颜色科学 课件 -06 均匀颜色空间；07 计算机色彩

第六章均匀颜色空间及应用学习目标掌握颜色空间的均匀性掌握CIELAB空间及各属性计算掌握CIELUV空间及各属性计算了解CMC和CIE94色差公式，掌握CIEDE2000色差公式，知道参数的设置6.1颜色空间的均匀性人眼对光谱颜色的差别感受性人眼对颜色的恰可分辨范围麦克亚当椭圆DavidMacAdam6.2均匀颜色空间CIE1960UCSCIE1964UVWCIE1976LABCIE1976LUV（1）CIE1960UCS1960年，CIE根据麦克亚当的工作制定了CIE1960均匀色度标尺图（CIE1960UniformChromaticity-ScaleDiagram）简称CIE1960UCS图。该颜色空间和CIE1931XYZ系统相比据有较好的均匀性，能够正确地反映颜色的视觉效果，便于调整和预测人眼看到的颜色的变化；该系统对色彩的判别是以色度学颜色匹配理论为基础，与颜色出现在什么介质无关，因而具有等效性；

色度坐标转换三刺激值CIE1960UCS色度图在由X、Y、Z向CIE1960UCS系统转换时保持了原来的亮度因数Y不变，使得颜色的亮度信号与色度信号分开调节，互不影响；转换方法简单、方便。均匀性有所改善，还是不足（2）CIE1964UVWGünterWyszecki(1925–1985)式中，Y为物体色三刺激值；u、v用上面计算得到；u0、v0为光源色的u、v值，(1)空间模型CIELAB

空间由CIEXYZ系统通过数学方法转换得到：6.4CIE1976L*a*b*均匀颜色空间式中：XYZ为颜色样品的三刺激值X0Y0Z0为CIE标准照明体的三刺激值L*称为心理计量明度锥体细胞的黑－白反映a*心理计量色度锥体细胞的红－绿反映b*心理计量色度锥体细胞的黄－蓝反映实际计算时

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，如图所示。在这一坐标系统中，+a表示红色，-a

表示绿色，+b

表示黄色，-b

表示蓝色，颜色的明度由L的百分数来表示。优点：当颜色的色差大于视觉的识别阈限（恰可观察）而又小于孟塞尔系统相邻两级的色差时，能较好地反映物体色的心理感受!优点红绿黄蓝黄绿橙紫蓝绿黑白+a*-a*-b*+b*L*=100L*=0灰心理明度心理彩度心理色相角b*a*L*

色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。若两个色样样品都按L*、a*、b*

标定颜色，则两者之间的总色差△E*ab以及各项单项色差可用下列公式计算：(2)色差明度差：色度差：总色差：彩度差：Chromadifference色度差：chromaticnessdifferenceb*a*L*12色相角差：色相差：推导之在2°标准观察者和C光源的照明条件下，测得用黄色油墨印制的三个样品的色度坐标为：

No1：Y1=71.79，x1=0.4210，y1=0.4788

No2：Y2=70.67，x2=0.4321，y2=0.4889

C光源：Y0=100，x0=0.3101，y0=0.3162求两个颜色之间的色差计算举例首先求各样品色的三刺激值由此得到：

No1:X1=63.13,Y1=71.79,Z1=15.02

No2:X2=62.46,Y2=70.67,Z2=11.42

C光源：Y0=100,X0=98.07,Z0=118.22把这些数值代入式求得：

1939年，美国国家标准局采纳了贾德等的建议而推行Y1/2、a、b色差计算公式，并按此公式计算颜色差别的大小，以绝对值1作为一个单位，称为“NBS色差单位”。一个NBS单位大约相当于视觉色差识别阈值的5倍。如果与孟塞尔系统中相邻两级的色差值比较，则1NBS单位约等于0.1孟塞尔明度值，0.15孟塞尔彩度值，2.5孟塞尔色相值（彩度为1）；孟塞尔系统相邻两个色彩的差别约为10NBS单位。NBS的色差单位与人的色彩感觉差别用下表来描述，说明NBS单位在工业应用上是有价值的。(3)色差单位的提出和意义NBS单位色差值感觉色差程度0.0～0.50（微小色差）感觉极微（trave）0.5～1.51（小色差）感觉轻微（slight）1.5～3（较小色差）感觉明显（noticeable）3～6（较大色差）感觉很明显（appreciable）6以上（大色差）感觉强烈（much）NBS单位与颜色差别感觉程度（4）CIELAB的均匀性ab平面中的麦克亚当椭圆CIE1976L*u*v*均匀颜色空间，简称CIELUV，实际上是由CIE1931和CIE1964均匀颜色空间发展而来的。主要是用数学方法对Y值作非线性转换，使其与代表视觉等间距的孟塞尔系统靠拢。6.4CIE1976L*u*v*均匀颜色空间明度指数色度指数（1）CIELUV色空间样品色度坐标光源色度坐标CIELUV相对于CIE1964UVW（1）CIE1964UVW中的明度W*计算式中没有包含完全漫反射体的亮度因数Y0，但是Y0=100，因此，这种修正不影响色差的计算。

