颜色科学基础及应用.ppt

1,第八章 颜色科学基础及其应用,2,什么是颜色？ 色彩 是通过光被我们人眼所感知的 光 实际上是一种按波长辐射的电磁能,将不同波长的光波组合在一起，就会产生颜色,颜色的基本知识（1/6）,3,英国人Newton，三棱镜实验 证明了白光是所有可见光的组合。,颜色的基本知识（2/6）,图8-1 色散现象,4,光谱 spectrum 将白光分解为单色光，并按波长顺序排列 可见光谱 人眼能看到的光波 波长约350750纳米的光波,色光 对应于不同波长的光波,颜色的基本知识（3/6）,5,颜色的基本知识（4/6）,视觉现象 同时对比 同时性颜色对比 继时性颜色对比 对比灵敏度 视觉分辨率 视觉暂留特性 马赫带效应,6,颜色视觉机理 Young -Helmholtz的三原色学说 “在人眼视网膜上存在感受红、绿、蓝色的光接受器（锥状体），分别对红、绿、蓝三种光最敏感，一切颜色特性都由这些锥状体的响应量的比例来表示” Hering的对立颜色学说（四色学说） “在人眼视网膜上存在着响应红-绿、黄-蓝、白-黑的三种光接受器，所有的颜色特性都由这些光接受器的响应量的比例来表示”,颜色的基本知识（5/6）,7,特点 基于经验事实提出 都有心理实验和显微光谱-电生理学测定结果作依据 Young -Helmholtz的三原色学说 缺点是不能满意地解释色盲现象 Hering的对立颜色学说（四色学说） 缺点是不能满意地解释红、绿、蓝三原色能够产生所有光谱色彩的现象,颜色的基本知识（6/6）,8,常用的颜色空间 （1/14）,与图形处理相关的颜色空间 RGB颜色空间 CMY颜色空间 与设备无关的颜色空间 CIE XYZ颜色空间 CIE Lab颜色空间 ITU-R BT.709 RGB颜色空间 电视系统颜色空间 European YUV颜色空间 American YIQ颜色空间,9,常用的颜色空间 （2/14）,RGB模型 Red（红） Green（绿） Blue(兰) 加色模型 应用 彩色CRT,10,常用的颜色空间 （3/14）,CMY模型 Cyan（青） Magenta（品红） Yellow（黄） 减色模型 应用 硬拷贝设备,11,颜料对光的选择性吸收原理,常用的颜色空间 （4/14）,12,RGB彩色空间和CMY彩色空间转换关系,常用的颜色空间 （5/14）,13,常用的颜色空间（6/14）,CIE XYZ颜色空间,图8-10 RGB色度系统的色匹配函数,图8-11 CIE-XYZ色度系统的标准色匹配函数,14,常用的颜色空间（7/14）,CIE-RGB三刺激值与与CIE_XYZ三刺激值可通过如下两个式子进行相互转换,15,常用的颜色空间（8/14）,CIE色度图,16,常用的颜色空间（9/14）,CIE Lab颜色空间 色差计算,当X/X0,Y/Y0,Z/Z00.008856 时,17,常用的颜色空间（10/14）,ITU-R BT.709 RGB颜色空间 国际通信联盟ITU制定的ITU-R BT.709标准定义的RGB颜色空间,18,为什么彩色电视监视器不使用红、绿、蓝三种信号？ 向后兼容黑白电视 彩色电视信号必须与标准的黑白电视兼容 要求在彩色电视上看起来完全不同的两种颜色在黑白电视上应呈现为不同的灰度 节约带宽 广播电视信号的带宽是有限的,常用的颜色空间 （11/14）,19,彩色电视国际制式,电视的制式 电视信号的标准 NTSC制式正交平衡调幅制 美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾 PAL制式逐行倒相正交平衡调幅 西德、英国等一些西欧国家，新加坡、中国大陆及香港，澳大利亚、新西兰等 SECAM 法国、东欧和中东,常用的颜色空间 （12/14）,20,European YUV颜色空间 Y：亮度 U ：色差 V：色差,应用 YUV制式电视广播系统,常用的颜色空间 （13/14）,21,American YIQ颜色空间 Y：亮度 I ：色差 Q：色差,应用 NTSC制式电视广播系统,常用的颜色空间 （14/14）,22,色彩设计 （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 色彩的距离感 色彩的软硬感 色彩的情绪感,23,面向色彩设计的HSV模型 H(Hue)：色相 与光波的主波长有直接关系 S(Saturation)：饱和度 定义该颜色光的（主波长的）纯色光与白色光的比例 V(Value)：明度 与光的能量有关 应用 用户调色板,色彩设计 （2/4）,24,色彩设计 （3/4）,HSV模型 对应于圆柱坐标系的一个圆锥形子集,图8-15 色相、色浓和色深之间的关系,25,色彩设计 （4/4）,数字图像颜色类型 真彩色（True-color） 直接用R、G、B值来决定像素的颜色值 伪彩色（Pseudo-color） 把整个像素值作为查找表的索引地址进行查找变换 调配色（Direct-color） 