顏色科學(xué) 課件 -06 均勻顏色空間；07 計(jì)算機(jī)色彩

第六章均勻顏色空間及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握顏色空間的均勻性掌握CIELAB空間及各屬性計(jì)算掌握CIELUV空間及各屬性計(jì)算了解CMC和CIE94色差公式，掌握CIEDE2000色差公式，知道參數(shù)的設(shè)置6.1顏色空間的均勻性人眼對(duì)光譜顏色的差別感受性人眼對(duì)顏色的恰可分辨范圍麥克亞當(dāng)橢圓DavidMacAdam6.2均勻顏色空間CIE1960UCSCIE1964UVWCIE1976LABCIE1976LUV（1）CIE1960UCS1960年，CIE根據(jù)麥克亞當(dāng)?shù)墓ぷ髦贫薈IE1960均勻色度標(biāo)尺圖（CIE1960UniformChromaticity-ScaleDiagram）簡(jiǎn)稱(chēng)CIE1960UCS圖。該顏色空間和CIE1931XYZ系統(tǒng)相比據(jù)有較好的均勻性，能夠正確地反映顏色的視覺(jué)效果，便于調(diào)整和預(yù)測(cè)人眼看到的顏色的變化；該系統(tǒng)對(duì)色彩的判別是以色度學(xué)顏色匹配理論為基礎(chǔ)，與顏色出現(xiàn)在什么介質(zhì)無(wú)關(guān)，因而具有等效性；

色度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三刺激值CIE1960UCS色度圖在由X、Y、Z向CIE1960UCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時(shí)保持了原來(lái)的亮度因數(shù)Y不變，使得顏色的亮度信號(hào)與色度信號(hào)分開(kāi)調(diào)節(jié)，互不影響；轉(zhuǎn)換方法簡(jiǎn)單、方便。均勻性有所改善，還是不足（2）CIE1964UVWGünterWyszecki(1925–1985)式中，Y為物體色三刺激值；u、v用上面計(jì)算得到；u0、v0為光源色的u、v值，(1)空間模型CIELAB

空間由CIEXYZ系統(tǒng)通過(guò)數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換得到：6.4CIE1976L*a*b*均勻顏色空間式中：XYZ為顏色樣品的三刺激值X0Y0Z0為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的三刺激值L*稱(chēng)為心理計(jì)量明度錐體細(xì)胞的黑－白反映a*心理計(jì)量色度錐體細(xì)胞的紅－綠反映b*心理計(jì)量色度錐體細(xì)胞的黃－藍(lán)反映實(shí)際計(jì)算時(shí)

由X、Y、Z變換為Ｌ*、a*、b*時(shí)包含有立方根的函數(shù)變換，經(jīng)過(guò)這種非線(xiàn)形變換后，原來(lái)的馬蹄形光譜軌跡不復(fù)保持。轉(zhuǎn)換后的空間用笛卡兒直角坐標(biāo)體系來(lái)表示，形成了對(duì)立色坐標(biāo)表述的心理顏色空間，如圖所示。在這一坐標(biāo)系統(tǒng)中，+a表示紅色，-a

表示綠色，+b

表示黃色，-b

表示藍(lán)色，顏色的明度由L的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)顏色的色差大于視覺(jué)的識(shí)別閾限（恰可觀察）而又小于孟塞爾系統(tǒng)相鄰兩級(jí)的色差時(shí)，能較好地反映物體色的心理感受!優(yōu)點(diǎn)紅綠黃藍(lán)黃綠橙紫藍(lán)綠黑白+a*-a*-b*+b*L*=100L*=0灰心理明度心理彩度心理色相角b*a*L*

色差是指用數(shù)值的方法表示兩種顏色給人色彩感覺(jué)上的差別。若兩個(gè)色樣樣品都按L*、a*、b*

標(biāo)定顏色，則兩者之間的總色差△E*ab以及各項(xiàng)單項(xiàng)色差可用下列公式計(jì)算：(2)色差明度差：色度差：總色差：彩度差：Chromadifference色度差：chromaticnessdifferenceb*a*L*12色相角差：色相差：推導(dǎo)之在2°標(biāo)準(zhǔn)觀察者和C光源的照明條件下，測(cè)得用黃色油墨印制的三個(gè)樣品的色度坐標(biāo)為：

