顏色科學基礎及應用

1什么是顏色？色彩是通過光被我們?nèi)搜鬯兄墓鈱嶋H上是一種按波長輻射的電磁能將不同波長的光波組合在一起，就會產(chǎn)生顏色顏色的基本知識（1/6）第1頁/共48頁第一頁，共49頁。2英國人Newton，三棱鏡實驗證明了白光是所有可見光的組合。顏色的基本知識（2/6）光源光闌三棱鏡屏幕赤橙黃綠青藍紫圖8-1色散現(xiàn)象第2頁/共48頁第二頁，共49頁。3光譜spectrum將白光分解為單色光，并按波長順序排列可見光譜人眼能看到的光波波長約350－750納米的光波色光對應于不同波長的光波顏色的基本知識（3/6）第3頁/共48頁第三頁，共49頁。4顏色的基本知識（4/6）視覺現(xiàn)象

同時對比同時性顏色對比繼時性顏色對比對比靈敏度視覺分辨率視覺暫留特性馬赫帶效應第4頁/共48頁第四頁，共49頁。5顏色視覺機理Young-Helmholtz的三原色學說“在人眼視網(wǎng)膜上存在感受紅、綠、藍色的光接受器（錐狀體），分別對紅、綠、藍三種光最敏感，一切顏色特性都由這些錐狀體的響應量的比例來表示”Hering的對立顏色學說（四色學說）“在人眼視網(wǎng)膜上存在著響應紅-綠、黃-藍、白-黑的三種光接受器，所有的顏色特性都由這些光接受器的響應量的比例來表示”顏色的基本知識（5/6）第5頁/共48頁第五頁，共49頁。6特點基于經(jīng)驗事實提出都有心理實驗和顯微光譜-電生理學測定結果作依據(jù)Young-Helmholtz的三原色學說缺點是不能滿意地解釋色盲現(xiàn)象

Hering的對立顏色學說（四色學說）缺點是不能滿意地解釋紅、綠、藍三原色能夠產(chǎn)生所有光譜色彩的現(xiàn)象顏色的基本知識（6/6）第6頁/共48頁第六頁，共49頁。7常用的顏色空間

（1/14）與圖形處理相關的顏色空間

RGB顏色空間

CMY顏色空間

與設備無關的顏色空間CIEXYZ顏色空間

CIELab顏色空間

ITU-RBT.709RGB顏色空間

電視系統(tǒng)顏色空間

EuropeanYUV顏色空間

AmericanYIQ顏色空間

第7頁/共48頁第七頁，共49頁。8常用的顏色空間

（2/14）RGB模型Red（紅）Green（綠）Blue(蘭)加色模型應用彩色CRT第8頁/共48頁第八頁，共49頁。9常用的顏色空間

（3/14）CMY模型Cyan（青）Magenta（品紅）Yellow（黃）減色模型應用硬拷貝設備第9頁/共48頁第九頁，共49頁。10顏料對光的選擇性吸收原理紅綠藍白白紙紅綠藍黃=白-藍紅綠藍黑=白-藍-綠-紅紅綠藍紅=白-藍-綠常用的顏色空間

（4/14）第10頁/共48頁第十頁，共49頁。11RGB彩色空間和CMY彩色空間轉換關系常用的顏色空間

（5/14）第11頁/共48頁第十一頁，共49頁。12常用的顏色空間（6/14）

CIEXYZ顏色空間

波長(λ)三刺激值三刺激值波長(λ)圖8-10RGB色度系統(tǒng)的色匹配函數(shù)圖8-11CIE-XYZ色度系統(tǒng)的標準色匹配函數(shù)第12頁/共48頁第十二頁，共49頁。13常用的顏色空間（7/14）

CIE-RGB三刺激值與與CIE_XYZ三刺激值可通過如下兩個式子進行相互轉換第13頁/共48頁第十三頁，共49頁。14常用的顏色空間（8/14）

CIE色度圖yx黃綠橙紅黃x光譜軌跡線紫色線紫藍青綠ABCD65Ey第14頁/共48頁第十四頁，共49頁。15常用的顏色空間（9/14）

CIELab顏色空間

色差計算當X/X0,Y/Y0,Z/Z0<0.008856時第15頁/共48頁第十五頁，共49頁。16常用的顏色空間（10/14）

ITU-RBT.709RGB顏色空間國際通信聯(lián)盟ITU制定的ITU-RBT.709標準定義的RGB顏色空間第16頁/共48頁第十六頁，共49頁。17為什么彩色電視監(jiān)視器不使用紅、綠、藍三種信號？向后兼容黑白電視彩色電視信號必須與標準的黑白電視兼容要求在彩色電視上看起來完全不同的兩種顏色在黑白電視上應呈現(xiàn)為不同的灰度節(jié)約帶寬廣播電視信號的帶寬是有限的常用的顏色空間