对R、G、B分量分别单独作为查找表的索引地址进行查找变换,26,颜色再现的五个层次（Hunt & Fairchild） 一般颜色再现 Color reproduction 满意色再现 Pleasing color reproduction 色度学色再现 Colorimetric color reproduction颜色外观色再现 Color appearance reproduction 最喜欢色再现 Preferred color reproduction,颜色再现与色彩管理 （1/10）,27,色彩匹配的理想目标 依赖于图像的类型和用户的目的 普通用户 色度学色再现 电子商务，如网上购物、远程医疗诊断 颜色外观色再现 商业印刷，如对宣传广告 最喜欢色再现 颜色再现既是一门科学，也是一门艺术,颜色再现与色彩管理 （2/10）,28,质量评价常用的指标 色调（hue） 亮度（lightness） 饱和度（saturation） 阶调范围（tonal range） 对比度（contrast） 纹理（texture） 灰平衡（gray balance）,颜色再现与色彩管理 （3/10）,29,颜色再现与色彩管理（4/10）,为什么要进行色彩管理 实现图像色彩在经扫描仪或数码相机、显示器、打印机或印刷设备传递时不发生色彩失真，就必须形成一个环境，使支持这一环境的各种设备、材料在色彩信息的传递方面相互匹配。 色彩管理系统就是管理这一环境的应用系统，是管理各设备、材料间的颜色特性转换关系的一种管理系统。 色彩管理系统 Color Management System 简称CMS,30,颜色再现与色彩管理 （5/10）,色彩管理系统应用领域 彩色打印 印刷 印染 摄影 电子商务 远程医疗诊断,31,ICC标准的产生 International Color Consortium 国际彩色协议组织 1993年，Adobe,agfa,Apple,Kodak,Microsoft,Silicon, Graphics,Sun Microsystem以及Taligent,颜色再现与色彩管理 （6/10）,32,颜色再现与色彩管理（7/10）,ICC标准的产生和意义 传统的封闭式的色彩管理,33,颜色再现与色彩管理 （8/10）,ICC标准的产生和意义 开放式的色彩管理,34,色彩管理的基本流程 设备校准（Calibration） 设备特征化（Characterization） 对设备建立Profile文件的过程 颜色空间转换（Conversion） 4种色域压缩方法 感觉法 相对色度法 突出饱和度法 绝对色度法,颜色再现与色彩管理（9/10）,35,色彩管理软件 独立的软件 Canon的CMM Pro 随扫描仪或打印机等外设捆绑销售的软件 Linotype-Hell公司的LinoColor Agfa的ColorTone和PhotoFlow Canon的ColorGear、WCC 2、CCM 内置在应用软件中的软件 Kodak的Kodak Precision内置在PhotoCD和PageMaker里 Photoshop,Illustrator,颜色再现与色彩管理（10/10）,36,基于ICC Profile的色彩管理（1/6）,Profile 颜色特征描述文件 ICC Profile的类型 输入设备Profile 显示设备Profile 输出设备Profile 设备连接Profile 色彩空间Profile 抽象Profile 指定色彩Profile,37,基于ICC Profile的色彩管理（2/6）,ICC Profile的文件结构,38,基于ICC Profile的色彩管理（3/6）,基于ICC Profile的颜色空间变换 从RGB到CIE XYZ色彩空间的转换,39,基于ICC Profile的色彩管理（4/6）,基于ICC Profile的颜色空间变换 从CIE XYZ到CMYK色彩空间的转换,40,基于ICC Profile的色彩管理（5/6）,基于ICC Profile的颜色空间变换 从CMYK 到CIE XYZ色彩空间的转换,41,基于ICC Profile的色彩管理（6/6）,ICC Profile的局限性 大多数的图像文件格式不能支持Profile的嵌入 增大了文件的尺寸，而导致系统额外的开销 不同色彩管理系统之间的Profile不完全兼容,42,色彩匹配 Color Matching CMSs的核心技术 目标 实现颜色的“所见即所得”(WYSIWYG),色彩匹配（1/7）,43,色彩匹配的难点问题 色域不匹配（Color gamut mismatch） 混色原理不同 颜色的设备依赖性,色彩匹配（2/7）,44,影响打印质量的因素 打印机的机械特性 墨水特性 纸张特性 墨水纸张之间的相互作用 原色墨水输出的先后顺序以及墨水层间的相互作用 半色调技术,色彩匹配（3/7）,45,常用的色彩匹配方法 Neugebauer方程法 多维查找表和插值法 实验建模 Masking方法 基于神经网络的色彩匹配 基于科学发现