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色彩理论知识(三)

发布时间:2010-10-21   来源:11317仪器商城  

                                                          色彩理论知识(三)

CIE 颜色系统

CIE 表示 Commission Internationale d'Eclairage,是世界闻名的研究颜色的学者的组织。在 1931 年,这些科学家建立了表示可见光谱的一系列颜色空间的标准。CIE 颜色模型和我们前面讨论过的其它模型类似,采用三个坐标来表示一个颜色在色空间中的位置。但是,CIE 空间(包括 CIE XYZ、CIE L*a*b* 和 CIE L*u*v*)是不依赖设备的,也就是说,这些色空间中的颜色范围并不受到某种设备或某一个观察者视觉再现能力的限制。

 

标准观察者

基本的 CIE 色空间是 CIE XYZ, 它建立在标准观察者的视觉能力的基础之上,所谓标准观察者是 CIE 对人的视觉深入研究得出的理想观察者。CIE 针对大量的对象进行了颜色匹配实验,然后用实验的结果产生“颜色匹配函数”和“通用颜色空间”,表示标准的人眼可见颜色的范围。颜色匹配函数是每个光的原色(红、绿和蓝)被使用来感知可见光谱的所有颜色。CIE 分配坐标轴 X、Y 和 Z 来代表三原色。

 

 

 

XYZ 颜色模型

由 XYZ 三个值,CIE 导出了 yxY 色度图,以将可见光谱定义为一个三维颜色空间。此颜色空间也将可见光谱限制在一封闭形状内;只有 yxY 色空间不能描述为一球形。CIE 发现,我们不能均匀地看见所有颜色,因此,色空间被修正成有些歪斜的颜色空间来描述视觉范围。

 

 

 

yxY 图的“自然”形状提供了一般可视色空间的真实透视。然而,该图的歪斜形状表示我们对紫色和红色的微小颜色变化很敏感,对绿色和黄色的变化却容易忽略。你可以看到,色度图的上部绿色和黄色很伸展,而红色和紫色紧紧地堆在一起。

 

CIE 的目标是: 开发一个作为颜色信息交流标准的系统,为颜料、油墨、染料及其它色料生产商使用。这个系统包括颜色匹配的标准,但 CIE XYZ 模型的不平衡性使得这些标准难于清楚地定位。因此,1976 年 CIE 开发出更为均匀的颜色标准:CIE L*u*v* 和 L*a*b*。在这两种模型中,L*a*b* 使用更为广泛。

 

CIE L*a*b* 颜色模型

L*a*b* 色空间良好的平衡结构是基于一种颜色不能同时既是绿又是红,也不能同时既是蓝又是黄这个理论建立的。所以,单个的值可用于描述红色/绿色以及黄色/蓝色特征。当一种颜色用 CIE L*a*b* 表示时,L* 表示明度、a* 表示红/绿值、b* 表示黄/蓝值。许多方面,这个颜色空间很象三维颜色空间如 L*C*H°和 HSL。

 

 

 

如果 L*a*b* 色空间中橙-红阴影是可识别的,它的三刺激数据如下所示:

 

 

 

反射光谱颜色模型

到目前为止,我们所研究过的所有颜色模型都是建立在三刺激数据基础之上的。每个模型都使用三个要素来描述颜色: 三原色或颜色空间坐标轴的三属性。我们将要讨论的最后一个颜色模型,反射光谱颜色模型,是所有模型中精确的。该颜色模型并不依赖三个参考点;相反,反射光谱数据测量可见光谱中多个不同参考点以得到整个光谱能量分布。这是你在用扫描方法和手持式积分球式分光光度仪测量颜色样品时所使用的基本颜色模型。

 

描画反射光谱曲线

反射光谱数据对颜色的描述是的,因此我们可以把它作为“指纹”。我们可以通过绘制反射光谱数据为曲线来目测评估该“指纹”。每个物体的颜色由波长和光能(或反射率强度)组成,它们在测量颜色时提供两个绝对参考点。例如,扫描积分球式分光光度仪以 10nm 的间距将反射光谱分为 31 个参考波长,然后在每个参考点测量反射率强度的等级。