No1：Y1=71.79，x1=0.4210，y1=0.4788

No2：Y2=70.67，x2=0.4321，y2=0.4889

C光源：Y0=100，x0=0.3101，y0=0.3162求兩個(gè)顏色之間的色差計(jì)算舉例首先求各樣品色的三刺激值由此得到：

No1:X1=63.13,Y1=71.79,Z1=15.02

No2:X2=62.46,Y2=70.67,Z2=11.42

C光源：Y0=100,X0=98.07,Z0=118.22把這些數(shù)值代入式求得：

1939年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局采納了賈德等的建議而推行Y1/2、a、b色差計(jì)算公式，并按此公式計(jì)算顏色差別的大小，以絕對(duì)值1作為一個(gè)單位，稱(chēng)為“NBS色差單位”。一個(gè)NBS單位大約相當(dāng)于視覺(jué)色差識(shí)別閾值的5倍。如果與孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級(jí)的色差值比較，則1NBS單位約等于0.1孟塞爾明度值，0.15孟塞爾彩度值，2.5孟塞爾色相值（彩度為1）；孟塞爾系統(tǒng)相鄰兩個(gè)色彩的差別約為10NBS單位。NBS的色差單位與人的色彩感覺(jué)差別用下表來(lái)描述，說(shuō)明NBS單位在工業(yè)應(yīng)用上是有價(jià)值的。(3)色差單位的提出和意義NBS單位色差值感覺(jué)色差程度0.0～0.50（微小色差）感覺(jué)極微（trave）0.5～1.51（小色差）感覺(jué)輕微（slight）1.5～3（較小色差）感覺(jué)明顯（noticeable）3～6（較大色差）感覺(jué)很明顯（appreciable）6以上（大色差）感覺(jué)強(qiáng)烈（much）NBS單位與顏色差別感覺(jué)程度（4）CIELAB的均勻性ab平面中的麥克亞當(dāng)橢圓CIE1976L*u*v*均勻顏色空間，簡(jiǎn)稱(chēng)CIELUV，實(shí)際上是由CIE1931和CIE1964均勻顏色空間發(fā)展而來(lái)的。主要是用數(shù)學(xué)方法對(duì)Y值作非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換，使其與代表視覺(jué)等間距的孟塞爾系統(tǒng)靠攏。6.4CIE1976L*u*v*均勻顏色空間明度指數(shù)色度指數(shù)（1）CIELUV色空間樣品色度坐標(biāo)光源色度坐標(biāo)CIELUV相對(duì)于CIE1964UVW（1）CIE1964UVW中的明度W*計(jì)算式中沒(méi)有包含完全漫反射體的亮度因數(shù)Y0，但是Y0=100，因此，這種修正不影響色差的計(jì)算。

CIELUV相對(duì)于CIE1964UVW（2）CIELUV空間中的明度L*計(jì)算式中將CIE1964UVW中W*的常數(shù)由17改為16，從而使得Y=100時(shí)對(duì)應(yīng)的L*=100，而在CIE1964UVW中的明度W*式中Y=102時(shí)才對(duì)應(yīng)于W*=100。

CIELUV相對(duì)于CIE1964UVW（3）CIELUV采用了CIE1964UVW中的u’和v’，其中u’=u，與CIE1960UCS中的一致，而v’=1.5v，修改色度坐標(biāo)v的目的是進(jìn)一步改善顏色空間的視覺(jué)均勻性

