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色差仪CIE标准颜色空间的类型及转换方法

  人气:68  发表时间:2024-04-16
线条

色差仪在测量颜色时,可以选择不同类型的颜色空间,对颜色进行数字化的表达。不过,不同的颜色空间表达颜色的方法不同,因此在进行颜色比较时,就需要转换成相同的颜色信息。本文对色差仪CIE标准颜色空间的类型及转换方法做了介绍。

色差仪颜色空间

色差仪CIE标准颜色空间的类型:

1.CIERGB颜色空间

1931年,国际照明委员会为匹配实验选取三基色,选取了波长为435.8nm的蓝光B、546.1nm的绿光G以及700nm的红光R。用这三原色在2°视场下对等能光谱做颜色匹配,将匹配出各色光需要的三原色的数量定为标准数据,称为光谱三刺激值。全部的光谱三刺激值形成CIE的标准色度系统,又被称为“标准色度观察者光谱三刺激值”。如下图所示,纵坐标是等能光谱三刺激值、横坐标是波长,整个曲线是连续的。但是由图可以看出在500nm附近的等能光谱三刺激值很大一部分坐标是负值,会给使用上带来不便,于是CIE规定了3种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)构造了CIE-XYZ系统,以便得到的颜色匹配的三刺激值都是正值。

RGB三刺激值曲线

2.CIEXYZ颜色空间:

XYZ三刺激值曲线

1931CIEXYZ空间通过选用三个理想的原色代替在RGB空间中实际的原色,从而使三刺激值不出现负值,如上图所示。使用数学方法来实现这个目的,X、Y、Z与R、G、B之间的转换关系如下式:

X、Y、Z与R、G、B之间的转换关系

CIERGB以及CIEXYZ这两个颜色空间,通过三刺激值来表示颜色,三刺激值不同,则颜色的外貌不同。但是,从颜色视觉的角度看,1931CIE色度图是一个颜色宽度不均匀的色度图,并不理想,视觉上的差异并不能由在图上两点间的几何距离代表。也就是说在上文所讲的这两种颜色空间中,当两种颜色三刺激值差相同时,这两种颜色若不同,人对这两种颜色的感知差别也会不同。

为了克服这一缺点,1976年CIE推荐了均匀色度的CIELab颜色空间以及CIELuv颜色空间。

3.CIELab颜色空间

CIELab颜色空间是在CIEXYZ的基础上,经过数学算法变换得到,其转换公式如下:

Lab颜色空间XYZ空间转换式

式中,L*为亮度;a*、b*是色度指数,反映色度的彩色分量,a*分量是由绿色渐变到红色,b*分量是由蓝色渐变到黄色;X、Y、Z为颜色的三刺激值;X0、Y0、Z0为CIE标准光照明条件下的完全扩散面上的三刺激值。由于CIELab颜色空间是设备无关的,同时CIELab颜色空间所反映的颜色范围很大,将其数据转到其他颜色空间时不会因为数据量不够而引起颜色误差,从而经常将CIELab颜色空间作为连接空间实现各种设备之间的颜色转换,保持颜色的一致性。CIELab颜色空间中两点的距离可以客观地表示两种颜色的差异,两种颜色之间的总色差可以用下面的公式计算:

1976CIELab颜色空间色差公式

色差仪CIE标准颜色空间的转化方法:

1.RGB颜色空间与Lab颜色空间的转换方法

由RGB转换到Lab通常需要两个步骤:一由RGB空间转换CIEXYZ到空间,二由CIEXYZ空间转换到Lab空间,具体过程如下。

RGB颜色空间到CIEXYZ颜色空间的变换方法有很多,比较常用的如下式所示。

RGB颜色空间到CIEXYZ颜色空间转换式

由CIEXYZ空间向Lab空间的转换公式为:

LAB颜色空间与XYZ颜色空间转换关系式

式中X、Y、Z为颜色样品的三刺激值,Xn、Yn、Zn是测量样品时所使用的照明光源所对应的标准照明体的三刺激值,通常使用的照明体有D65和D50,它们所对应的Xn、Yn、Zn值是:D65(Xn=95.04、Yn=100、Zn=108.89),D50(Xn=96.42、Yn=100、Zn=82.49)。

2.CIELab空间与CIEXYZ空间转换关系:

CIELab空间由CIEXYZ系统通过数学方法转换得到,转换公式为:

CIEXYZ色彩空间与CIELAB色彩空间转换式

其中,X、Y、Z是物体色的三刺激值;Xn、Yn、Zn为CIE标准照明体的三刺激值;L表示心理明度;a、b表示心理色度。从上式的转换中可以看出:由X、Y、Z变换为L、a、b时包含有立方根的函数变换,经过这种非线形变换后,原来的马蹄形光谱轨迹不复保持。转换后的空间用笛卡儿直角坐标体系来表示,形成了对立色坐标表述的心理颜色空间。

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