（11/14）第17頁/共48頁第十七頁，共49頁。18彩色電視國際制式TV制式NTSCPALSECAM幀頻（Hz）302525行/幀525625625亮度帶寬（MHz）4.26.06.0色度帶寬（MHz）1.3(I)，0.6(Q)1.3(U)，1.3(V)>1.0(U)，>1.0(V)電視的制式電視信號的標準NTSC制式——正交平衡調(diào)幅制

美國、加拿大等大部分西半球國家以及中國的臺灣、日本、韓國、菲律賓PAL制式——逐行倒相正交平衡調(diào)幅西德、英國等一些西歐國家，新加坡、中國大陸及香港，澳大利亞、新西蘭等SECAM

法國、東歐和中東常用的顏色空間

（12/14）第18頁/共48頁第十八頁，共49頁。19EuropeanYUV顏色空間Y：亮度U：色差V：色差應用YUV制式電視廣播系統(tǒng)常用的顏色空間

（13/14）第19頁/共48頁第十九頁，共49頁。20AmericanYIQ顏色空間Y：亮度I：色差Q：色差應用NTSC制式電視廣播系統(tǒng)常用的顏色空間

（14/14）第20頁/共48頁第二十頁，共49頁。21色彩設計（1/4）色彩的情感色彩的冷暖感色彩的重量感色彩的尺寸感色彩的距離感色彩的軟硬感色彩的情緒感第21頁/共48頁第二十一頁，共49頁。22面向色彩設計的HSV模型H(Hue)：色相與光波的主波長有直接關系S(Saturation)：飽和度定義該顏色光的（主波長的）純色光與白色光的比例V(Value)：明度與光的能量有關應用用戶調(diào)色板色彩設計

（2/4）第22頁/共48頁第二十二頁，共49頁。23色彩設計

（3/4）HSV模型對應于圓柱坐標系的一個圓錐形子集白色濃純色色相色深黑灰圖8-16HSV顏色模型示意圖綠(120°)紅(0°)青(180°)黃(60°)藍(240°)品紅(120°)HOS(1,0)V圖8-15色相、色濃和色深之間的關系第23頁/共48頁第二十三頁，共49頁。24色彩設計

（4/4）數(shù)字圖像顏色類型真彩色（True-color）直接用R、G、B值來決定像素的顏色值偽彩色（Pseudo-color）把整個像素值作為查找表的索引地址進行查找變換調(diào)配色（Direct-color）

對R、G、B分量分別單獨作為查找表的索引地址進行查找變換第24頁/共48頁第二十四頁，共49頁。25顏色再現(xiàn)的五個層次（Hunt&Fairchild）一般顏色再現(xiàn)

Colorreproduction滿意色再現(xiàn)

Pleasingcolorreproduction色度學色再現(xiàn)

Colorimetriccolorreproduction顏色外觀色再現(xiàn)

Colorappearancereproduction最喜歡色再現(xiàn)

Preferredcolorreproduction顏色再現(xiàn)與色彩管理

（1/10）第25頁/共48頁第二十五頁，共49頁。26色彩匹配的理想目標依賴于圖像的類型和用戶的目的普通用戶色度學色再現(xiàn)電子商務，如網(wǎng)上購物、遠程醫(yī)療診斷顏色外觀色再現(xiàn)商業(yè)印刷，如對宣傳廣告最喜歡色再現(xiàn)顏色再現(xiàn)既是一門科學，也是一門藝術顏色再現(xiàn)與色彩管理

（2/10）第26頁/共48頁第二十六頁，共49頁。27質(zhì)量評價常用的指標色調(diào)（hue）亮度（lightness）飽和度（saturation）階調(diào)范圍（tonalrange）對比度（contrast）紋理（texture）灰平衡（graybalance）顏色再現(xiàn)與色彩管理

（3/10）第27頁/共48頁第二十七頁，共49頁。28顏色再現(xiàn)與色彩管理（4/10）

為什么要進行色彩管理實現(xiàn)圖像色彩在經(jīng)掃描儀或數(shù)碼相機、顯示器、打印機或印刷設備傳遞時不發(fā)生色彩失真，就必須形成一個環(huán)境，使支持這一環(huán)境的各種設備、材料在色彩信息的傳遞方面相互匹配。色彩管理系統(tǒng)就是管理這一環(huán)境的應用系統(tǒng)，是管理各設備、材料間的顏色特性轉換關系的一種管理系統(tǒng)。色彩管理系統(tǒng)ColorManagementSystem簡稱CMS