CIELUV相对于CIE1964UVW（2）CIELUV空间中的明度L*计算式中将CIE1964UVW中W*的常数由17改为16，从而使得Y=100时对应的L*=100，而在CIE1964UVW中的明度W*式中Y=102时才对应于W*=100。

CIELUV相对于CIE1964UVW（3）CIELUV采用了CIE1964UVW中的u’和v’，其中u’=u，与CIE1960UCS中的一致，而v’=1.5v，修改色度坐标v的目的是进一步改善颜色空间的视觉均匀性

色度图饱和度：彩度：色相角：色度差色差明度差：总色差：彩度差：色相角差：色相差：两者都是在视觉上近似均匀的颜色空间两者在的视觉上的均匀程度基本相同莫莱用555对颜色求各个颜色空间的色差值与目测结果的关系，L*a*b*为0.72，L*u*v*为0.71；用孟塞尔卡中恒定色相轨迹和恒定彩度轨迹在a*b*图和u*v*图的改善程度也很接近，只是a*b*图略优于u*v*图。根据工业部门的习惯选择应用的颜色空间CIELAB多用于表面色工业，如印刷、纺织等CIELUV多用于光源色、彩色电视机等工业部门（3）CIELAB和CIELUV的比较From：ISO3664在2°标准观察者和C光源的照明条件下，测得用黄色油墨印制的三个样品的色度坐标为：

No1：Y1=71.79，x1=0.4210，y1=0.4788

No2：Y2=70.67，x2=0.4321，y2=0.4889

C光源：Y0=100，x0=0.3101，y0=0.3162计算两个颜色之间的色差计算题并分别计算CIELAB和CIELUV两个空间中的的彩度差和色相角差。变量颜色1颜色2C光源

X

63.1362.4698.07Y71.7970.67100Z15.0211.42118.22u’0.21310.21620.2009v’0.54520.54980.4609u*13.937917.3431v*96.3269100.8583L*87.867487.2903huv*81.8°80.2431°hab*101.5099.88Cuv*97.3300102.3386△Euv*5.67616.5色差及色差公式1976年以前基于麦克亚当椭圆的，如ANLAB、CIELAB适合孟塞尔数据的，无从CIE色度学系统线性转化过来的，CIELUV1976至2001间CMCCIE94CIEDE20002001年以后趋势1几乎所有的努力都用在对CIELAB的改进上，成立了CIETC1-55在颜色视觉理论基础上来推荐一个新的均匀颜色空间。在色貌模型（比如CIECAM02）基础上的均匀颜色空间也许是个比较理想的解决方法。趋势2所有的色差公式都只能在CIE规定的参考观察条件下使用，收集一些新的数据来研究观察参数的变化（比如照明、彩色背景、媒介、物理尺寸、色差大小、分离、织物、照度水平）带来的视觉效果是非常有价值的。随后，能够考虑到不同观察条件的色差公式就会被研究出来。趋势3几乎所有的色差公式都是被研究仅仅用来预测一对大的单色物体或色块的色差。越来越多的应用要求要预测一对图像间的色差。当前的色差公式不能够评价图像空间的变化。这要开发一个色差公式来满足从要求。表1色差公式发展历程表表1色差公式发展历程表L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝CIELAB的不足之处1984年英国染色家协会（SDC）的颜色测量委员会（CMC）推荐使用；

1988年被采纳为英国国家标准（BS6823）；在1989年被美国染色化学家协会(AATCC)采用形成AATCC试验方法173～1989年,1992年又进行了修订；

1995年成为国际标准(ISO105J03“Calculationofsmallcolordifference”)；

GB/T8424.3-2001,纺织品色牢度试验色差计算

GB/T3810.16-2006,

陶瓷砖实验方法第十六部分：小色差的测定6.5.1CMC(l:c)色差公式式中：

SL=0.040975L*/(1+0.01765×L*)

