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色差仪常用色彩空间XYZ和Lab色彩空间

色差仪是按照色度学标准研制的光学仪器,其内部一般会配置多种类型的颜色空间,可以从不同的维度对同一颜色信息进行描述,其中我们比较常见的就有XYZ和Lab色彩空间。本文对色差仪XYZ和Lab色彩空间做了详细的介绍。

色差仪Lab色彩空间

色差仪XYZ色彩空间:

为了解决在1931CIERGB系统中色度值出现负值的问题,1931年由国际照明委员会下属的标准观察者分会制订了CIEXYZ颜色空间。在1931CIEXYZ系统中选择了三个理想的原色X代表红原色,Y代表绿原色和Z代表蓝原色。这三个原色不是物理上的真实色,而是虚构的假象色。XYZ所形成的虚线三角形将整个光谱色轨迹包含在内。因此整个光谱色就变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。从而在匹配任何一种颜色时,X、Y、Z三刺激值中不出现负值,如下图所示,这一特性有利于XYZ系统与其它颜色转换之间的转换。

XYZ三维颜色空间

XYZ系统的优点是:XYZ系统是与设备特性无关的颜色空间,通过XYZ色空间作为过渡色空间,可以完成各种设备颜色之间的转换,大大简化了匹配转换的复杂性:XYZ系统与其它颜色系统之间的相互转换比较容易实现。但XYZ系统也存在一些缺点:其一,表色不直观,由一种颜色的X、Y、Z值,人们难以理解它是一种什么样的颜色:其二,XYZ系统中的颜色感受与人眼的感受是非线性的,是不一致的,也就是说XYZ系统是非均匀颜色空间。

CIEXYZ颜色空间稍加变换就可得到Yxy色彩空间,如下式所示:

Yxy色彩空间表达式

其中Y取三刺激值中Y的值,表示亮度,X、y与颜色的亮度无关,仅仅反映颜色的色相和饱和度,xy色度图可以体现颜色的色度特征。CIEYxy测色制的建立为定量的确定颜色创造了条件。


色差仪Lab色彩空间:

CIELab颜色空间是在1931年国际照明委员会制定的颜色度量标准的基础上建立起来的,为能采用数字化的方法准确描述人眼视觉感知和统一颜色差别的评价方法,是目前为止描述人眼可见的所有颜色最完备的颜色模型。CIELab颜色空间是基于人类视觉特征建立的颜色系统,是一种基于生理特征的均匀颜色系统,能够较好地模拟人眼对颜色和色差的视觉感知,准确反映颜色变化对人眼视觉的感知所引起的差异。CIELab颜色空间现已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准,适用于一切光源色或物体色的表示与计算。

CIELab颜色空间直接基于CIEXYZ颜色空间建立,使用MacAdam椭圆描述颜色差异,并由此建立了线性化的人眼视觉对颜色的视觉感知空间,是一种比CIEXYZ颜色空间更线性、更直观的颜色空间,也就是说颜色空间上相同数量的变化会产生大约相同视觉重要性的变化。和其他颜色空间一样,CIELab颜色空间中每一点代表一种颜色,两种颜色的差异就是其在该颜色空间中的距离,但不同的一点是在CIELab颜色空间中相同颜色距离代表了相同的人眼视觉对色差感知大小,因为L,a和b的非线性关系较好地模拟了人眼视觉在该颜色空间中的非线性响应。

CIELab颜色空间中的数值能够完全表达人眼视觉所能看到的所有颜色,也有很多“颜色”超出了人类视觉的视域,CIELab颜色空间中的L分量与人类亮度感知密切配合,用于调整亮度对比,取值范围是[0,100],表示从纯黑到纯白(L=0 表示黑色而L=100表示白色);色度a、b与色调饱和度的感觉相一致,a表示从红色到绿色的范围(负值表示绿色而正值表示品红),取值范围是[127,-128];b表示从黄色到蓝色的范围(负值表示蓝色而正值表示黄色),取值范围是[127,-128]。可以通过修改a和b分量对颜色做精确平衡。如下图所示为CIELab颜色空间。

LAB颜色空间

如上图所示,在明度相同的ab平面上,从坐标角度看,a大于0时为红色方向,值越大时越红,a小于0时为绿色方向,值越小时越绿,在a的方向上,从左到右是从深绿到灰色,再到红色(亮粉色)的过程;同理当b大于0时为黄色方向,值越大时越黄,b小于0时为蓝色方向,值越小则越蓝,在b的方向上,三维中从前到后颜色变化时从亮蓝到灰色,再到黄色的过程;L表示的是颜色的亮度,L越大则越亮,反之,越小则越暗。从CIELab模式的概念中可以知道,三维坐标的中间过渡部分均为灰色,而这个灰色是在各色亮度较低的情况下的过渡色。

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