颜色空间之CIE色度模型

时间:2022-01-24 16:16:44

    国际照明委员会(CIE,Commission Internationale de L'Eclairage / International)的色度模型是最早使用的模型之一。它是三维模型,其中,x和y两维定义颜色,第3维定义亮度。CIE在1976年规定了两种颜色空间。

    一种是用于自照明的颜色空间,叫做CIE LUV,如下图:

 颜色空间之CIE色度模型

                                        CIE 1976年 LUV色度图

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    另一种用于非自照明的颜色空间,叫做CIE 1976 L*a*b,或者叫做CIE LAB。CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate),如下图所示。CIE LAB使用b*,a*和L*坐标轴定义CIE颜色空间。其中,L*值代表光亮度,其值从0(黑色)到100(白色)。b*和a*代表色度坐标,其中a*代表红-绿轴,b*代表黄-蓝轴,它们的值从0到10。a*=b*=0表示无色,因此L*就代表从黑到白的比例系数。使用对色坐标(opponet color coordinate)的想法来自这样的概念:颜色不能同时是红和绿,或者同时是黄和蓝,但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。

  颜色空间之CIE色度模型

                                       CIE LAB颜色空间

明度指数L*(亮度轴),表示黑白,0 为黑色, 100 为白色,0-100之间为灰色。 
色品指数a*(红绿轴),正值为红色,负值为绿色。
色品指数b*(黄蓝轴),正值为黄色,负值为蓝色。
所有颜色都可以用L*a*b*这三个数值表示,试样与标样的L*a*b*之差,用ΔL*Δa*Δb*表示;ΔE*表示总色差。
ΔL*为正,说明试样比标样浅;为负,说明试样比标样深。 
Δa*为正,说明试样比标样红(或少绿);为负,说明试样比标样绿(或少红)。 
Δb*为正,说明试样比标样黄(或少蓝);为负,说明试样比标样蓝(或少黄)。


CIE Lab 欧几里得距离计算

在L*a*b* 模型中均匀改变对应于在感知颜色中的均匀改变。所以在L*a*b* 中任何两个颜色的相对感知差别,可以通过把每个颜色处理为(有三个分量:L*, a*, b* 的)三维空间中一个点来近似,并计算在它们之间的欧几里得距离。在L*a*b* 空间中的这个欧几里得距离是ΔE(经常叫做“Delta E”,更精确的是ΔE*ab)。

使用L*a*b* 中的两个颜色颜色空间之CIE色度模型颜色空间之CIE色度模型:

颜色空间之CIE色度模型

一个有关的色彩空间,CIE 1976 (L*, u*, v*)色彩空间,遵从和L*a*b* 同样的原理但有不同的u* 和v* 分量表示(保持相同的L*)。

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CIE Lab续

以往,众多的色差公式给工业的实际应用打来了很大不便,因为不同的色差公式之间的数据很难或者无法互相转换,不同公式计算出来的结果之间无互比性。

为了改变这种混乱的局面,统一色差评价的标准,国际照明委员会(CIE)于1976年推荐了CIELAB均匀颜色空间极其对应的色差公式,统一了色差公式的应用,使得色差仪的应用更具有一般性、广泛性。

CIELAB均匀颜色空间是一个三维体系,其颜色的立体分布如图1所示。自从CIELAB颜色空间推出以来,根据此原理研制的色差仪在工业界得到了广泛的应用,特别是在印染颜料制造、涂料、纺织印染、油墨、塑料着色等行业的产品颜色质量控制中有着很重要的地位。

颜色空间之CIE色度模型
图.1 CIE LAB立体色空间

彩度a和b组成的平面表示颜色的彩度,图2为彩度坐标图,其中,+a表示红,-a表示绿,+b表示黄,-b表示蓝,并且具有非红即绿、非黄即蓝的关系。

图3是L明度值,表示颜色的明暗程度,取值范围0~100。

颜色空间之CIE色度模型
图.2 CIE LAB彩度坐标图

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    CIE xyY色度图是从XYZ直接导出的一个颜色空间,它使用亮度Y参数和颜色坐标x, y来描述颜色。xyY中的Y值与XYZ中的Y刺激值一致,表示颜色的亮度或者光亮度,颜色坐标x, y用来在二维图上指定颜色,这种色度图叫做CIE 1931色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram),如下图(a)所示,图(b)为轮廓图。例如图(a)的A点在色度图上的坐标是x=0.4832,y=0.3045,那么它的颜色与红苹果的颜色相匹配。

  颜色空间之CIE色度模型

 

    CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图,x表示红色分量,y表示绿色分量。E点代表白光,它的坐标为(0.33,0.33);环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色,边界代表光谱色的最大饱和度,边界上的数字表示光谱色的波长,其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上,这条曲线就是单色轨迹,曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值;自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内;RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。