产生色偏。实际工作中,技术人员在色彩设计软件中的 CIE LAB 空间进行调 整和校正时,往往根据经验来进行操作,因此迫切需要对空间进行均匀性研究,找出在不同颜色区 域,颜色宽容量的数值以及颜色空间不均匀性的变化规律,为彩色复制时色彩的转化和校正制定合 适的调整尺度和比例,从而减少由于空间的不均匀而带来的复制误差。 1、分析方法的选择 孟塞尔系统是从视觉心理的角度,根据人的视觉特性以等间隔的方法对颜色进行分类和标定 的。因此经常被用来检验与某一色差公式有关的颜色空间的均匀性。因为孟塞尔新标系统本身的每 个色样都是用 HVC 和 Yxy 两种方法标定的,如图 5-33~5-41 所示,这为我们分析 LAB 色彩空间的 均匀性提供了可靠的数据依据。 当把相等视觉色彩间隔的等彩度圈(如/2~/4~/6~/8~……)画在孟塞尔系统中时,各等彩 度圈是以中央灰度轴为圆心的一系列同心圆;同样,当把相等视觉间隔的等色相线(如 5.0R~ 10.0R~5.0YR~10.0YR~……)画在孟塞尔系统中时,各等色相线应是一系列从中心轴出发的等角 度间隔的射线。依照这个特性,我们也把孟塞尔彩度和色相的 CIE1931Yxy 数值经式(5-17)转换 后所得的 H-C 图画在 a b 图上(图 5-48~图 5-50),来分析某一明度下的均匀性。 利用 CIE LAB 色彩空间的色差公式(5-18),把空间中视觉等间隔的两点(等彩度间隔或等明度间 隔),作为求色差的两点,这样色差值就反映了该色彩空间在视觉等间隔时空间的均匀程度。 2.不同明度的 a b 图分析 从"孟塞尔新标系统颜色样品的 CIE1931 色度坐标(Yxy)"表中选取各个明度的数据,将色度 坐标 Y、x、y 转换成 L a b 值。对应于孟塞尔系统的十个主要色相(红、黄红、黄、绿黄、绿、 蓝绿、蓝、紫蓝、紫、红紫)中的 5.0 和 10.0 值,在 a b 图上画出 20 条等色相线。由于所用数 据都为等色相线和等彩度线的交点处值,故可将等彩度值连接为等彩度圈,如图 5-48~图 5-50 所 示。图中等彩度圈最内圈的彩度值为 2,外面彩度圈依次加 2。

图 5-48

图 5-49

图 5-50

结合图 5-48~图 5-50 中的各明度的网状图分析,依 20 条等色相线及等彩度圈,可以看出:

