颜色科学基础及应用

关于颜色科学基础及应用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）第2页,共49页，星期六，2024年，5月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）光源光阑三棱镜屏幕赤橙黄绿青蓝紫图8-1色散现象第3页,共49页，星期六，2024年，5月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350－750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）第4页,共49页，星期六，2024年，5月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第5页,共49页，星期六，2024年，5月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）第6页,共49页，星期六，2024年，5月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）第7页,共49页，星期六，2024年，5月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CIEXYZ颜色空间

CIELab颜色空间

ITU-RBT.709RGB颜色空间

电视系统颜色空间

EuropeanYUV颜色空间

AmericanYIQ颜色空间

第8页,共49页，星期六，2024年，5月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第9页,共49页，星期六，2024年，5月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第10页,共49页，星期六，2024年，5月11颜料对光的选择性吸收原理红绿蓝白白纸红绿蓝黄=白-蓝红绿蓝黑=白-蓝-绿-红红绿蓝红=白-蓝-绿常用的颜色空间

（4/14）第11页,共49页，星期六，2024年，5月12RGB彩色空间和CMY彩色空间转换关系常用的颜色空间

（5/14）第12页,共49页，星期六，2024年，5月13常用的颜色空间（6/14）

CIEXYZ颜色空间

波长(λ)三刺激值三刺激值波长(λ)图8-10RGB色度系统的色匹配函数图8-11CIE-XYZ色度系统的标准色匹配函数第13页,共49页，星期六，2024年，5月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第14页,共49页，星期六，2024年，5月15常用的颜色空间（8/14）

CIE色度图yx黄绿橙红黄x光谱轨迹线紫色线紫蓝青绿ABCD65Ey第15页,共49页，星期六，2024年，5月16常用的颜色空间（9/14）

CIELab颜色空间

色差计算当X/X0,Y/Y0,Z/Z0<0.008856时第16页,共49页，星期六，2024年，5月17常用的颜色空间（10/14）

ITU-RBT.709RGB颜色空间国际通信联盟ITU制定的ITU-RBT.709标准定义的RGB颜色空间第17页,共49页，星期六，2024年，5月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）第18页,共49页，星期六，2024年，5月19彩色电视国际制式TV制式NTSCPALSECAM帧频（Hz）302525行/帧525625625亮度带宽（MHz）4.26.06.0色度带宽（MHz）1.3(I)，0.6(Q)1.3(U)，1.3(V)>1.0(U)，>1.0(V)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）第19页,共49页，星期六，2024年，5月20EuropeanYUV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）第20页,共49页，星期六，2024年，5月21AmericanYIQ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）第21页,共49页，星期六，2024年，5月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第22页,共49页，星期六，2024年，5月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）第23页,共49页，星期六，2024年，5月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白色浓纯色色相色深黑灰图8-16HSV颜色模型示意图绿(120°)红(0°)青(180°)黄(60°)蓝(240°)品红(120°)HOS(1,0)V图8-15色相、色浓和色深之间的关系第24页,共49页，星期六，2024年，5月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第25页,共49页，星期六，2024年，5月26颜色再现的五个层次（Hunt&Fairchild）一般颜色再现

Colorreproduction满意色再现

Pleasingcolorreproduction色度学色再现

Colorimetriccolorreproduction颜色外观色再现

Colorappearancereproduction最喜欢色再现

Preferredcolorreproduction颜色再现与色彩管理

（1/10）第26页,共49页，星期六，2024年，5月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）第27页,共49页，星期六，2024年，5月28质量评价常用的指标色调（hue）亮度（lightness）饱和度（saturation）阶调范围（tonalrange）对比度（contrast）纹理（texture）灰平衡（graybalance）颜色再现与色彩管理

（3/10）第28页,共49页，星期六，2024年，5月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ColorManagementSystem简称CMS

第29页,共49页，星期六，2024年，5月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第30页,共49页，星期六，2024年，5月31ICC标准的产生InternationalColorConsortium国际彩色协议组织1993年，Adobe,agfa,Apple,Kodak,Microsoft,Silicon,Graphics,SunMicrosystem以及Taligent颜色再现与色彩管理

（6/10）第31页,共49页，星期六，2024年，5月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

扫描仪（二）扫描仪（三）数码相机（一）数码相机（二）数码相机（三）扫描仪（一）照排机（二）打印机（一）打印机（二）数码印刷（一）照排机（一）数码印刷（二）第32页,共49页，星期六，2024年，5月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扫描仪（二）扫描仪（三）数码相机（一）数码相机（二）数码相机（三）扫描仪（一）照排机（二）打印机（一）打印机（二）数码印刷（一）照排机（一）数码印刷（二）色彩管理系统输入设备Profile输出设备ProfileCIEXYZ或L*a*b*第33页,共49页，星期六，2024年，5月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）第34页,共49页，星期六，2024年，5月35色彩管理软件

独立的软件Canon的CMMPro随扫描仪或打印机等外设捆绑销售的软件Linotype-Hell公司的LinoColorAgfa的ColorTone和PhotoFlowCanon的ColorGear、WCC2、CCM内置在应用软件中的软件Kodak的KodakPrecision内置在PhotoCD和PageMaker里Photoshop,Illustrator颜色再现与色彩管理（10/10）第35页,共49页，星期六，2024年，5月36基于ICCProfile的色彩管理（1/6）

Profile颜色特征描述文件ICCProfile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第36页,共49页，星期六，2024年，5月37基于ICCProfile的色彩管理（2/6）ICCProfile的文件结构第37页,共49页，星期六，2024年，5月38基于ICCProfile的色彩管理（3/6）基于ICCProfile的颜色空间变换从RGB到CIEXYZ色彩空间的转换一维变换线性查找表(gamma表)3×3矩阵，包括源空间到特征连接空间白点的缩放比例RRedTRCTagGreenTRCTagBlueTRCTagXredMatrixColumnTaggreenMatrixColumnTagblueMatrixColumnTagGBYZ第38页,共49页，星期六，2024年，5月39基于ICCProfile的色彩管理（4/6）基于ICCProfile的颜色空间变换从CIEXYZ到CMYK色彩空间的转换X3×3矩阵三维查找表CLUTCMYKZY1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT第39页,共49页，星期六，2024年，5月40基于ICCProfile的色彩管理（5/6）基于ICCProfile的颜色空间变换从CMYK到CIEXYZ色彩空间的转换CMYK四维查找表CLUTXYZ1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT1LUT第40页,共49页，星期六，2024年，5月41基于ICCProfile的色彩管理（6/6）ICCProfile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不完全兼容第41页,共49页，星期六，2024年，5月42色彩匹配ColorMatchingCMSs的核心技术目标

实现颜色的“所见即所得”(WYSIWYG)CMSCMS色彩匹配（1/7）第42页,共49页，星期六，2024年，5月43色彩匹配的难点问题色域不匹配（Colorgamutmismatc