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數字影像的色彩管理與色彩控制(之四)

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發表于 2014-6-17 06:45:21 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |
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  在上一講中我們提到兩種形成顏色的方法  加色法與減色法,它們又分別對應著兩種描述顏色的色彩系統RGB與CMYK,還提到色彩有三個重要的屬性色相、飽和度與明度。但是用RGB與CMYK命名顏色時{如西紅柿與隻果的RGB值)卻難于直接判斷相應顏色的三個色彩特征。為了能夠直觀地體現出顏色的三個特征,人們提出了許多表示顏色的色彩模型,其中又可分成色彩的混色表示法和色彩的顯色表示法兩大類。
  色彩的混色表示法
  混色系統認為各種顏色均是以紅、綠、藍三種色光混合後形成的。對于不發光的色料.其顏色則是由它所反射或透射的三原色色光的比例確定的。因此可通過測定色彩中三原色的比例確定色彩的特性。混色系統最常用的幾種表色法都是由國際照明委員會{C,E)制定的。因此這些色彩模型又稱CIE表色法。混色法既可用于光源也可以用于反光或透光的物體。
  1 CIE1931、CIEl964色度圖與CIE-XYZ色彩系統
  在上一講中曾提到色光可以用其中所包含的三種原色光的數值日、G、B表示.稱為該顏色的三刺激值。我們把以下三千量稱為該顏色的色度坐標︰ r=R/(R+G+B).g-/(R+G十B): b=B/(R+G+B)。
  

  根據以上三個公式不難看到三個色度坐標間存在著r+g+b=1的關系。此時某顏色C的色彩特性可以表示為C︰
  為了便于使用,CIE在1931年對上述色度坐標進行了適當的變換,用3千理想的原色光x(紅光)、Y(黃光)Z(綠光)代替RGB,用XYZ的色度坐標xyz代替rgb.此時三個色度坐標間仍滿足x+y+z=l的關系,得到了著名的CIEl931標準色度系統及相應的色度囤(圖1)。色度圖又稱色晶圖.CIE1931色度圖呈馬蹄型包括了人眼可以見到的所有顏色。色度圖中的弧形邊界對應于所有光譜中的單色光,最右下側是波長為700nm的紅光,最左下側是波長380nm的藍紫光,色度圖下側的直線邊界表示不同強度的紅光與藍光可以混合出的各種品色光,這些光線在光譜中沒有.只能靠人工合成出來。色度圖的邊界色是人眼所能見到的飽和度最高的顏色。馬蹄型區域內則包括了人眼可以見到的所有顏色的色度(色相與飽和度)值,相應顏色的明度則由垂直于xy平面的高度Y表示。在xy色度圖中x=y=0.333剛點E也表示白點,過E點垂直于xy平面的垂線是明度軸軸上的點代表了所有黑、白、灰的中性色(圖2),
  

  

  

  因此我們得到了一個用以表示顏色的立體模型其中的每一千點(例如A點)對應于一個特定的顏色,點A的高度Y表示此顏色的明度,點在xy平面上的投影A,表示此點的色度︰從白點E過A引直線與曲線輪廓相交,交點的波長表示顏色A的主波長從而表示出顏色A的色相,A到E的距離表示了該顏色的飽和度,色度坐標距離E越近飽和度越低。通過計算可以得到在2°的觀察角D65的光源下,上期圖1中西紅柿A區在XYZ系統中的色坐標是明度Ya=10。色度xa 0. 59、ya=0 34,圖中A點就是西紅柿A部在色度圖的xy平面上的投影點。而隻果B區的色度坐標則為Yb=8。xb=0.57.yb=0.29。它對應于色度圖中的B,點,直線EA’及EB’與色度圖的曲線輪廓分別交匯于A”與B”處.可見西紅柿的紅比隻果略偏黃(圖1)。YaYb表明西紅柿更亮些色度圖不僅能表達各種顏色的色彩特性,還能褒現出各種相關色彩間的關系︰
  a.(圖1)上色度圖內的曲線表示出絕對黑體不同色溫的色度軌跡,又稱為黑體軌跡。相應光源酌色度點在此軌跡附近  光源的顯色系數越高。與此軌跡的重合度越好。
  b.當某物體的色度坐標確定之後,不同色溫的光源下該物體呈現的顏色可由色度軌跡相應點向該物體色度點所引直線與色度圖交點的主波長決定。
  圖1顯示了D65光源下A與B主波長。
  c.通過光源色度點E向某顏色色度點所引直線的反向延長與馬蹄形輪廓相交,交點處的波長代表了該顏色補色的主波長。例如樣品M的補色主波長為480nm(圖3)。色度囤中直線部分沒有相應的波長,則可以用對應的補色光波長表示其色相  習慣上在主波長前標注負號或在後面加注“C”,表明是補色波長,例如樣品N的主波長為500nm。
  d.兩種色光以不同強度混合所能形成的顏色全部分布在聯結兩個顏色的色度點的連線上。混合光色度點到連線兩端的距離與兩個光線的強度成反比。
  如圖4中紅光日與綠光G混合.可能形成的顏色的色度坐標均在直線RG上。
  