① 若 CIE LAB 颜色空间是理想均匀的,等彩度圈应是以中心 a =0 和 b =0 处为圆心的一系列 同心圆。但从图 5-48~图 5-50 a b 图中可以看出,各等彩度圈偏离了圆,在低彩度时偏离较轻, 随着彩度的提高偏离就越严重,有些还出现尖点,尤其在 H=10Y 附近偏离最严重。 由于各等彩度圈之间的彩度相差 2,若 CIE LAB 颜色空间是理想均匀空间,图中各等彩度圈之 间的间隔也应是相等的。但从各图中可以看出,随着彩度的增加,等彩度圈之间的间隔距离也有所 变化,在 H=5YR 到 H=5GY 色相之间增加明显。 以上分析说明,CIE LAB 颜色空间在心理彩度 C 分布上(和孟塞尔系统比较)是不均匀的。 ② 若 CIE LAB 颜色空间是理想均匀空间,各图中等色相线应是从中心 a =0 和 b =0 点出发的 射线(直线),且各射线间的夹角也应相等。但从各图中可以看到,各等色相线并不是直线,而是 偏离直线的曲线,等色相线的彩度越大,弯曲也越严重,其中以 H=10R、H=5YR、H=5GY、H=10GY、 H=5G、H=5PB、H=10PB、H=5P 等色相线弯曲尤为严重。同时从图中也可以看出,中明度时的射线弯 曲明显比低明度时严重。另一方面等色相线之间的夹角也不相等,尤其从色相 H=10Y 到 H=5G 和从 H=10B 到 H=5P 之间,各夹角明显比其它色相线之间的夹角大。 以上分析说明,CIE LAB 颜色空间在心理色相 h 分布上(和孟塞尔系统比较)是不均匀的。 ③ 从不同明度 a b 图上的 H-C 曲线分析可以看出,各色相线也偏离了 a 、b 坐标所代表的 颜色。色度坐标+a 代表的是红色,但等色相线 H=5R 并没有在+a 附近,而是分布在远离+a 的上 方,最接近+a 的色相是 10RP;色度坐标-b 代表的是蓝色,但等色相线 H=5B 也没有在-b 附近, 最接近-b 的色相是 10B。只有等色相线 5Y 在色度坐标+b 附近,与色度坐标所表达的黄色基本一 致。由于一些代表色相偏离了 a 、b 坐标所代表的颜色,就造成了 a b 色度图不能准确地反映 出颜色的色相,给 a 、b 值的分析和颜色的校正带来了困难。 3.ΔE ab-H-C 三维图及等值线图分析 三维图和等值线图如图 5-51、5-52、5-53 所示。图中彩度 C 轴上所标的数值为对应的孟塞尔 彩度; 色相 H 轴上从 1 到 20 为各色相, 20 个色相依次为 5R、10R、5YR、10YR、5Y、10Y、5GY、 10GY、5G、10G、5BG、10BG、5B、10B、5PB、10PB、5P、10P、5RP、10RP; 色差 ΔE ab

为各色样点与周围相邻点间色差的平均值。在等值线图上,每条等值线上所标的数据为各等值线的 色差值 ΔE ab。 理想均匀空间相邻点间的色差均应相等,而各三维图中,色差三维曲面并不是平行于 H-V 底面 的平面,随着彩度的增加,色差值也相应地增加,各色相中随彩度增加时其色差增加的程度也不尽 相同。综合各三维图分析,在 7、8、9 色相线,即 H=5GY、H=10GY、H=5G 色相线附近色差增加明显, 特别是高明度区域。在等值线图上随着彩度的增加等值线值也增大,表明色差值随彩度的升高而增 大;而中低明度图的等值线线数较少且线线间隔较大,这表明低明度下色差随彩度增加的程度比高 明度下的小。而在高明度等值线图中,色相 8、9、10 附近,色差等值线几乎垂直于色相轴且分布 很密,这表明色差对该色相反应很大,该色相的颜色宽容量较大。

图 5-51 三维图及等值线图(V=2)

图 5-52 三维图及等值线图(V=5)

图 5-53 三维图及等值线图(V=8)

结合图 5-48 至图 5-50 的各明度 a b 图中的 H-C 曲线和三维图及等值线图分析可以看出,色 差最大的区域是在高明度图中从色相 H=5GY 到 H=5G 色相线之间的区域,并且在中高彩度区,即 C=14、16、18 的彩度圈内,表现在心理色度坐标上范围为 a 值从-30 到-100 之间,b 值从 30 到 100 之间,其中色差值最大点(ΔE ab 平均为 11 左右)是在 H=10GY 和 C=20(或 a =-90, b =80)的交点附近;色差最小值区域(ΔE ab 不超过 4)是低彩度 C=2 区域,即 a b 图中的原 点附近,色差值最小点(ΔE ab 平均为 2.5 左右)在 H=10PB 和 C=2(或 a =10,b = -10)的交 点附近。最大与最小色差值之比达 4 倍以上,说明 CIE LAB 颜色空间不是理想的均匀的颜色空间。 CIE 标准色度学系统是对色彩进行定量描述的基础。CIE RGB 系统具有真实的三原色,但系统 具有负值;CIE XYZ 系统消除了负刺激值,其 xy 色度图在对色域的描述上有重要的地位,然而该 系统具有较大的不均匀性;CIE LAB 是 CIE 推荐的均匀颜色空间,其均匀性已有很大的改善,该系 统与设备无关, 色度值和明度值 (阶调) 可以独立调节, 而且当颜色的色差大于视觉的识别阈限 (恰 可察觉)而又小于孟塞尔系统中相邻两级的色差时,能较好地反映物体色的心理感受效果。