第28頁/共48頁第二十八頁，共49頁。29顏色再現(xiàn)與色彩管理

（5/10）色彩管理系統(tǒng)應用領域彩色打印印刷印染攝影電子商務遠程醫(yī)療診斷第29頁/共48頁第二十九頁，共49頁。30ICC標準的產(chǎn)生InternationalColorConsortium國際彩色協(xié)議組織1993年，Adobe,agfa,Apple,Kodak,Microsoft,Silicon,Graphics,SunMicrosystem以及Taligent顏色再現(xiàn)與色彩管理

（6/10）第30頁/共48頁第三十頁，共49頁。31顏色再現(xiàn)與色彩管理（7/10）ICC標準的產(chǎn)生和意義傳統(tǒng)的封閉式的色彩管理

掃描儀（二）掃描儀（三）數(shù)碼相機（一）數(shù)碼相機（二）數(shù)碼相機（三）掃描儀（一）照排機（二）打印機（一）打印機（二）數(shù)碼印刷（一）照排機（一）數(shù)碼印刷（二）第31頁/共48頁第三十一頁，共49頁。32顏色再現(xiàn)與色彩管理

（8/10）ICC標準的產(chǎn)生和意義開放式的色彩管理掃描儀（二）掃描儀（三）數(shù)碼相機（一）數(shù)碼相機（二）數(shù)碼相機（三）掃描儀（一）照排機（二）打印機（一）打印機（二）數(shù)碼印刷（一）照排機（一）數(shù)碼印刷（二）色彩管理系統(tǒng)輸入設備Profile輸出設備ProfileCIEXYZ或L*a*b*第32頁/共48頁第三十二頁，共49頁。33色彩管理的基本流程

設備校準（Calibration）設備特征化（Characterization）對設備建立Profile文件的過程顏色空間轉換（Conversion）4種色域壓縮方法感覺法相對色度法突出飽和度法絕對色度法顏色再現(xiàn)與色彩管理（9/10）第33頁/共48頁第三十三頁，共49頁。34色彩管理軟件

獨立的軟件Canon的CMMPro

隨掃描儀或打印機等外設捆綁銷售的軟件Linotype-Hell公司的LinoColor

Agfa的ColorTone和PhotoFlowCanon的ColorGear、WCC2、CCM

內(nèi)置在應用軟件中的軟件Kodak的KodakPrecision內(nèi)置在PhotoCD和PageMaker里Photoshop,Illustrator顏色再現(xiàn)與色彩管理（10/10）第34頁/共48頁第三十四頁，共49頁。35基于ICCProfile的色彩管理（1/6）

Profile顏色特征描述文件ICCProfile的類型輸入設備Profile顯示設備Profile輸出設備Profile設備連接Profile色彩空間Profile抽象Profile指定色彩Profile第35頁/共48頁第三十五頁，共49頁。36基于ICCProfile的色彩管理（2/6）ICCProfile的文件結構第36頁/共48頁第三十六頁，共49頁。37基于ICCProfile的色彩管理（3/6）基于ICCProfile的顏色空間變換從RGB到CIEXYZ色彩空間的轉換一維變換線性查找表(gamma表)3×3矩陣，包括源空間到特征連接空間白點的縮放比例RRedTRCTagGreenTRCTagBlueTRCTagXredMatrixColumnTaggreenMatrixColumnTagblueMatrixColumnTagGBYZ第37頁/共48頁第三十七頁，共49頁。38基于ICCProfile的色彩管理（4/6）基于ICCProfile的顏色空間變換從CIEXYZ到CMYK色彩空間的轉換X3×3矩陣三維查找表CLUTCMYKZY1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT第38頁/共48頁第三十八頁，共49頁。39基于ICCProfile的色彩管理（5/6）基于ICCProfile的顏色空間變換從CMYK到CIEXYZ色彩空間的轉換CMYK四維查找表CLUTXYZ1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT第39頁/共48頁第三十九頁，共49頁。40基于ICCProfile的色彩管理（6/6）ICCProfile的局限性大多數(shù)的圖像文件格式不能支持Profile的嵌入增大了文件的尺寸，而導致系統(tǒng)額外的開銷不同色彩管理系統(tǒng)之間的Profile不完全兼容第40頁/共48頁第四十頁，共49頁。41色彩匹配ColorMatchingCMSs的核心技術目標

實現(xiàn)顏色的“所見即所得”(WYSIWYG)CMSCMS色彩匹配（1/7）第41頁/共48頁第四十一頁，共49頁。42色彩匹配的難點問題色域不匹配（Colorgamutmismatch）混色原理不同顏色的設備依賴性色彩匹配（2/7）第42頁/共48頁第四十二頁，共49頁。43影響打印質(zhì)量的因素打印機的機械特性墨水特性紙張?zhí)匦阅垙堉g的相互作用原色墨水輸出的先后順序以及墨水層間的相互作用半色調(diào)技術色彩匹配（3/7）第43頁/共48頁第四十三頁，共49頁。44常用的色彩匹配方法Neuge