色度圖飽和度：彩度：色相角：色度差色差明度差：總色差：彩度差：色相角差：色相差：兩者都是在視覺(jué)上近似均勻的顏色空間兩者在的視覺(jué)上的均勻程度基本相同莫萊用555對(duì)顏色求各個(gè)顏色空間的色差值與目測(cè)結(jié)果的關(guān)系，L*a*b*為0.72，L*u*v*為0.71；用孟塞爾卡中恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡在a*b*圖和u*v*圖的改善程度也很接近，只是a*b*圖略?xún)?yōu)于u*v*圖。根據(jù)工業(yè)部門(mén)的習(xí)慣選擇應(yīng)用的顏色空間CIELAB多用于表面色工業(yè)，如印刷、紡織等CIELUV多用于光源色、彩色電視機(jī)等工業(yè)部門(mén)（3）CIELAB和CIELUV的比較From：ISO3664在2°標(biāo)準(zhǔn)觀察者和C光源的照明條件下，測(cè)得用黃色油墨印制的三個(gè)樣品的色度坐標(biāo)為：

No1：Y1=71.79，x1=0.4210，y1=0.4788

No2：Y2=70.67，x2=0.4321，y2=0.4889

C光源：Y0=100，x0=0.3101，y0=0.3162計(jì)算兩個(gè)顏色之間的色差計(jì)算題并分別計(jì)算CIELAB和CIELUV兩個(gè)空間中的的彩度差和色相角差。變量顏色1顏色2C光源

X

63.1362.4698.07Y71.7970.67100Z15.0211.42118.22u’0.21310.21620.2009v’0.54520.54980.4609u*13.937917.3431v*96.3269100.8583L*87.867487.2903huv*81.8°80.2431°hab*101.5099.88Cuv*97.3300102.3386△Euv*5.67616.5色差及色差公式1976年以前基于麥克亞當(dāng)橢圓的，如ANLAB、CIELAB適合孟塞爾數(shù)據(jù)的，無(wú)從CIE色度學(xué)系統(tǒng)線(xiàn)性轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的，CIELUV1976至2001間CMCCIE94CIEDE20002001年以后趨勢(shì)1幾乎所有的努力都用在對(duì)CIELAB的改進(jìn)上，成立了CIETC1-55在顏色視覺(jué)理論基礎(chǔ)上來(lái)推薦一個(gè)新的均勻顏色空間。在色貌模型（比如CIECAM02）基礎(chǔ)上的均勻顏色空間也許是個(gè)比較理想的解決方法。趨勢(shì)2所有的色差公式都只能在CIE規(guī)定的參考觀察條件下使用，收集一些新的數(shù)據(jù)來(lái)研究觀察參數(shù)的變化（比如照明、彩色背景、媒介、物理尺寸、色差大小、分離、織物、照度水平）帶來(lái)的視覺(jué)效果是非常有價(jià)值的。隨后，能夠考慮到不同觀察條件的色差公式就會(huì)被研究出來(lái)。趨勢(shì)3幾乎所有的色差公式都是被研究?jī)H僅用來(lái)預(yù)測(cè)一對(duì)大的單色物體或色塊的色差。越來(lái)越多的應(yīng)用要求要預(yù)測(cè)一對(duì)圖像間的色差。當(dāng)前的色差公式不能夠評(píng)價(jià)圖像空間的變化。這要開(kāi)發(fā)一個(gè)色差公式來(lái)滿(mǎn)足從要求。表1色差公式發(fā)展歷程表表1色差公式發(fā)展歷程表L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝CIELAB的不足之處1984年英國(guó)染色家協(xié)會(huì)（SDC）的顏色測(cè)量委員會(huì)（CMC）推薦使用；

1988年被采納為英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（BS6823）；在1989年被美國(guó)染色化學(xué)家協(xié)會(huì)(AATCC)采用形成AATCC試驗(yàn)方法173～1989年,1992年又進(jìn)行了修訂；

1995年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO105J03“Calculationofsmallcolordifference”)；

GB/T8424.3-2001,紡織品色牢度試驗(yàn)色差計(jì)算

GB/T3810.16-2006,

陶瓷磚實(shí)驗(yàn)方法第十六部分：小色差的測(cè)定6.5.1CMC(l:c)色差公式式中：

SL=0.040975L*/(1+0.01765×L*)