色彩的同色异谱现象

按照代替定律:凡是在视觉效果上相同的颜色都是等效的,便可互相代替,可以完全不涉及它 们的光谱组成。 从色度计算来说,若两个颜色样品的光谱反射(或透射) 率为 ρ1(λ) 、ρ2(λ), 在相同的照明条件 SD(λ)下,其三刺激值分别为:

………(5-21)

………(5-22) 式中 S(λ) D -光源相对能量分布, 通常用 CIE 标准照明体 D65; 标准观察者光谱三刺激值。 如果这两个颜色样品具有相同的视觉效果,即它们是同色的,则它们应有相同的三刺激值: X1=X2,Y1=Y2,Z1=Z2 由于公式(5-21)与(5-22)相等,可写成: -通常用 CIE1931

…(5-23) 从式(5-23)可以看到有两种情况: 1、 如果两个色样具有完全相同的光谱反射(透射)率曲线 ρ1(λ)=ρ2(λ),称这两个 色样的颜色为同色同谱色。 2、 如果两个色样具有不同的光谱反射率曲线 ρ1(λ)≠ρ2(λ),而有相同的三刺激值, 则称这两个颜色叫做同色异谱色。 同色异谱色在彩色复制技术中,具有非常重要的理论和实际意义。因为在实际生产中,复制品 所用的色料同标准样品(原稿)颜色的色料不可能完全相同;即使是同一颜色的同一产品,若先后 生产时间不同,则所用的颜色色料与配方,往往有很大的差别。用不同色料复制的同样颜色,其光 谱反射曲线(透射曲线),就有可能不同(ρ1(λ)≠ρ2(λ))。例如,彩色包装印刷原稿有 多种多样(油画、水墨画以及彩色照片等),但复制原稿所用的色料只有黄、品红、青、黑四种油 墨与纸张的白色,它们与原稿颜色的色料完全不同,因此,同色异谱现象大量存在。就是在彩色包 装印刷本身,常常用三原色油墨叠印获得与黑墨等效的中性灰色;或者用黑墨直接替代三原色油墨 以获得相同的视觉效果;二者颜色相同,但没有相同的光谱反射曲线,所以它们都是同色异谱色。 可以说,彩色包装印刷完全是用同色异谱色对原稿进行复制的方法。 同色异谱色的特性只有在特定的照明条件下和特定的标准观察者光谱三刺激值时, 它们才具有 相同的三刺激值。如在式(5-21)和(5-22)中,改换标准光源 SD(λ)时(保持 不变),就不保持同色了。例如,照明条件由光源 D65 改为光源 A 时的两个同色异谱色的新三刺激 值为:

…………(5-24)

…………(5-25) 计算得出的两个颜色样品的新三刺激值是不等的 X1≠X2,Y1≠Y2,Z1≠Z2 这表明式(5-23)不再成立。即具有光谱反射曲线 ρ1(λ)和 ρ2(λ)的两个颜色样品的

同色异谱性质,由于改换了照明光源而遭到破坏,不再保持同色了,所以,同色异谱是有条件的。

同色异谱程度的定量评价

为了对颜色的同色异谱程度,作出定量的评价,CIE 曾经在 1971 年正式公布一项计算"特 殊同色异谱指数(改变照明体)"的方法。这一方法的原理是:对于特定的参照光源(推荐用 标准光源 D65)和标准观察者(CIE1931 ),具有相同三刺激(X1=X2,Y1=Y2,

Z1=Z2)的两个同色异谱样品,用具有不同相对能量分布的另一测试照明光源(推荐选用标准 光源 A),所造成的两个样品间的色差(ΔE),作为特殊同色异谱指数 Mt。CIE 当时规定色 差是用 CIE1964 色差公式计算,如果用其它色差公式计算应作说明。 表 波 长 颜 色 样 品 5-6 参照光源 D65
SA(λ) S65(λ)