当L*<16时，SL=0.511SLSC=0.0638C*/（1+0.0131×C*）+0.638SC当SHC*=50时，SH和h的关系hSH引入了调整参数l和c,以适应不同目的需求。在纺织中，l通常设为2，就是CMC(2:1)公式。CMC宽容量椭圆计算程序CMC色差公式的Matlab计算程序详见：

L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝3.562.79>1989年，CIETC1-29（工业色差评估），主要任务是考察目前在工业中使用的在日光照明下进行物体色色差评价的标准。

1995年CIE技术报告。6.5.2CIE94色差公式CIE94公式引入一个新的项（⊿V），即色差的视觉量化值:KE并不是作为商业色差测量来用，而是一个总的视觉因数（视觉灵敏度系数），在工业评定的条件下，设为1个单位，即⊿V＝⊿E*94。①同类样本；②样本间的色差⊿E*ab<5；③样本并列放置；④颜色的评价人员的视觉正常，样本形成的视场大于4°；⑤照度为1000lx，背景为L*=50的灰，照明光源采用D65。适合于工业色差的评价的参考条件：当一对颜色中的标准色和样本色明显不同时，则C*ab,X=C*ab,S

在逻辑上如果没有样本作为标准色时，C*ab,X可以用两个颜色的CIELAB的彩度的几何平均值表示:C*ab,X

＝（C*ab,A×C*ab,B）1/2优点：探讨了色差距离的均匀性和参量对知觉色差的影响，应用加权函数校正CIELAB空间的均匀性，与此同时定义一组基本条件，在基本条件下应用时无需对参量效应校正。计算程序CIE94色差公式的Matlab计算程序详见：

L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝3.072.05>CIEDE2000色差公式的完整表述形式6.5.3CIEDE2000色差公式明度、彩度、色调明度差：彩度差：色调差：明度、彩度、色调差色相角差：权重函数SL、SC、SH旋转函数RT计算色差的标准观测条件(kL=kC=kH=1)照明光源模拟CIE标准照明体D65相对光谱功率分布的光源照度1000lx观察者正常色觉观察者背景具有中等明度(L=50)的均匀灰色样品模式物体色色样大小>4°视场色样间隔两个样品边缘直接接触，间距尽量小色差幅度0～5个CIELAB色差单位色样表面结构颜色均匀，无可见花纹或不均匀性计算程序CIEDE2000色差公式的Matlab计算程序详见

L=90a=4b=1L=92a=6b=3L=27a=67b=-107L=29a=69b=-109＝>>>作业P113：T1-4

第七章计算机色彩学习目标了解当前主要的显示设备及显示原理，知道显示设备色彩再现的主要参数掌握主要的图像色彩模式，知道计算机色彩模式和普通的色彩模式的区别了解视频色彩模式第一节显示设备CRT（CathodeRayTube，阴极射线显像管）组成电子枪（ElectronGun）偏转线圈（Deflectioncoils）荫罩(Shadowmask)高压石墨电极荧光粉涂层(Phosphor)玻璃外壳（1）CRT显示器(2)

LCD显示器LCD：LiquidCrystalDisplay，即液晶显示器被动矩阵式TN-LCD（TwistedNematic–LCD扭曲向列LCD）STN-LCD（SuperTN-LCD，超扭曲向列LCD）DSTN-LCD（DoublelayerSTN-LCD，双层超扭曲向列LCD）主动矩阵式TFT-LCD（Thin-FilmTransistorLiquid-CrystalDisplay，薄膜晶体液晶显示器）滤色片像素矩阵的常见排列方式显示器的技术指标尺寸

点距分辨率、刷新率(场频)、行频、信号模式对比度亮度显示色彩响应时间可视角度作业：找一个普通显示器和一个专业显示器，对比其参数，说明专业显示器的专业性体现在哪里？（3）投影仪1）CRT投影仪2）LCD投影仪3）DLP投影仪DLP（DigitalLightProcessor，数字光处理器）4）投影仪的主要技术指标流明度（亮度）分辨率对比度第二节图像色彩模式1色彩模式（1）RGB颜色123456789101112131415161718192021222324字节字节字节24位RGB色彩每个通道范围：0~255表示颜色数量：224=167772160~2550~2550~2551111111100000000000000002550001111111000000000000000012700RGB按照色域大小，又可以分为很多类型，如sRGB、AdobeRGB、AppleRGB等。（1）sRGBsRGB是惠普和微软1996年合作创建的用于显示器、打印机和互联网的RGB色彩空间，随后由IEC标准化为IEC61966-2-1:1999原色色度xyY红0.64000.33000.2126绿0.30000.60000.7152蓝0.15000.0600.0722白点0.31270.3291.0000CIExyY计算sRGBRlinear、Glinear

