色彩管理:XYZ,Yxy,Lab顏色表色系統(tǒng)
在色彩管理中,XYZ、Yxy、Lab是三種重要的顏色表色系統(tǒng),它們各有特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。
XYZ顏色表色系統(tǒng)
定義與背景:XYZ顏色表色系統(tǒng),也被稱(chēng)為CIE 1931 XYZ表色系統(tǒng),是國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)在1931年建立的一種標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過(guò)數(shù)學(xué)方法選用三個(gè)理想的原色X、Y、Z來(lái)代替實(shí)際的三原色,將CIE-RGB系統(tǒng)中的光譜三刺激值和色度坐標(biāo)r、g、b均變?yōu)檎?,從而解決了RGB系統(tǒng)中光譜三刺激值和色度坐標(biāo)可能出現(xiàn)負(fù)值的問(wèn)題。
特點(diǎn)與應(yīng)用:
XYZ系統(tǒng)中的X、Y、Z分別代表了RGB三基色的刺激值,且這些值均為正數(shù)。
XYZ顏色空間是一個(gè)三維空間,可以包含所有人眼可見(jiàn)的顏色。
在色彩管理中,XYZ顏色空間常用于顏色的定量描述和測(cè)量,是許多其他顏色空間的基礎(chǔ)。
XYZ表色系統(tǒng)概述圖
CIE1931 XYZ表色方法
x色度坐標(biāo)相當(dāng)于紅原色的比例,y色度坐標(biāo)相當(dāng)于綠原色的比例。馬蹄形的光譜軌跡各波長(zhǎng)的位置,可以看到:光譜的紅色波段集中在圖的右下部,綠色波段集中在圖的上部,藍(lán)色波段集中在軌跡圖的左下部。中心的白光點(diǎn)E的飽和度最低,光源軌跡線上飽和度最高。如果將光譜軌跡上表示不同色光波長(zhǎng)點(diǎn)與色度圖中心的白光點(diǎn)E相連,則可以將色度圖畫(huà)分為各種不同的顏色區(qū)域。如果能計(jì)算出某顏色的色度坐標(biāo)x、y,就可以在色度中明確地定出它的顏色特征。例如青色樣品的表面色色度坐標(biāo)為x=0.1902、y=0.2302,它在色度圖中的位置為A點(diǎn),落在藍(lán)綠色的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)然不同的色彩有不同的色度坐標(biāo),在色度圖中就占有不同位置。因此,色度圖中點(diǎn)的位置可以代表各種色彩的顏色特征。但是,前面曾經(jīng)討論過(guò),色度坐標(biāo)只規(guī)定了顏色的色度,而未規(guī)定顏色的亮度,所以若要唯一地確定某顏色,還必須指出其亮度特征,也即是Y的大小。
CIE Yxy顏色空間的不均勻性
色彩差別量與其它物理量在性質(zhì)上迥然不同。例如長(zhǎng)度這一物理量,人們常??梢匀我夥指睿词谷搜蹮o(wú)法分辨的微小長(zhǎng)度,還可以借助顯微鏡和其它物理儀器來(lái)測(cè)量和觀察。但是,對(duì)于色彩差別量來(lái)說(shuō),主要取決于眼睛的判斷。如果一個(gè)眼睛不能再分辨的色彩差別量,而人們又不能借助物理儀器來(lái)觀察它,這樣它就成了一個(gè)無(wú)意義的數(shù)值。我們把人眼感覺(jué)不出的色彩差別量(變化范圍)叫做顏色的寬容量。顏色的寬容量反映在CIE xy色度圖上即為兩個(gè)色度點(diǎn)之間的距離。因?yàn)?,每種顏色在色度圖上是一個(gè)點(diǎn),但對(duì)人的視感覺(jué)來(lái)說(shuō),當(dāng)這種顏色的色度坐標(biāo)位置變化很小時(shí),人眼仍認(rèn)為它是原來(lái)的顏色,感覺(jué)不出它的變化。所以,對(duì)視感覺(jué)效果來(lái)說(shuō),在這個(gè)變化的距離(或范圍)以內(nèi)的色彩差別量,在視覺(jué)效果上是等效的。對(duì)色彩復(fù)制和其它顏色工業(yè)部門(mén)來(lái)說(shuō)這種位于人眼寬容量范圍之內(nèi)的色彩差別量是允許存在的。