GIE1931 标准观察者

测试光源

ρ1(λ) ρ2(λ)ρ3(λ)

nm

400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700

13.61 14.28 13.94 13.74 13.64 13.56 14.17 16.06 27.78 48.48 62.59 67.17 68.76 69.80 71.11 72.61

9.80 5.42 9.32 15.54 22.00 21.86 15.79 9.85 24.47 52.58 63.87 66.90 69.27 71.20 73.37 75.06

15.48 16.05 15.13 13.90 11.92 8.78 7.84 11.55 31.72 62.26 70.20 55.93 48.46 47.24 47.59 47.82

82.8 93.4 104.9 117.8 115.9 109.4 104.8 104.4 100.0 95.8 90.0 87.7 83.7 80.2 78.3 71.6

0.0143 0.1344 0.3483 0.2908 0.0956 0.0049 0.0633 0.2904 0.5945 0.9163 1.0622 0.8544 0.4479 0.1649 0.0468 0.0114

0.0004 0.0040 0.0230 0.0600 0.1390 0.3230 0.7100 0.9540 0.9950 0.8700 0.6310 0.3810 0.1750 0.0610 0.0170 0.0041

0.6796 0.6456 1.7471 1.6692 0.8130 0.2720 0.0782 0.0203 0.0039 0.0017 0.0008 0.0002 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

14..71 20.99 28.70 37.81 48.24 59.86 72.50 85.95 100.00 114.44 129.04 143.62 157.98 171.96 185.43 198.26

现举例具体说明 CIE 特殊同色异谱指数(改变照明体)的计算方法。设有三种颜色样品, 其光谱反射曲线如图 5-54 所示,分别为 ρ1(λ)、ρ2(λ)、ρ3(λ),它们的数值列于 表 5-6 中。这三个色样对于参照光源 D65 和 CIE1931 标准观察者,是同色异谱色,具有相同的 三刺激值,即 X1=X2=X3,Y1=Y2=Y3,Z1=Z2=Z3, 它们相互间的色差值都是零(表 5-7)。

图 5-54

表 5-7











光源

颜色

三刺激值

色度坐标

CIE1976 均匀颜色空间及色差

X
样品 参照

Y

Z

x

y

L

a 36.84 36.84 36.84

b 34.77 34.77 34.77

△E

ab

1 2

42.73 42.73 42.73

33.19 33.19 33.19

15.18 0.4691 15.18 0.4691 15.18 0.4691

0.3643 64.31 0.3643 64.31 0.3643 64.31

标准 0 0

光源

3
D65 测试

1 2

59.23 60.01 57.27

40.25 40.23 40.36

4.95 0.5680 5.35 0.5680 4.78 0.5592

0.3847 69.65 0.3810 69.63 0.3941 69.73

37.79 39.63 32.91

44.04 41.29 45.37

标准 3.31 5.06

光源

3
A

当参照光源 D65 改换为测试光源 A 时,通过计算表明(式(5-24)、(5-25))三种颜色 样品有不同的三刺激值。计算结果列于表 5-7 中,从表中可以看到,它们相互间的色差也不再 等于零。 表 5-7 中计算出了各颜色样品的三刺激值,同时计算了它们的色差。根据 CIE 确定同色异 谱指数 Mt 的方法,导出(1,2)和(1,3)两对颜色样品的同色异谱指数列于表 5-8 中。表 中,同色异谱指数的计算,是以样品 1 为标准样品,样品 2 和 3 为复制品;在光源

下,每一个复制品与标准样品有相同的颜色(三刺激值)。它们是同色异谱色。但是在测试光 源 A 下,它们的颜色产生了差异,三刺激值不再相同,在复制品与标准样品之间产生了同色异 谱指数。 表 5-8

颜色样品 (1,2) (1,3)