 

该信息可以在由水平轴(代表不同波长的 320 纳米)和纵轴(代表每个参考点下的反射率强度)组成的栅格上被绘制成曲线。下图说明测量颜色的反射光谱曲线上的各点是如何被绘制的。

 

 

 

真实颜色能量

反射光谱数据是你能够在新性能下操作和控制颜色。除了一贯精确,反射光谱数据的另一个优点是它能在任何光源下预知颜色的行为。反射光谱数据是与光源无关的,因为它测量的是反射光的百分比;不论什么光源,反射率百分比是相同的。而且,反射光谱数据可以被转换为任何其它颜色模型(例如 RGB、CMYK、L*a*b*、L*u*v*、L*C*H°以及其它)。反之是不成立的: 你不能从其它颜色模型得到反射光谱数据。

 

下面我们将讨论不同设备和光源对于显示颜色的影响,从中你可更深刻地体会到三刺激数据的局限性和使用光谱数据表示颜色的优越性。

 

色域

RGB 和 CMY(K) 颜色模型是与设备相关的-使用模型三数值创建颜色的能力依赖于设备的能力。我们目前讨论过的四种不同的“设备”对桌面图形和印刷都非常重要: 人眼、扫描仪、监视器和打印机。每种设备都有很宽的颜色范围,或色域:

 

人的视觉可以理解上百万种不同的颜色。

 

照相胶片可以捕捉超过一百万种颜色。

 

不同颜色监视器可以显示上万或百万种颜色,根据不同类型。

 

印刷机可以创建五到六千种颜色。

 

所以仪器的色域都不相同(即使是同一生产商制造的仪器)。不同人的视觉的色域也有些许不同。这意味着有多少不同的 RGB 色空间,就有多少种监视器,而且扫描仪和打印机也是这样。我们可以认为它们在不同“语言环境”下都是流利的。监视器和扫描仪的语言是不同类型的 "RGB",而打印机的语言是外语 "CMYK"。因此,从原始颜色图像再生为最后的打印页面是音调范围压缩的过程是有问题的: 原始图像的某些颜色是扫描仪不能得到的;扫描后的图像的某些是监视器得不到的;显示在屏幕上的图像包括不能在纸上再生的颜色。

 

查看条件

当客观定义“物体颜色”时,我们也必须考虑光源。正如我们先前讨论的,不同光源有自己的波长组成,波长在不同方法下依次被物体影响。例如,人眼看明亮的红苹果在日光下显得很鲜艳,而在荧光灯下显得有些阴暗。同样,在一种光源下显得很类似的两种颜色在另一光源下会显得非常不同。这种现象称为同色异谱。

 

同色异谱

你是否曾在白天在百货公司为裤子和袜子配好色,而回到家在白炽灯下发现它们的颜色不再匹配? 这裤子和袜子就是同色异谱对。纺织品的生产商和其它颜色集中的商品也在每一天遇到这个现象,因此必须找到方法将该影响减到最小。

 

下面的例子是比较同色异谱匹配的两个灰调。在日光灯下,这些灰色匹配得很好。然而,在白炽灯下,第一个灰样有些偏红。这些变化可以通过绘制不同灰样和不同光源的反射光谱曲线得到证明,然后比较两色样之间最强的反射功率:

 

 

 

如果光源条件不再影响我们对颜色的感觉,我们可以立刻发现样品1在任何光源下的红度。事实上,我们可以很清楚地看到它的反射光谱曲线在光谱橙色和红色范围(600 到 700 纳米之间)很快上升。然而,在特定光源下我们的眼睛有错觉。

 

日光包含蓝色波长的强烈影响,在 400 到 500 纳米之间(加亮区域)。当灰色在日光下被照射,蓝色范围内这两种颜色的关系被加强。正如你看到的,它们的反射光谱曲线在这个特定区域的确很接近,形成可以感觉到的匹配。

 

白炽光包含红色波长的强烈影响,在600到700纳米之间(加亮区域)。这当然发生在样品 A 和样品 B 最不同的地方,所以这种差别在白炽灯下被夸大。我们可以在样品 A 反射输出中更清楚地识别红色。

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