色彩管理:XYZ,Yxy,Lab顏色表色系統(tǒng)
在色彩管理中,XYZ、Yxy、Lab是三種重要的顏色表色系統(tǒng),它們各有特點和應用領域。
XYZ顏色表色系統(tǒng)
定義與背景:XYZ顏色表色系統(tǒng),也被稱為CIE 1931 XYZ表色系統(tǒng),是國際照明委員會(CIE)在1931年建立的一種標準色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是在RGB系統(tǒng)的基礎上,通過數(shù)學方法選用三個理想的原色X、Y、Z來代替實際的三原色,將CIE-RGB系統(tǒng)中的光譜三刺激值和色度坐標r、g、b均變?yōu)檎?,從而解決了RGB系統(tǒng)中光譜三刺激值和色度坐標可能出現(xiàn)負值的問題。
特點與應用:
XYZ系統(tǒng)中的X、Y、Z分別代表了RGB三基色的刺激值,且這些值均為正數(shù)。
XYZ顏色空間是一個三維空間,可以包含所有人眼可見的顏色。
在色彩管理中,XYZ顏色空間常用于顏色的定量描述和測量,是許多其他顏色空間的基礎。
XYZ表色系統(tǒng)概述圖
CIE1931 XYZ表色方法
x色度坐標相當于紅原色的比例,y色度坐標相當于綠原色的比例。馬蹄形的光譜軌跡各波長的位置,可以看到:光譜的紅色波段集中在圖的右下部,綠色波段集中在圖的上部,藍色波段集中在軌跡圖的左下部。中心的白光點E的飽和度最低,光源軌跡線上飽和度最高。如果將光譜軌跡上表示不同色光波長點與色度圖中心的白光點E相連,則可以將色度圖畫分為各種不同的顏色區(qū)域。如果能計算出某顏色的色度坐標x、y,就可以在色度中明確地定出它的顏色特征。例如青色樣品的表面色色度坐標為x=0.1902、y=0.2302,它在色度圖中的位置為A點,落在藍綠色的區(qū)域內(nèi)。當然不同的色彩有不同的色度坐標,在色度圖中就占有不同位置。因此,色度圖中點的位置可以代表各種色彩的顏色特征。但是,前面曾經(jīng)討論過,色度坐標只規(guī)定了顏色的色度,而未規(guī)定顏色的亮度,所以若要唯一地確定某顏色,還必須指出其亮度特征,也即是Y的大小。
CIE Yxy顏色空間的不均勻性
色彩差別量與其它物理量在性質(zhì)上迥然不同。例如長度這一物理量,人們常常可以任意分割,即使人眼無法分辨的微小長度,還可以借助顯微鏡和其它物理儀器來測量和觀察。但是,對于色彩差別量來說,主要取決于眼睛的判斷。如果一個眼睛不能再分辨的色彩差別量,而人們又不能借助物理儀器來觀察它,這樣它就成了一個無意義的數(shù)值。我們把人眼感覺不出的色彩差別量(變化范圍)叫做顏色的寬容量。顏色的寬容量反映在CIE xy色度圖上即為兩個色度點之間的距離。因為,每種顏色在色度圖上是一個點,但對人的視感覺來說,當這種顏色的色度坐標位置變化很小時,人眼仍認為它是原來的顏色,感覺不出它的變化。所以,對視感覺效果來說,在這個變化的距離(或范圍)以內(nèi)的色彩差別量,在視覺效果上是等效的。對色彩復制和其它顏色工業(yè)部門來說這種位于人眼寬容量范圍之內(nèi)的色彩差別量是允許存在的。
公式
1942年,美國柯達研究所的研究人員麥克亞當(D.L.Macadam)發(fā)表的一篇關于人的視覺寬容量的論文,迄今為止,仍是在色彩差別定量計算與測量方面的基本著作。在研究的過程中,麥克亞當在CIE xy色度圖上不同位置選擇了25個顏色色度點作為標準色光,其色度坐標x、y。又對每個色度點畫出5~9條不同的方向直線,取相對兩側(cè)的色光來匹配標準色光的顏色,由同一位觀察者調(diào)節(jié)所配色光的比例,確定其顏色辨別的寬容量。通過反復做50次配色實驗,計算各次所得色度坐標的標準差,即:圖1
如圖1所示,圍繞指定標準色度點向各個方向的輻射線為各標準差的距離,發(fā)現(xiàn)在不同方向上,此距離是不相等。圍繞標準色度點,在不同方向上取距離為一個標準差的點的軌跡近似一個橢圓。還可以看到在色度圖不同位置上的25個顏色點的橢圓形狀大小不一樣,其長軸方向也不相同。這表明在xy色度圖中,在不同位置不同方向上顏色的寬容量是不相同的。換句話說,標準CIE xy色度圖上的相同的幾何距離,在不同的顏色區(qū)域里和不同顏色變化的方向上,所對應的視覺顏色差別量大小是不同的,圖中的各個橢圓形寬容量是按實驗結(jié)果的標準差的10倍繪出的。
Yxy顏色表色系統(tǒng)
定義與背景:Yxy顏色表色系統(tǒng)是在XYZ顏色空間的基礎上發(fā)展而來的。它保留了XYZ顏色空間中的Y值(代表亮度),并通過計算x=X/(X+Y+Z)和y=Y/(X+Y+Z)來得到兩個色度坐標x和y,從而描述顏色的色度特性。
特點與應用:
Yxy顏色空間將三維的XYZ顏色空間簡化為二維的xy色度圖,便于顏色的可視化表示。
由于排除了亮度的干擾,Yxy顏色空間在色度分析中具有獨特優(yōu)勢。
Yxy顏色空間常用于顏色的色度分析和比較,特別是在需要排除亮度影響的情況下。
Lab顏色表色系統(tǒng)
定義與背景:Lab顏色表色系統(tǒng)是由國際照明委員會(CIE)在1976年公布的一種色彩模式。它是基于人對顏色的感覺來設計的,旨在提供一個與設備無關、能夠均勻表示顏色的空間。
特點與應用:
Lab顏色空間由三個通道組成:L通道表示亮度(Luminosity),a通道表示從紅色到綠色的范圍,b通道表示從藍色到黃色的范圍。
Lab顏色空間具有色域?qū)掗煹奶攸c,能夠包含RGB和CMYK等顏色模式所不能表示的顏色。
由于Lab顏色空間與設備無關且具有均勻的顏色分布特性,它被廣泛用于色彩管理、圖像處理、印刷等領域中的顏色匹配和色彩復制工作。