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色差仪有哪些色度空间?不同色度空间怎么转换?

文章出处:未知 人气:112发表时间:2023-11-24

色差仪有哪些色度空间?在色差仪的技术参数中,有一个重要的参数,那就是颜色空间,它是用数值的形式对颜色进行定量描述的一种模型,常见的就有RGB、CIEXYZ、CIELAB、CIELch、CIELuv等,不同颜色空间表示的颜色信息不同,使用不同颜色空间评价颜色就需要转换。本文对色差仪颜色空间类型及转换方法做了介绍。

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色差仪色度空间介绍:

1.RGB色度空间

RGB颜色模型主要基于三基色原理,光的量由基色光的单位来表示,可以用R、G、B三色不同分量的相加混合成任意色光:色彩子空间是一个立方体。在该模型中,R、G、B分别位于3个角上,黑色位于原点处,白色位于离远点最远的对角点处,灰度级沿着这两点的连线分布。在该模型中,不同的颜色处在立方体上或者在其内部,并且可以用从原点分布的向量来定义。即每一种颜色可以用红、绿、蓝三个颜色分量的坐标来表示,如(0,0,0)表示黑色,(160,32,24)表示紫色,(0,255,0)表示绿色,(255,255,255)表示白色等。若将颜色值进行归一化,原立方体就变成一个单位立方体,所有的R、G、B值都取值范围在[0,1]内。

RGB颜色空间采用物理三原色对颜色进行表示,这种方式比较简单,但给定任意一个R、G、B值,无法准确知道所表述的颜色,并不符合人的视觉特点。而且RGB颜色空间不是一个均匀的颜色空间,即空间坐标上等距离的两点并不能表示出颜色的差异性,因此,RGB颜色空间并不适合用作色差检测。

2.XYZ色度空间

由于用RGB颜色空间比配等能光谱时存在负比配,为了用三基色定义出所有的颜色,国际照明委员会CIE定义了三种标准基色XYZ,这三种基色是虚拟的,使颜色比配全部为正值,称为XYZ颜色空间,是一种设备独立的颜色空间。在这个空间内,监视器的颜色范围成为一个变形的六面体。它与RGB颜色空间之间的关系是线性关系。其形状大约为一个顶点在坐标原点的圆锥体,锥体的外表面可以看成由一些从原点出发而终止于一条边的光线组成,这些光线可以看成是某些色彩的各种颜色的集合,而Y值则表示某个颜色的亮度。

XYZ颜色空间包含了所有人类能够发觉的颜色,而且它是基于由实验测定的颜色匹配函数的,因此它不同于RGB颜色空间只是表示监视器所能显示的颜色范围,而是显示所有的颜色。在XYZ颜色空间内,可以通过改变三个分量的数值来得到所需要的颜色。

3.LAB色度空间

CIELab全称CIE1976Lab颜色空间,是由国际照明学术研究机构CIE研制的一种色彩结构,其色域大于RGB色彩空间的色域,实现的颜色范围较广,即可以在颜色空间中表达任何一种颜色信息。它是与设备无关的色彩空间,是以数字化的方式描述了人眼的视觉特性,弥补了与设备相关色彩空间颜色特性不足的问题。

参数L、a、b在CIELAB色彩空间中分别表示颜色亮度、红绿色的程度和黄青色的程度。参数L的值与颜色亮度成正比例关系,取值范围0~100,L的值越大,表达的颜色越亮;a和b代表色度轴,范围是-128-127,当参数值a>0时,值越大表示的颜色就越红属于红色系,参数值a<0时,值越小表示的颜色就越绿属于绿色系;当参数值b>0时,值越大表示的颜色越黄属于黄色系,当参数值b<0时,值越小表示的颜色越青属于青色系。CIELAB色彩空间所表示的颜色与人眼视觉特性相接近,可以通过设置不同的a和b值得到精确的颜色平衡,设置不同的L值来调整亮度对比.

在CIELAB色彩空间中,可以通过计算色彩空间中两点颜色之间的几何距离,来分析判断颜色的差异度,比较方便地测量较小的色差。

4.Lch色度空间

LCH颜色空间是Lab空间变形后得到的圆柱形颜色空间。该颜色空间由L、C、H表示。纵坐标L*值同样对应于颜色三要素的明度,取值0-100;C*代表彩度,即某一颜色的坐标位置与原点的距离,取值0-181,圆心处颜色的饱和度C*值为0,离圆心越远C*的值越大;H*为色调,取值0°-360°,h*代表色调角,是某一颜色坐标在色品平面内的投影点和坐标原点的连线与a轴的夹角。规定h*从正a轴(红)开始为0°,逆时针为正,正b轴(黄)为90°,负a轴(绿)为180°,负b轴(蓝)为270°。

5.Luv色度空间

CIELUV颜色空间是CIE1976L*u*v*均匀颜色空间的简称,在CIELUV空间中,L*为明度,u*、v*为色品指数。三者相互垂直构成色空间来描述相对应的亮度和色度量:垂直的轴是明度L*,位于水平面且互相垂直的是色品指数u*和 v*。

CIELUV颜色空间与CIELAB颜色空间相似,L*,u*,v*是X,Y,Z通过非线性变换得到的,同样用两点间的距离表示颜色之间的色差。CIEL*u*v*和CIEL*a*b*有一些共同的特点。首先,它们的颜色空间虽然距完全均匀仍有距离,但基本上是均匀的。其次,由于是基于颜色测量的CIE系统,CIEL*u*v*和CIEL*a*b*都是与设备无关的颜色空间。与CIELAB颜色空间不同,CIELUV颜色空间更多地应用于光源色和自发光色领域。


色差仪不同色度空间转换方法:

色彩空间转换意味着将一个色彩空间中的颜色特征信息转换到另一色彩空间以,获得相应的颜色信息,即用不同色彩空间中的数据来表示相同的颜色。下面对不同颜色空间之间的转换方法做了介绍。

1.RGB色度空间与XYZ、LAB色度空间转换方法

从RGB色彩空间到CIELAB色彩空间是不能直接转换的,需要首先从RGB色彩空间转换到CIEXYZ色彩空间,然后再转换为CIELAB色彩空间。

从RGB色彩空间到CIEXYZ色彩空间可以通过乘以一个3×3矩阵转换,它们之间存在下面的线性关系:

XYZ转化为RGB颜色空间转化公式

CIELAB色彩空间是直接从CIEXYZ色彩空间上发展起来的,它们之间的关系是非线性的,相应的转换公式如下:

LAB颜色空间与XYZ颜色空间的转换关系

坐标(X0,Y0,Z0)相应于样品白光(即R、G、B分别等于255)所对应的X、Y、Z值。

2.XYZ色度空间与Luv颜色空间转化方法

从CIEXYZ颜色空间到CIELuv颜色空间的转换,可以利用下列公式来完成:

CIEXYZ颜色空间到CIELuv颜色空间转换式

其中:u '=4X/(X+15Y+3Z),v'=9X(X+15Y+3Z),(Xn、Y、Zn)定义为参考白色的对应值,u'n和v'n定义为参考白色的转换值,它们的定义可以参照u'和v'的定义方式。

3.Lab色度空间与Lch色度空间转换方法

LCH色彩空间是从CIELab色彩空间推导出来的,一种颜色可以用LAB表示,也可以用LCH表示。采用LCH对图像进行修正符合日常生活中对色彩进行描述的习惯,色彩修正更加便于理解、更加直观和易于控制。LCH与Lab之间的转换关系为:

色差仪L、a、b值与L、c、h值转换方法

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