公式
1942年,美國(guó)柯達(dá)研究所的研究人員麥克亞當(dāng)(D.L.Macadam)發(fā)表的一篇關(guān)于人的視覺(jué)寬容量的論文,迄今為止,仍是在色彩差別定量計(jì)算與測(cè)量方面的基本著作。在研究的過(guò)程中,麥克亞當(dāng)在CIE xy色度圖上不同位置選擇了25個(gè)顏色色度點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)色光,其色度坐標(biāo)x、y。又對(duì)每個(gè)色度點(diǎn)畫(huà)出5~9條不同的方向直線,取相對(duì)兩側(cè)的色光來(lái)匹配標(biāo)準(zhǔn)色光的顏色,由同一位觀察者調(diào)節(jié)所配色光的比例,確定其顏色辨別的寬容量。通過(guò)反復(fù)做50次配色實(shí)驗(yàn),計(jì)算各次所得色度坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差,即:圖1
如圖1所示,圍繞指定標(biāo)準(zhǔn)色度點(diǎn)向各個(gè)方向的輻射線為各標(biāo)準(zhǔn)差的距離,發(fā)現(xiàn)在不同方向上,此距離是不相等。圍繞標(biāo)準(zhǔn)色度點(diǎn),在不同方向上取距離為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的點(diǎn)的軌跡近似一個(gè)橢圓。還可以看到在色度圖不同位置上的25個(gè)顏色點(diǎn)的橢圓形狀大小不一樣,其長(zhǎng)軸方向也不相同。這表明在xy色度圖中,在不同位置不同方向上顏色的寬容量是不相同的。換句話說(shuō),標(biāo)準(zhǔn)CIE xy色度圖上的相同的幾何距離,在不同的顏色區(qū)域里和不同顏色變化的方向上,所對(duì)應(yīng)的視覺(jué)顏色差別量大小是不同的,圖中的各個(gè)橢圓形寬容量是按實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差的10倍繪出的。
Yxy顏色表色系統(tǒng)
定義與背景:Yxy顏色表色系統(tǒng)是在XYZ顏色空間的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。它保留了XYZ顏色空間中的Y值(代表亮度),并通過(guò)計(jì)算x=X/(X+Y+Z)和y=Y/(X+Y+Z)來(lái)得到兩個(gè)色度坐標(biāo)x和y,從而描述顏色的色度特性。
特點(diǎn)與應(yīng)用:
Yxy顏色空間將三維的XYZ顏色空間簡(jiǎn)化為二維的xy色度圖,便于顏色的可視化表示。
由于排除了亮度的干擾,Yxy顏色空間在色度分析中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
Yxy顏色空間常用于顏色的色度分析和比較,特別是在需要排除亮度影響的情況下。
Lab顏色表色系統(tǒng)
定義與背景:Lab顏色表色系統(tǒng)是由國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)在1976年公布的一種色彩模式。它是基于人對(duì)顏色的感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)的,旨在提供一個(gè)與設(shè)備無(wú)關(guān)、能夠均勻表示顏色的空間。
特點(diǎn)與應(yīng)用:
Lab顏色空間由三個(gè)通道組成:L通道表示亮度(Luminosity),a通道表示從紅色到綠色的范圍,b通道表示從藍(lán)色到黃色的范圍。
Lab顏色空間具有色域?qū)掗煹奶攸c(diǎn),能夠包含RGB和CMYK等顏色模式所不能表示的顏色。
由于Lab顏色空間與設(shè)備無(wú)關(guān)且具有均勻的顏色分布特性,它被廣泛用于色彩管理、圖像處理、印刷等領(lǐng)域中的顏色匹配和色彩復(fù)制工作。