當(dāng)L*<16時(shí)，SL=0.511SLSC=0.0638C*/（1+0.0131×C*）+0.638SC當(dāng)SHC*=50時(shí)，SH和h的關(guān)系hSH引入了調(diào)整參數(shù)l和c,以適應(yīng)不同目的需求。在紡織中，l通常設(shè)為2，就是CMC(2:1)公式。CMC寬容量橢圓計(jì)算程序CMC色差公式的Matlab計(jì)算程序詳見(jiàn)：

L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝3.562.79>1989年，CIETC1-29（工業(yè)色差評(píng)估），主要任務(wù)是考察目前在工業(yè)中使用的在日光照明下進(jìn)行物體色色差評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

1995年CIE技術(shù)報(bào)告。6.5.2CIE94色差公式CIE94公式引入一個(gè)新的項(xiàng)（⊿V），即色差的視覺(jué)量化值:KE并不是作為商業(yè)色差測(cè)量來(lái)用，而是一個(gè)總的視覺(jué)因數(shù)（視覺(jué)靈敏度系數(shù)），在工業(yè)評(píng)定的條件下，設(shè)為1個(gè)單位，即⊿V＝⊿E*94。①同類(lèi)樣本；②樣本間的色差⊿E*ab<5；③樣本并列放置；④顏色的評(píng)價(jià)人員的視覺(jué)正常，樣本形成的視場(chǎng)大于4°；⑤照度為1000lx，背景為L(zhǎng)*=50的灰，照明光源采用D65。適合于工業(yè)色差的評(píng)價(jià)的參考條件：當(dāng)一對(duì)顏色中的標(biāo)準(zhǔn)色和樣本色明顯不同時(shí)，則C*ab,X=C*ab,S

在邏輯上如果沒(méi)有樣本作為標(biāo)準(zhǔn)色時(shí)，C*ab,X可以用兩個(gè)顏色的CIELAB的彩度的幾何平均值表示:C*ab,X

＝（C*ab,A×C*ab,B）1/2優(yōu)點(diǎn)：探討了色差距離的均勻性和參量對(duì)知覺(jué)色差的影響，應(yīng)用加權(quán)函數(shù)校正CIELAB空間的均勻性，與此同時(shí)定義一組基本條件，在基本條件下應(yīng)用時(shí)無(wú)需對(duì)參量效應(yīng)校正。計(jì)算程序CIE94色差公式的Matlab計(jì)算程序詳見(jiàn)：

L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝3.072.05>CIEDE2000色差公式的完整表述形式6.5.3CIEDE2000色差公式明度、彩度、色調(diào)明度差：彩度差：色調(diào)差：明度、彩度、色調(diào)差色相角差：權(quán)重函數(shù)SL、SC、SH旋轉(zhuǎn)函數(shù)RT計(jì)算色差的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)條件(kL=kC=kH=1)照明光源模擬CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65相對(duì)光譜功率分布的光源照度1000lx觀察者正常色覺(jué)觀察者背景具有中等明度(L=50)的均勻灰色樣品模式物體色色樣大小>4°視場(chǎng)色樣間隔兩個(gè)樣品邊緣直接接觸，間距盡量小色差幅度0～5個(gè)CIELAB色差單位色樣表面結(jié)構(gòu)顏色均勻，無(wú)可見(jiàn)花紋或不均勻性計(jì)算程序CIEDE2000色差公式的Matlab計(jì)算程序詳見(jiàn)

L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝>>>作業(yè)P113：T1-4

第七章計(jì)算機(jī)色彩學(xué)習(xí)目標(biāo)了解當(dāng)前主要的顯示設(shè)備及顯示原理，知道顯示設(shè)備色彩再現(xiàn)的主要參數(shù)掌握主要的圖像色彩模式，知道計(jì)算機(jī)色彩模式和普通的色彩模式的區(qū)別了解視頻色彩模式第一節(jié)顯示設(shè)備CRT（CathodeRayTube，陰極射線(xiàn)顯像管）組成電子槍?zhuān)‥lectronGun）偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈（Deflectioncoils）蔭罩(Shadowmask)高壓石墨電極熒光粉涂層(Phosphor)玻璃外殼（1）CRT顯示器(2)