同色异谱指数 MA MA

CIE

1976 3.31 5.06

ΔE

ab

从上面的分析计算,可以得出两点结论: 1. 三刺激值相同、光谱分布不同的颜色样品叫做同色异谱色。而且从光谱分布的差异, 可以粗略地判断同色样品的异谱程度。 如果复制品与标准样品之间的光谱反射率曲线形状大致 相同、交义点和重合段多,就表明同色异谱程度低、特殊同色异谱指数低(色差值小),如图 5-54 中的光谱反射率曲线(1,2)。相反,如果复制品与标准样品之间的光谱反射曲线形状 很不同,交义点少,那么同色异谱的程度就高。这种根据光谱分布差异来判断同色异谱程度的 方法 ,是一种很有用的定性判断法。 2. 史泰鲁斯(stiles)和维泽斯基(wyszecki)发现:两个异谱的颜色刺激如要同色, 则其光谱反射曲线 ρ1(λ)与 ρ2(λ)在可见光谱波段(400~700nm)内,至少在三个不 同波长上必须具有相同的数值。也就是两者的光谱反射率曲线至少要有三个交叉点。图 5-54 中的三种颜色样 ρ1(λ)、ρ2(λ)、ρ3(λ)的情况,已充分说明了这一结论的正确性。 最后,应该注意:在大多数情况下,精确的同色异谱色匹配(X1=X2,Y1=Y2,Z1=Z2)是很 难做到的,一般只能做到近似的同色异谱匹配。例如,在包装装潢印刷中的由三原色油墨配专 色或三原色网点面积率配专色等,都会存在一定色差。在实际生产中,应允许复制品与标准样 品(原稿)在做同色异谱色匹配时存在色差,只是应尽量控制复制品与原稿的色差,把它限制 在规定的允许范围之内。对于包装装潢印刷,这种色差一般应为 ΔΕ ab≤6。

数字图象的几种色彩模式
在图象和图形处理软件中,通常都使用了 HSB、RGB、L a b 及 CMYK 几种色彩模型, 并且具有多种色彩模式,用来反映不同的色彩范围,其中许多模式能用对应的命令相互转换。

一、 色彩设计及处理软件中的色彩模型

(一) HSB 模型 基于人类对色彩的感觉,HSB 模型描述颜色的三个基本特征: 1、色相 H,在 0 到 360 度的标准色轮上,色相是按位置度量的。在通常的使用中,色相 是由颜色名称标识的,比如红、橙或绿色。 2、饱和度 S,是指颜色的强度或纯度。饱和度表示色相中彩色成分所占的比例,用从 0% (灰色)到 100%(完全饱和)的百分比来度量。在标准色轮上,从中心向边缘饱和度是递增 的。 3、亮度 B,是颜色的相对明暗程度,通常用从 0%(黑)到 100%(白)的百分比来度量。 (二) RGB 模型 绝大部分的可见光谱可以用红、绿和蓝 (RGB) 三色光按不同比例和强度的混合来表示。 在颜色重叠的位置,产生青色、品红和黄色。因为 RGB 颜色合成产生白色,所以 RGB 模型 为加色模型,用于光照、视频和显示器。例如,显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产生彩 色。 (三) L a b 模型 L a b 色彩模型是在 1931 年国际照明委员会(CIE)制定的颜色度量国际标准的基础

上建立的。1976 年,这种模型被重新修订并命名为 CIE L a b 。 L a b 颜色设计为与设备无关;不管使用什么设备(如显示器、打印机、计算机或扫描 仪)创建或输出图象,这种颜色模型产生的颜色都保持一致。 L a b 颜色由心理明度分量 (L) 和两个色度分量组成;这两个分量即 a 分量(从绿到 红)和 b 分量(从蓝到黄) 。 (四) CMYK 模型 CMYK 模型以打印在纸张上油墨的光线吸收特性为基础,当白光照射到半透明油墨上时, 部分光谱被吸收,部分被反射回眼睛。

