顏色的度量體系

關(guān)于顏色的度量體系6.1描述顏色的幾個術(shù)語一、什么是顏色

人的視覺系統(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之間的對應(yīng)關(guān)系如下圖所示。純顏色通常使用光的波長來定義，用波長定義的顏色叫做光譜色(spectralcolors)。

第2頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語第3頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語

而國際照明委員會(CIE)

則使用用顏色的三個特性來區(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4頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語二、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)取決于可見光譜中的光波的頻率，它是最容易把顏色區(qū)分開的一種屬性。色調(diào)用紅、橙、黃、綠、青、藍、靛、紫等術(shù)語來刻畫。用于描述感知色調(diào)的一個術(shù)語是色彩(colorfulness)。第5頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語

色調(diào)有一個自然次序：紅、橙、黃、綠、青、藍、靛、紫(red，orange,yellow，green，cyan，blue，indigo，violet，ROYGBIV)。在這個次序中，當人們混合相鄰顏色時，可以獲得在這兩種顏色之間連續(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6頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語

三、飽和度

飽和度(saturation)是相對于明度的一個區(qū)域的色彩，是指顏色的純潔性，它可用來區(qū)別顏色明暗的程度。當一種顏色滲入其他光成分愈多時，就說顏色愈不飽和。完全飽和的顏色是指沒有滲入白光所呈現(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7頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語四、亮度1.明度(brightness)明度是視覺系統(tǒng)對可見物體輻射或者發(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,明度的一個極端是黑色(沒有光)，另一個極端是白色，在這兩個極端之間是灰色。

相同的色調(diào)和飽和度

明度最小

明度最大

第8頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語2.亮度由于明度很難度量，因此國際照明委員會定義了一個比較容易度量的物理量，稱為亮度(luminance)。亮度是用反映視覺特性的光譜敏感函數(shù)加權(quán)之后得到的輻射功率(radiantpower)。亮度的值是可度量的，它用單位面積上反射或者發(fā)射的光的強度表示。

明度和亮度的關(guān)系不是線性關(guān)系。

第9頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語3.光亮度

光亮度是人的視覺系統(tǒng)對亮度(luminance)的感知響應(yīng)值，并用L*表示。其中，Y是CIEXYZ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維，而明度(brightness)則僅限用于發(fā)光體,該術(shù)語用來描述反射表面或者透射表面。第10頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語五、顏色空間顏色空間是表示顏色的一種數(shù)學(xué)方法，人們用它來指定和產(chǎn)生顏色，使顏色形象化。對于人來說，可以通過色調(diào)、飽和度和明度來定義顏色；對于顯示設(shè)備來說，人們使用紅、綠和藍磷光體的發(fā)光量來描述顏色；對于打印或者印刷設(shè)備來說，人們使用青色、品紅色、黃色和黑色的反射和吸收來產(chǎn)生指定的顏色。第11頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語色調(diào)-飽和度-明度顏色空間

第12頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.1描述顏色的幾個術(shù)語

顏色空間有設(shè)備相關(guān)和設(shè)備無關(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)備無關(guān)，例如CIEL*a*b*顏色空間。

第13頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.2顏色的度量體系

顏色度量體系(colorsystem)，也叫做顏色制或者叫做顏色體制或顏色系統(tǒng)，

實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：①顏色模型(colormodel)：是用簡單方法描述所有顏色的一套規(guī)則和定義。如RGB,HSB,CMY,CIEXYZ,CIELAB，CMYK和顏色的光譜描述方法等。②編目系統(tǒng)(catalogingsystem)。給每一種顏色分配一個唯一的名稱或者一個號碼。如Munsell顏色系統(tǒng)，Pantone顏色系統(tǒng)等。

第14頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.2顏色的度量體系顏色的度量方法

第15頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.3Munsell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16頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.3Munsell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(B)、紫(P)，這五種色叫做主色調(diào)(principalhues)，在主色調(diào)之間插入紅－黃、黃－綠、綠－藍、藍－紫，紫－紅5種色調(diào)。度量顏色明暗的明度值(value)從白到黑被分成11個等級，度量顏色的飽和度或者叫純度的色度(Chroma)被分成15等級。Munsell制中的顏色用三個符號表示，寫成HVC(Hue，Value，Chroma)。如5R4/14。第17頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.4Ostwald顏色系統(tǒng)Ostwald制是根據(jù)對顏色起決定作用的波長、純度和亮度來映射色調(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)，藍色(blue)，青綠色(turquoise)，海綠色(seagreen)和葉綠色(leafgreen)，每一種再細分成3種，共24種，安排在如圖所示的色圓上。第18頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.4Ostwald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)值通過一個盤色度計(disccolorimeter)來產(chǎn)生，如圖所示。Ostwald顏色空間中的點用C(fullcolor)，W(white)和B(black)來分別表示全色、白色和黑色，表示它們在一個圓上所占的百分比。如45,30,25

第19頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)