LCD顯示器LCD：LiquidCrystalDisplay，即液晶顯示器被動(dòng)矩陣式TN-LCD（TwistedNematic–LCD扭曲向列LCD）STN-LCD（SuperTN-LCD，超扭曲向列LCD）DSTN-LCD（DoublelayerSTN-LCD，雙層超扭曲向列LCD）主動(dòng)矩陣式TFT-LCD（Thin-FilmTransistorLiquid-CrystalDisplay，薄膜晶體液晶顯示器）濾色片像素矩陣的常見(jiàn)排列方式顯示器的技術(shù)指標(biāo)尺寸

點(diǎn)距分辨率、刷新率(場(chǎng)頻)、行頻、信號(hào)模式對(duì)比度亮度顯示色彩響應(yīng)時(shí)間可視角度作業(yè)：找一個(gè)普通顯示器和一個(gè)專(zhuān)業(yè)顯示器，對(duì)比其參數(shù)，說(shuō)明專(zhuān)業(yè)顯示器的專(zhuān)業(yè)性體現(xiàn)在哪里？（3）投影儀1）CRT投影儀2）LCD投影儀3）DLP投影儀DLP（DigitalLightProcessor，數(shù)字光處理器）4）投影儀的主要技術(shù)指標(biāo)流明度（亮度）分辨率對(duì)比度第二節(jié)圖像色彩模式1色彩模式（1）RGB顏色123456789101112131415161718192021222324字節(jié)字節(jié)字節(jié)24位RGB色彩每個(gè)通道范圍：0~255表示顏色數(shù)量：224=167772160~2550~2550~2551111111100000000000000002550001111111000000000000000012700RGB按照色域大小，又可以分為很多類(lèi)型，如sRGB、AdobeRGB、AppleRGB等。（1）sRGBsRGB是惠普和微軟1996年合作創(chuàng)建的用于顯示器、打印機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的RGB色彩空間，隨后由IEC標(biāo)準(zhǔn)化為IEC61966-2-1:1999原色色度xyY紅0.64000.33000.2126綠0.30000.60000.7152藍(lán)0.15000.0600.0722白點(diǎn)0.31270.3291.0000CIExyY計(jì)算sRGBRlinear、Glinear

與Blinear

的取值范圍為[0,1]。sRGB是反映真實(shí)世界gamma為2.2的典型顯示器的效果，因此使用下面的變換公式將線(xiàn)性值轉(zhuǎn)換到sRGB。設(shè)Clinear

為Rlinear、Glinear

或者Blinear，Csrgb

為Rsrgb、Gsrgb

或者Bsrgb：其中a=0.055這些經(jīng)過(guò)gamma校正的值范圍為0到1。如果需要0到255的取值范圍，如用于視頻顯示或者8位圖形，通常將它乘以256然后取整。sRGB計(jì)算CIExyY假設(shè)sRGB分量的值Rsrgb、Gsrgb、Bsrgb

