顏色基礎知識——各色空間優(yōu)缺點分析

    色知覺差異的定量表示是從明度、色調和彩度這三種顏色屬性的差異來表示。明度差表示深淺的差異，色調差表示色相的差異（即偏紅或偏藍等），彩度差表示鮮艷度的差異。色差評定在工業(yè)和商業(yè)中非常重要，主要應用于生產中的配色和產品的顏色質量控制。

    1931年，CIE（標準照明委員會）建立了一系列表示可見光譜的顏色空間標準。由于任何顏色都可以由RGB三原色混合而成，定義了CIE-RGB基色系統(tǒng)。但這一系統(tǒng)存在一個明顯的缺點，計算顏色三刺激值時會出現(xiàn)負值，給大量的計算帶來不便。由于任何一種基色系統(tǒng)都可以從一種系統(tǒng)轉換到另一種系統(tǒng)，因此人們可以選擇任何一種想要的基色系統(tǒng)，以避免出現(xiàn)負值，并且使用方便?；诖薈IE又推薦了CIE-XYZ系統(tǒng)，這個系統(tǒng)采用想象的X，Y和Z三種基色，它們與可見顏色不相應。

    CIE-XYZ的三基色刺激值X，Y和Z對定義顏色很有用，其缺點是使用比較復雜，而且不直觀。對于一種給定的顏色，如果增加它的明度，每一種基色的光通量也需按比例增加，而且色度值僅與波長(色調)和純度有關，與總輻射能量無關，因此在計算顏色的色度時，把X,Y和Z值相對于總的輻射能量＝(X+Y+Z)進行規(guī)格化，配色方程可規(guī)格化為x+y+z=1。根據顏色坐標(x,y)可確定z，但不能僅從x和y導出三種基色刺激值X，Y和Z，還需要使用攜帶亮度信息的Y值，其值與XYZ中的Y刺激值一致。從而又定義了CIE-xyY顏色空間。



圖1  LAB色空間坐標

    XYZ系統(tǒng)和在它的色度圖上表示的兩種顏色之間的距離與顏色觀察者感知的變化不一致，這個問題叫做感知均勻性(perceptual uniformity)問題。為了解決顏色空間的感知一致性問題，專家們對CIE-XYZ系統(tǒng)進行了非線性變換，制定了CIE-L*a*b*顏色空間。色空間坐標如圖1所示CIE-L*a*b*色空間以L值表示顏色的明度、a值表示顏色的綠紅值、b值表示顏色的藍黃值。L、a、b值可通過XYZ計算得到，計算公式如下所示：
 

                         2.1

                     2.2

                     2.3

其中X_iY_iZ_i是參考樣品或被測樣品的三刺激值，X_nY_nZ_n是標準照明體的三刺激值。



圖2  LCH色空間坐標

    CIE-LCH顏色空間是由CIE-L*a*b*顏色空間推到轉化來，它采用L表示明度值；C表示飽和度值及H表示色調角度值的柱形坐標。色空間坐標如圖2所示。日常生活中人們描述顏色的三屬性就是明度L、色相H與飽和度C。所以用CIE-LCH顏色空間描述顏色更符合日常生活中人們對顏色描述的習慣。

                    2.4
                      2.5

    如果單純以一組L*a*b*或Lch值來判斷某個顏色并沒有太大的實際意義，但是當我們對兩個顏色進行比較時，我們可以通過這兩個顏色的參數差值來判斷出它們之間的差別。通過產品和標準色樣參數值的對比我們可以輕易得知當前產品的顏色狀態(tài)。通過兩組L*a*b*值我們可以計算出兩顏色間的色差，色差用△E_ab^*、△L^*、△a^*、△b^*標定。CIELAB色差公式如下：

                         2.6
                         2.7
                         2.8
               2.9

    △E^*總色差的大小,△L^*大表示偏白，△L^*小表示偏黑,△a^*大表示偏紅，△a^*小表示偏綠，△b^*大表示偏黃，△b^*小表示偏藍。
在L*，a*，b*直角坐標系中，可以導出L*，c*，h*的圓柱極坐標體系。公式如下：


                         2.10
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