色彩管理:XYZ,Yxy,Lab颜色表色系统
在色彩管理中,XYZ、Yxy、Lab是三种重要的颜色表色系统,它们各有特点和应用领域。
XYZ颜色表色系统
定义与背景:XYZ颜色表色系统,也被称为CIE 1931 XYZ表色系统,是国际照明委员会(CIE)在1931年建立的一种标准色度系统。这一系统是在RGB系统的基础上,通过数学方法选用三个理想的原色X、Y、Z来代替实际的三原色,将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值和色度坐标r、g、b均变为正值,从而解决了RGB系统中光谱三刺激值和色度坐标可能出现负值的问题。
特点与应用:
XYZ系统中的X、Y、Z分别代表了RGB三基色的刺激值,且这些值均为正数。
XYZ颜色空间是一个三维空间,可以包含所有人眼可见的颜色。
在色彩管理中,XYZ颜色空间常用于颜色的定量描述和测量,是许多其他颜色空间的基础。
XYZ表色系统概述图
CIE1931 XYZ表色方法
x色度坐标相当于红原色的比例,y色度坐标相当于绿原色的比例。马蹄形的光谱轨迹各波长的位置,可以看到:光谱的红色波段集中在图的右下部,绿色波段集中在图的上部,蓝色波段集中在轨迹图的左下部。中心的白光点E的饱和度最低,光源轨迹线上饱和度最高。如果将光谱轨迹上表示不同色光波长点与色度图中心的白光点E相连,则可以将色度图画分为各种不同的颜色区域。如果能计算出某颜色的色度坐标x、y,就可以在色度中明确地定出它的颜色特征。例如青色样品的表面色色度坐标为x=0.1902、y=0.2302,它在色度图中的位置为A点,落在蓝绿色的区域内。当然不同的色彩有不同的色度坐标,在色度图中就占有不同位置。因此,色度图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征。但是,前面曾经讨论过,色度坐标只规定了颜色的色度,而未规定颜色的亮度,所以若要唯一地确定某颜色,还必须指出其亮度特征,也即是Y的大小。
CIE Yxy颜色空间的不均匀性
色彩差别量与其它物理量在性质上迥然不同。例如长度这一物理量,人们常常可以任意分割,即使人眼无法分辨的微小长度,还可以借助显微镜和其它物理仪器来测量和观察。但是,对于色彩差别量来说,主要取决于眼睛的判断。如果一个眼睛不能再分辨的色彩差别量,而人们又不能借助物理仪器来观察它,这样它就成了一个无意义的数值。我们把人眼感觉不出的色彩差别量(变化范围)叫做颜色的宽容量。颜色的宽容量反映在CIE xy色度图上即为两个色度点之间的距离。因为,每种颜色在色度图上是一个点,但对人的视感觉来说,当这种颜色的色度坐标位置变化很小时,人眼仍认为它是原来的颜色,感觉不出它的变化。所以,对视感觉效果来说,在这个变化的距离(或范围)以内的色彩差别量,在视觉效果上是等效的。对色彩复制和其它颜色工业部门来说这种位于人眼宽容量范围之内的色彩差别量是允许存在的。
公式
1942年,美国柯达研究所的研究人员麦克亚当(D.L.Macadam)发表的一篇关于人的视觉宽容量的论文,迄今为止,仍是在色彩差别定量计算与测量方面的基本著作。在研究的过程中,麦克亚当在CIE xy色度图上不同位置选择了25个颜色色度点作为标准色光,其色度坐标x、y。又对每个色度点画出5~9条不同的方向直线,取相对两侧的色光来匹配标准色光的颜色,由同一位观察者调节所配色光的比例,确定其颜色辨别的宽容量。通过反复做50次配色实验,计算各次所得色度坐标的标准差,即:图1
如图1所示,围绕指定标准色度点向各个方向的辐射线为各标准差的距离,发现在不同方向上,此距离是不相等。围绕标准色度点,在不同方向上取距离为一个标准差的点的轨迹近似一个椭圆。还可以看到在色度图不同位置上的25个颜色点的椭圆形状大小不一样,其长轴方向也不相同。这表明在xy色度图中,在不同位置不同方向上颜色的宽容量是不相同的。换句话说,标准CIE xy色度图上的相同的几何距离,在不同的颜色区域里和不同颜色变化的方向上,所对应的视觉颜色差别量大小是不同的,图中的各个椭圆形宽容量是按实验结果的标准差的10倍绘出的。
Yxy颜色表色系统
定义与背景:Yxy颜色表色系统是在XYZ颜色空间的基础上发展而来的。它保留了XYZ颜色空间中的Y值(代表亮度),并通过计算x=X/(X+Y+Z)和y=Y/(X+Y+Z)来得到两个色度坐标x和y,从而描述颜色的色度特性。
特点与应用:
Yxy颜色空间将三维的XYZ颜色空间简化为二维的xy色度图,便于颜色的可视化表示。
由于排除了亮度的干扰,Yxy颜色空间在色度分析中具有独特优势。
Yxy颜色空间常用于颜色的色度分析和比较,特别是在需要排除亮度影响的情况下。
Lab颜色表色系统
定义与背景:Lab颜色表色系统是由国际照明委员会(CIE)在1976年公布的一种色彩模式。它是基于人对颜色的感觉来设计的,旨在提供一个与设备无关、能够均匀表示颜色的空间。
特点与应用:
Lab颜色空间由三个通道组成:L通道表示亮度(Luminosity),a通道表示从红色到绿色的范围,b通道表示从蓝色到黄色的范围。
Lab颜色空间具有色域宽阔的特点,能够包含RGB和CMYK等颜色模式所不能表示的颜色。
由于Lab颜色空间与设备无关且具有均匀的颜色分布特性,它被广泛用于色彩管理、图像处理、印刷等领域中的颜色匹配和色彩复制工作。