理论上,纯青色 (C)、品红 (M) 和黄色 (Y) 色素能够合成吸收所有颜色并产生黑色。由 于这个原因,CMYK 模型叫作减色模型。因为所有打印油墨都会包含一些杂质,这三种油墨实 际上产生一种土灰色, 必须与黑色 (K) 油墨混合才能产生真正的黑色 (使用 K 或 Bk 而不是 B 是为了避免与蓝色混淆) 。 在色彩软件中,当一种模型的参数改变时,其它模型的参数也随之改变,如图 5-55 所示。

图 5-55 色彩设计及处理软件中的色彩模型

二、 数字图象的几种色彩模式

在 Photoshop 图象处理软件中,有位图、灰度、双色调、索引、RGB、Lab、CMYK、多通道 等 8 种色彩模式,它们之间具有某些特定的联系,有时为了输出一个印刷文件或需要对一个图 象进行特殊处理时,需要从一个模式转换到另一个模式。 (一) RGB 模式 Photoshop 的 RGB 模式使用 RGB 模型,给彩色图象中每个象素的 RGB 分量分配一个从 0(黑色)到 255(白色)范围的强度值。例如,一种明亮的红色可能 R 值为 246,G 值为 20, B 值为 50。当三种分量的值相等时,结果是灰色。当所有分量的值都是 255 时,结果是纯白 色;而当所有值都是 0 时,结果是纯黑色。 RGB 图象只使用三种颜色,在屏幕上重现多达 1,670 万种颜色。RGB 图象为三通道图象, 因此每个象素包含 24 位 (8 × 3)。新建 Photoshop 图象的默认模式为 RGB,计算机显示器 总是使用 RGB 模型显示颜色。这意味着在非 RGB 颜色模式(如 CMYK)下工作时,Photoshop 会临时将数据转换成 RGB 数据再在屏幕上显示出现。 RGB 模式所选用的 RGB 模型不一定必须是 CIE RGB 模型,它可以在以下的 RGB 模型选择一 项。

1、 "sRGB"用于标准 RGB 色彩空间。这种色彩空间被大量的软硬件制造商所采用,并成 为许多扫描仪、低档打印机和软件的默认色彩空间。 2、"Apple RGB"用于由以前版本的 Adobe Photoshop 和大量其它桌面出版应用程序使用 的 RGB 色彩空间。Apple RGB 是在 Mac OS 系统上显示网上图象的较好选择。 3、"CIE RGB"用于由 CIE 定义的 RGB 色彩空间。这种选项提供了相当宽的色域,但它不 能很好地处理青色。 4、"ColorMatch RGB"用于由 Radius 公司定义的色彩空间,与该公司的 Pressview 显示 器的本机色彩空间相符合。 5、"NTSC (1953)"用于由国家电视标准委员会 (NTSC) 定义的视频色彩空间。这是最早的 彩色电视标准,现在已大多由最新的 SMPTE-C 标准所代替。 6、"PAL/SECAM"用于欧洲及其它国家当前的彩色电视标准,那里使用 PAL 或 SECAM 制式 电视。 7、"SMPTE-240M"用于高清晰度电视产品(与广播相对)的 RGB 色彩空间。它比基于 HDTV 荧光粉的色彩空间有更宽的色域。如果需要比许多其它色彩空间(特别是 sRGB)更宽的色域, 这种选项是较好的选择,它不必走向极端地使用宽色域 RGB。 8、"SMPTE-C"用于美国及其它国家当前的彩色电视标准,那里使用 NTSC 制式电视。 9、"宽色域 RGB"用于使用纯谱色原色定义的很宽色域的 RGB 空间。这种空间的色域包括 几乎所有的可见色,比典型的显示器能准确显示的色域还要宽。但是,在这种色域中指定的许 多色彩不能在 RGB 显示器或印刷上准确重现。 10、"自定"可创建自定的 RGB 概貌。如果已了解扫描仪 RGB 空间的描述,并且想要把 Photoshop 的 RGB 色彩空间设置为相同,这种选项会很有用。 存储和载入不同 RGB 色彩模型的设置是在"RGB 设置"对话框中选取"存储"或"载入",存 储设置也就是将它存储为 ICC 概貌,如图 5-56 所示。