一、CIE1931RGB

紅、綠和藍單光譜基色匹配所有可見顏色

紅、綠和藍三種單色光的波長分別定義為700nm(R)、546.1nm(G)和435.8nm(B)第20頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)標準白光Ew可以用每個基色單位為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21頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE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。因為三基色的總光通量必須與被表示的顏色相等，因此之和必等于1,即:第22頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)二、CIE1931XYZ

使用紅、綠和藍三基色系統(tǒng)匹配某些可見光譜顏色時，需要使用基色的負值，而且使用也不方便。而CIEXYZ系統(tǒng)采用想象的X，Y和Z三種基色，它們與可見顏色不相應(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，匹配光譜顏色時不需要一種負值的基色。用Y值表示人眼對亮度(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23頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)第24頁,共45頁，星期六，2024年，5月從RGB空間轉(zhuǎn)換到XYZ空間時使用下式：從XYZ空間轉(zhuǎn)換到RGB空間時使用下式：6.5CIE顏色系統(tǒng)第25頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)第26頁,共45頁，星期六，2024年，5月所有的坐標軸都不在這個實心錐體內(nèi)。相應(yīng)于沒有光照的黑色位于坐標的原點。曲線的邊界代表純光譜色的三基色刺激值，這個邊界叫做光譜軌跡(spectrallocus)。光譜軌跡上的波長是單一的，因此其數(shù)值表示可能達到的最大飽和度。所有的可見光都在錐體上。

6.5CIE顏色系統(tǒng)第27頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE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，其配色方程就變成：式中，表示顏色，和為三個基色單位；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X=Y=Z時，合成白光，總的輻射能量＝X+Y+Z。

第28頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)三、CIE1931xyY

從XYZ到xyY

CIEXYZ的三基色刺激值X，Y和Z對定義顏色很有用，其缺點是使用比較復(fù)雜，而且不直觀。因此，又定義了一個叫做CIExyY的顏色空間。對于一種給定的顏色，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29頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)由于色度值僅與波長(色調(diào))和純度有關(guān)，而與總的輻射能量無關(guān)，因此在計算顏色的色度時，把X,Y和Z值相對于總的輻射能量＝X+Y+Z進行規(guī)格化

x,y,z稱為三基色相對系數(shù)，于是配色方程可規(guī)格化為

:

x+y+z=1第30頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE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，而用兩個系數(shù)x和y表示顏色。在CIExyY系統(tǒng)中，根據(jù)顏色坐標(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31頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)2.CIE1931色度圖

(1)xyY色度圖

CIExyY色度圖是從XYZ直接導(dǎo)出的一個顏色空間，它使用亮度Y參數(shù)和顏色坐標x,y來刻畫顏色。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x,y用來在二維圖上指定顏色，這種色度圖叫做CIE1931色度圖。第32頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)(2)色度圖上看色調(diào)

利用CIExyY色度圖可直觀地表示出彩色的色調(diào)和飽和度。

第33頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)(3)色度圖上看色域

在色度圖中，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區(qū)域，但在CIE1931色度圖上用兩維空間表示。大致可分成23個區(qū)域。

第34頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE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)定的標準光譜三基色：700nm(R)、546.1nm(G)和435.8nm(B)。采用不同彩色電視制式的國家，所選用的顯像三基色熒光粉、標準白光以及它們在色度圖上的坐標并不相同。制式NTSC制PAL制基色與光源RNGNBNCERPGPBPD65色坐標0.670.210.140.3100.640.290.150.3130.330.710.080.3160.330.600.060.329xy第35頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)第36頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)四、CIE1960YUV和CIEYU'V'

CIE1960YUV是由CIE1931xyY經(jīng)過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點之間的色差與對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坐標定義如下:

第37頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)

為了進一步減少色差與感知的非線性，CIE還開發(fā)了另一種顏色空間，叫做CIEYU’V’顏色空間。其中的Y沒有改變，u’和v’坐標定義如下，

第38頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)五、CIE1976LUV

CIE1931xyY二維色度圖有兩個比較明顯的缺點：⑴

明度沒有反映在色度圖中。⑵在顏色空間中兩種顏色之間的距離與這對兩種顏色感知的色差有差異。

第39頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)

提出了許多均勻色度換算(uniformchromaticityscale，UCS)方案。

首先把亮度和顏色完全分開，然后使用數(shù)學(xué)公式把CIE1931XYZ中的x,y坐標變換到一個名為u,v的新坐標系。后來又作了進一步的改進，把u,v重新命名為u’,v’，于是得到一個更加均勻的色度圖。

第40頁,共45頁，星期六，2024年，5月6.5CIE顏色系統(tǒng)CIE定義了一個均勻的光亮度比例(uniformlightnessscale)，L*，其值從0(黑色)～100(白色)。CIE使用L*,u’和v’定義了一個L*u*v*空間，稱為CIELUV顏色空間，或簡稱為Luv顏色空間，也稱CIE1976L*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做色差(colordi