与Blinear

的取值范围为[0,1]。sRGB是反映真实世界gamma为2.2的典型显示器的效果，因此使用下面的变换公式将线性值转换到sRGB。设Clinear

为Rlinear、Glinear

或者Blinear，Csrgb

为Rsrgb、Gsrgb

或者Bsrgb：其中a=0.055这些经过gamma校正的值范围为0到1。如果需要0到255的取值范围，如用于视频显示或者8位图形，通常将它乘以256然后取整。sRGB计算CIExyY假设sRGB分量的值Rsrgb、Gsrgb、Bsrgb

的取值范围为0到1。（2）AdobeRGBAdobeRGB是由Adobe公司于1998年推出的色彩空间标准，它拥有宽广的色彩空间和良好的色彩层次表现颜色xy红0.64000.3300绿0.21000.7100蓝0.15000.0600白0.31270.3290（3）AppleRGBAppleRGB的色域与sRGB属于同一档，两者都是采用较窄的色域范围。AppleRGB主要是基于老式的AppleTrinitron彩色显示器，对于不使用这种显示器的人来说，不建议使用这个色彩空间。（4）ColorMatchRGBColorMatchRGB的色域比AdobeRGB色域要小，但是却比sRGB和AppleRGB的色域大，它是一种保证颜色质量的业界标准，也是颜色业界中的知名空间，这个空间中也包含了CMYK打印色域。对于主要使用CMYK打印的人来说，仍应使用宽色域色彩空间创建图像的主控文档，在准备输出时才将其转换至CMYK，这要比一开始就工作在CMYK色域中要好得多。（5）ProPhotoRGBProPhotoRGB是一种色域非常宽的工作空间，其色域比AdobeRGB大得多，是Kodak提出的一种规范，用于描述某些Ektachrome正片能够重现的各种饱和度非常高的颜色。（6）WideGamutRGBWideGamutRGB也称为AdobeWideGamutRGB，是更大的RGB空间，以致于当前绝大多数显示器都无法完整地显示它颜色CIExCIEy波长红0.73470.2653700nm绿0.11520.8264525nm蓝0.15660.0177450nm白点0.34570.3585选做作业题

将各不同RGB的色域画在一个色度图中NTSCNTSC由美国国家电视标准委员会在1953年订制，目的是为了给当时刚出现不久的CRT彩色电视定制一套标准，由于实在是太过于古老（AppleDOS3.1诞生于1978年，MS-DOS诞生于1980年）早已不适用于现代显示器，更最重要的是对于PC（广义的）和移动设备来说，几乎没有内容创作者是以NTSC为工作空间的，它保留下来最多的用途还是用于比较其他的色彩空间。sRGB、AdobeRGB和NTSC的色域对比如图所示，从图中可以看出，NTSC的色域和AdobeRGB的比较相似，在R和B处有少许不同，这一点从两者的色度坐标表中也可以看出。sRGB覆盖了NTSC大约72%的色域，但是72%NTSC并不相当于100%sRGB，因为72%NTSC所覆盖的色彩不一定在sRGB所覆盖的范围之内。DCI-P3用NTSC标准（美国国家电视标准委员会的色彩信号标准）来衡量的话，DCI-P3相当于96%NTSC，DCI-P3比sRGB色域大了25%。DCI-P3是美国电影行业推出的一种广色域标准，是目前数字电影回放设备的色彩标准之一。它的色域较大，与sRGB相比，绿色和红色的范围更广。颜色xy红0.6800.320绿0.2650.690蓝0.1500.060白点0.31270.329Rec.2020

ITU-RRecommendationBT.2020，简称：Rec.2020，是基于国际电信联盟无线电通信部门BT.709制定的超高清电视（UHDTV-UHD）的色彩标准。（2）灰度12345678表示颜色数量：28=256（3）位图12345678↑↑↑↑↑↑↑↑（4）CMYK颜色每个通道范围：0~100颜色数量：1004字节1C字节2M字节3Y字节4K（5）双色调（6）索引颜色颜色1颜色5……色号颜色1[25500]2[00255]3[1232134]4[4568123]5[20010212]6[8930203]……索引表颜色5颜色1（7）Lab颜色L：0~100a：-128~127b：-128~127（8）多通道颜色多通道模式是把含有通道的图像分割成单个的通道。CMYK模式转为多通道模式