图 5-56

在 RGB 模式中工作具有以下优点: 1、节省内存,提高性能。 2、具有更大的设备独立性,因为 RGB 色彩空间并不依赖于显示器或油墨。不管使用的是 显示器、计算机还是输出设备,对图象进行的校正都被保留。

(二) Lab 模式 Lab 模式使用 L a b 色彩模型。在 Photoshop 的 Lab 模式(名称中去掉了星号)中, 心理明度分量 (L) 范围可以从 0 到 100,a 分量(绿-红轴)和 b 分量(蓝-黄轴)范围可 以从 -120 到 +120。Lab 图象是包含 24 (8×3) 位/象素的三通道图象。 可以使用 Lab 模式处理 Photo CD(照片光盘)图象、单独编辑图象中的亮度和颜色值、 在不同系统间转移图象以及打印到 PostScript(R) Level 2 和 Level 3 打印机。要将 Lab 图 象打印到其它彩色 PostScript 设备,应先将其转换为 CMYK。 Lab 颜色是 Photoshop 在不同颜色模式之间转换时使用的内部颜色模式。

(三) CMYK 模式 CMYK 模式使用 CMYK 色彩模型。在 Photoshop 的 CMYK 模式中,每个象素的每种印刷油墨 会被分配一个百分比值。最亮(高光)颜色分配较低的印刷油墨颜色百分比值,较暗(暗调) 颜色分配较高的百分比值。例如,明亮的红色可能会包含 2% 青色、93% 品红、90% 黄色和 0% 黑色。在 CMYK 图象中,当所有四种分量的值都是 0% 时,就会产生纯白色。 要打印制作的图象时,使用 CMYK 模式,将 RGB、索引颜色或 Lab 图象转换为 CMYK 图 象。也可以使用 CMYK 模式直接处理从高档系统扫描或输入的 CMYK 图象。CMYK 图象由用于 打印分色的四种颜色组成。它们是四通道图象,包含 32 (8×4) 位/象素。 ●、将图象转换为 CMYK 模式时注意以下内容: ● 一定要存储 RGB 或索引颜色图象的备份,以防要重新转换图象。 ● 从一种模式转换到另一种模式时,Photoshop 使用 Lab 颜色模式,这种模式提供在所 有模式中定义颜色值的一个系统。使用 Lab 会确保在转换过程中颜色不会明显地改变。 例如,将 RGB 图象转换为 CMYK 时,Photoshop 使用"RGB 设置"对话框中的信息将 RGB 颜色 值首先转换为 Lab 模式。 图象为 CMYK 模式后, Photoshop 将 CMYK 值转换回 RGB, RGB 显 在 示器上显示图象。 ● CMYK 转换为 RGB 在屏幕上显示不影响文件中的实际数据。转换是在数据的备份上进 行的。 ● 尽管可以在 RGB 和 CMYK 两种模式中进行所有的色调和色彩校正,但还是应该仔细选 取。尽可能的情况下,应避免在不同模式间多次进行转换。因为每次转换,颜色值都要求重新

计算,都会被取舍而丢失。如果 RGB 图象要在屏幕上使用,则不要将它转换为 CMYK 模式。 反之,如果 CMYK 扫描要分色和打印,则也不要在 RGB 模式中进行校正。但是,如果必须要 将图象从一个模式转换到另一种模式,则应在 RGB 模式中执行大多数色调和色彩校正,并使 用 CMYK 模式进行微调。 ● 在 RGB 模式中,可以使用"CMYK 预览"命令模拟更改后的效果,而不用真的更改图象 数据。 ● 对于某些类型的分色,还是必须在 RGB 模式中工作。例如,如果在"CMYK 设置"对话 框中使用"黑版产生"的"最大值"选项对一个图象分色,即便可行,然而要求大量增加 C、M 或 Y 分量的任何校正也将非常困难。要进行这些更改,必须将图象重新转换为 RGB,再校正色彩, 然后重新对图象分色──否则必须使用较少的"黑版产生"选项对图象重新分色。 2、溢色 色域是一个彩色系统能够显示或打印的颜色范围。人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色 域都宽。 Photoshop 使用的颜色模型中, a b 在 L 具有最宽的色域, 它包括 RGB 和 CMYK 色