  e.三種不同色光混合所能形成的顏色分布在以三個色光色度坐標為頂點的三角形中。以顯示器為例。上一講曾經指出;顯示器顯示的顏色都是由紅、綠、藍三種光點融混形成的.因此顯示器三種光點的色純度與飽和度就決定了顯示器的彩色顯示質量,顯然在圖4中B顯示器在色彩飽和度與可顯示的空間上都優于A顯示器。圖4中白色折線所包圍的範圍是某噴墨打印機可以產生的色彩範圍,顯然它與顯示器的色域不同︰在紅。綠。藍色上不如顯示器但是青色的色域比顯示器略大。由于CIE1931的標準色度圖能夠十分有效地描述色彩的特征及色彩形成的過程,還可以形象的顯示各種硬件系統的色域,因此在涉及描述硬件的色彩特性時得到了廣泛的應用。
  考慮到人眼在14°小觀察角範圍內對顏色的識別能力與10’較大視場下的差異,國際照明協會在1964年又公布了基于10°觀察角下的CIEl964標準色度系統的色度圖及相應的計算方法。從圖5中可以見到,雖然二者的形狀與光譜色的位置有所不同,但是對于大多數的攝影人,可以忽略其中的差別。
  

  CIEl931色度固有一千致命的缺陷,它是一千視覺非均勻的系統。我們把視力難以察覺的顏色變化的範圍稱為顏色的寬容量,可以用色度囤中橢圓區域表示某種顏色的寬容量,麥克亞當的試驗表明在CIEl931或CIEl964色度圖中(圖6),25種顏色的寬容量及橢圓長軸的方向均不相同,尤其是綠色的寬容量比藍色的大30余倍,這表明在這種系統中無法建立一個對各種顏色均適用的統一的公差範圍,因此這兩種色度系統很難用于色彩的質量控制與質量評估。
  

  2.CIE1976L*u*v均勻色彩空間
  國際照明協會首先于1960年在CIEl931色度圖的基礎上壓縮綠區  拉伸藍區,推出一種新型的色度圖  此後幾經修訂,最後成為CIE1976L*u*v*均勻色彩空司  它用L表示明度,用u、v作為色度坐標。從圖7可見,在L*u*曠色度圖上,25種顏色的寬容量橢圓區大小比較一致,表明這是一種比較均勻的顏色空間  可以用兩個色度點之間的距離直接表示顏色的差異。目前常用于表示光源色及彩色電視機的色彩監控與測量。
  3.CIEl976L*a*b*均勻色彩空間。
  此色彩空間由3千互相垂直的坐標軸a*,b*與L*組成︰其中+a*(a軸的正方向)表示紅色、-a*{a軸的負方向)表示綠色。+bt(b軸的正向)表示黃色、-b*(b軸的負方向)表示藍*色。數值均在/120-120之間。L*表示明度.其值在0-100之間。顯然在住L*a*b*色彩空間中點的高度表示明度(L),以明度軸為中心,色度點的半徑表述飽和度(C),過色點的半徑繞L軸的夾角表示該點的色相角(H)  由此組成一個以L軸為軸心的Ltctht圓柱坐標系(圖8)。在Photoshop中用拾色器點擊上期圖1中西紅柿和隻果的A區與B區  在拾色器對話窗中直接顯示A區的色度LA=38、aA=51、bA=44,8區的色度值LB-34。aB=50、bB=23。從LALB可知西紅柿的A區明度更高。將這兩個色度坐標標注到L*a*b*的色彩空間上(圖9)立即顯示出西紅柿比隻果更偏橙黃色,而且飽和度略高。
  
  

  在L*a*b*色彩空間中︰兩個色點間半徑之差表示飽和度之差,高度之差△L表示明度之差,色相角之差△h表示色相差。兩個點之間的距離︰表示兩種顏色間的總色差。
  L*a*b*色彩空間是一個比較均勻的色彩空間,只要兩個色點間的距離相同,二者間顏色的差異給人的感覺都是相同的。L*a*b*色彩空間的均勻性優于L*u*v*,因此實踐中常常設定一個△E作為控制色彩的公差。常用的色差值如下表所示;
  

  最後,由于L*a*b*的色彩空間十分寬闊,包含了自然界中所有的顏色,而且可以適用于各種硬件設備,因此現在廣泛用于染料、顏料。油墨工業.今後我們在數字影像的色彩管理與色彩控制中也主要使用L*a*b*色彩空間。
  4.HSB色彩系統
  HSB色彩系統與Ltat曠有些類似,也是一千圓柱狀的色彩系統(圖10)。也是用高度表示明度(B),用半徑表示飽和度(S)、用圓周方向的色相角表示色相(H)。但是它的色相分布的規律與L*a*b*不同  色相角0°120°、240°方向對應紅,綠.藍.色  相角60°、180°、270°方向對應黃、青.品,因此在它的色相圓上,任意一條半徑的兩端的顏色恰為互補色。由于它直接用顏色的三千特征作為建立色彩空間的3要素,因此利用他的色值可以直接判斷出顏色的特性。
  

  
  

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