的取值范圍為0到1。（2）AdobeRGBAdobeRGB是由Adobe公司于1998年推出的色彩空間標(biāo)準(zhǔn)，它擁有寬廣的色彩空間和良好的色彩層次表現(xiàn)顏色xy紅0.64000.3300綠0.21000.7100藍(lán)0.15000.0600白0.31270.3290（3）AppleRGBAppleRGB的色域與sRGB屬于同一檔，兩者都是采用較窄的色域范圍。AppleRGB主要是基于老式的AppleTrinitron彩色顯示器，對(duì)于不使用這種顯示器的人來(lái)說(shuō)，不建議使用這個(gè)色彩空間。（4）ColorMatchRGBColorMatchRGB的色域比AdobeRGB色域要小，但是卻比sRGB和AppleRGB的色域大，它是一種保證顏色質(zhì)量的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，也是顏色業(yè)界中的知名空間，這個(gè)空間中也包含了CMYK打印色域。對(duì)于主要使用CMYK打印的人來(lái)說(shuō)，仍應(yīng)使用寬色域色彩空間創(chuàng)建圖像的主控文檔，在準(zhǔn)備輸出時(shí)才將其轉(zhuǎn)換至CMYK，這要比一開(kāi)始就工作在CMYK色域中要好得多。（5）ProPhotoRGBProPhotoRGB是一種色域非常寬的工作空間，其色域比AdobeRGB大得多，是Kodak提出的一種規(guī)范，用于描述某些Ektachrome正片能夠重現(xiàn)的各種飽和度非常高的顏色。（6）WideGamutRGBWideGamutRGB也稱(chēng)為AdobeWideGamutRGB，是更大的RGB空間，以致于當(dāng)前絕大多數(shù)顯示器都無(wú)法完整地顯示它顏色CIExCIEy波長(zhǎng)紅0.73470.2653700nm綠0.11520.8264525nm藍(lán)0.15660.0177450nm白點(diǎn)0.34570.3585選做作業(yè)題

將各不同RGB的色域畫(huà)在一個(gè)色度圖中NTSCNTSC由美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在1953年訂制，目的是為了給當(dāng)時(shí)剛出現(xiàn)不久的CRT彩色電視定制一套標(biāo)準(zhǔn)，由于實(shí)在是太過(guò)于古老（AppleDOS3.1誕生于1978年，MS-DOS誕生于1980年）早已不適用于現(xiàn)代顯示器，更最重要的是對(duì)于PC（廣義的）和移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)有內(nèi)容創(chuàng)作者是以NTSC為工作空間的，它保留下來(lái)最多的用途還是用于比較其他的色彩空間。sRGB、AdobeRGB和NTSC的色域?qū)Ρ热鐖D所示，從圖中可以看出，NTSC的色域和AdobeRGB的比較相似，在R和B處有少許不同，這一點(diǎn)從兩者的色度坐標(biāo)表中也可以看出。sRGB覆蓋了NTSC大約72%的色域，但是72%NTSC并不相當(dāng)于100%sRGB，因?yàn)?2%NTSC所覆蓋的色彩不一定在sRGB所覆蓋的范圍之內(nèi)。DCI-P3用NTSC標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的色彩信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)）來(lái)衡量的話(huà)，DCI-P3相當(dāng)于96%NTSC，DCI-P3比sRGB色域大了25%。DCI-P3是美國(guó)電影行業(yè)推出的一種廣色域標(biāo)準(zhǔn)，是目前數(shù)字電影回放設(shè)備的色彩標(biāo)準(zhǔn)之一。它的色域較大，與sRGB相比，綠色和紅色的范圍更廣。顏色xy紅0.6800.320綠0.2650.690藍(lán)0.1500.060白點(diǎn)0.31270.329Rec.2020

ITU-RRecommendationBT.2020，簡(jiǎn)稱(chēng)：Rec.2020，是基于國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線(xiàn)電通信部門(mén)BT.709制定的超高清電視（UHDTV-UHD）的色彩標(biāo)準(zhǔn)。（2）灰度12345678表示顏色數(shù)量：28=256（3）位圖12345678↑↑↑↑↑↑↑↑（4）CMYK顏色每個(gè)通道范圍：0~100顏色數(shù)量：1004字節(jié)1C字節(jié)2M字節(jié)3Y字節(jié)4K（5）雙色調(diào)（6）索引顏色顏色1顏色5……色號(hào)顏色1[25500]2[00255]3[1232134]4[4568123]5[20010212]6[8930203]……索引表顏色5顏色1（7）Lab顏色L：0~100a：-128~127b：-128~127（8）多通道顏色多通道模式是把含有通道的圖像分割成單個(gè)的通道。CMYK模式轉(zhuǎn)為多通道模式