域中的所有颜色。通常,RGB 色域包含能在计算机显示器或电视屏幕(它们发出红、绿和蓝光) 上所有能显示的颜色,如图 5-57 所示。因而,一些诸如纯青或纯黄等颜色不能在显示器上精 确显示。 CMYK 色域较窄,仅包含使用印刷(打印)油墨能够打印的颜色。当不能被打印的颜色在 屏幕上显示时,它们称为溢色──即超出 CMYK 色域之外。 在 Photoshop 信息调板中,如果将指针移到溢色上面,CMYK 值旁边会出现一个惊叹号。 当选择了一种溢色时,在"拾色器"和颜色调板中都会出现一个警告三角形,并显示最接近的 CMYK 等量值。

图 5-57

(四)Photoshop 提供的特别颜色模式 1、位图模式

使用两种颜色值(黑白)表示图象中象素的模式。位图模式的图象也叫作黑白图象,或一位图 象,因为其位深度为 1。 2、灰度模式 灰度图象的每个象素有一个 0(黑色)到 255(白色)之间的亮度值,共 256 个灰度级。灰度 值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示(0% 等于白色,100% 等于黑色)。使用黑白或灰度 扫描仪产生的图象常以"灰度"模式显示。可以将位图模式和彩色图象转换为灰度模式。 要将彩色图象转换成高品质的黑白图象,Photoshop 会扔掉原图象中所有的颜色信息。被 转换象素的灰度级表示原象素的亮度。 可以使用"通道混合器"命令混合颜色通道的信息来创建自定的灰度通道。 当从灰度转换为 RGB 时,象素的颜色值会基于以前的灰度值。灰度图象也可以转换为 CMYK 图象(用于创建印刷色四色调,而不必转换为"双色调"模式)或 Lab 彩色图象。 3、双色调模式 使用二到四种彩色油墨创建双色调(两种颜色)、三色调(三种颜色)和四色调(四种颜 色)灰度图象。Photoshop 允许创建单色调、双色调、三色调和四色调图象。单色调是用一种 单一的、非黑色油墨打印的灰度图象。双色调、三色调和四色调是用两种、三种和四种油墨打 印的灰度图象。在这些类型的图象中,彩色油墨用于重现淡色的灰度而不是重现不同的颜色。 本节中术语"双色调"指双色调、单色调、三色调和四色调。 4、索引颜色模式 使用最多为 256 种颜色。当转换为索引颜色时,Photoshop 会构建一个颜色查照表 (CLUT),它存放并索引图象中的颜色。如果原图象中的一种颜色没有出现在查照表中,程序会 选取已有颜色中最相近的颜色或使用已有颜色模拟该种颜色。 通过限制调色板,索引颜色可以减小文件大小,同时保持视觉上的品质不变。例如,用于 多媒体动画或网页。在这种模式中只提供有限的编辑。如果要进一步编辑,应临时转换为 RGB 模式。 5、多通道模式 在每个通道中使用 256 个灰度级。多通道图象对特殊的打印非常有用。例如,转换双色 调用于以 Scitex CT 格式打印。 以下准则适用于将图象转换为"多通道"模式: · 可以将一个以上通道合成的任何图象转换为多通道图象,原来的通道被转换为专色通道。 · 将彩色图象转换为多通道时,新的灰度信息基于每个通道中象素的颜色值。 · 将 CMYK 图象转换为多通道可创建青、品红、黄和黑专色通道。 · 将 RGB 图象转换为多通道可创建青、品红和黄专色通道。

· 从 RGB、CMYK 或 Lab 图象中删除一个通道会自动将图象转换为多通道模式。 往往不能打印"多通道"模式中的彩色复合图象,而且,大多数输出文件格式不支持多通道模式 图象,但能以 Photoshop DCS 2.0 格式输出这种文件。


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