两种表色系统.pdf
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1、研究生课程研究生课程 两种表色系统两种表色系统两种表色系统两种表色系统两种表色系统两种表色系统 天津科技大学 蔡圣燕 2013 22013.2 颜色表示法分类颜色表示法分类 混色系统表色法显色系统表色法 混色系统表色法是基 于三原色能够混合匹 显色系统表色法是根 据色彩的外貌按直于三原色能够混合匹 配出各种不同颜色所 归纳的系统 据色彩的外貌,按直 观颜色视觉的心理感 受对颜色进行表示归纳的系统。 例子:1931 CIEXYZ 受,对颜色进行表示。 例子:孟塞尔系统、 色度系统、密度计测 色法 自然颜色系统。 色法 光谱数据表示法? 光谱数据表示法? 2 加色法原理及颜色匹配实验 1.1混色
2、系统表色法 加色法原理及颜色匹配实验 R dR d C(C) R(R)G(G)B(B) RedRed GreenGreen BlueBlue 白 观察者 白屏幕 挡屏 测试光源 3 任意颜色三刺激值计算 1.1混色系统表色法 任意颜色三刺激值计算 设任一颜色的光谱能量分布如 图所示其三刺激值可以通过图所示,其三刺激值可以通过 各单色光三刺激值相加得到。 = )(G )(RR G = = )(B )(G B G =)(BB 4 标准观察者光谱三刺激值 1.1混色系统表色法 标准观察者光谱三刺激值 能量 等能光谱 5 任意颜色三刺激值的计算 1.1混色系统表色法 任意颜色三刺激值的计算 根据
3、色光相加原理,任意颜色的三刺激值就是其各单色光三刺激 值的混合。值的混合。 =d)(x)(kX = d)(y)( d)(x)( kY kX = d)()( d)(y)( kZ kY =d)(z)(kZ 6 CIE色度系统的基本出发点 1.1混色系统表色法 CIE色度系统的基本出发点 用达到匹配时的三刺激值来表示各种颜色感觉,这就是CIE色度系 统的基本出发点,是颜色数字化的方法,也是三色学说的具体体统的基本出发点,是颜色数字化的方法,也是三色学说的具体体 现,代表了眼睛在视网膜阶段的颜色感觉。 7 颜色表示法分类颜色表示法分类 混色系统表色法显色系统表色法 混色系统表色法是基 于三原色能够
4、混合匹 显色系统表色法是根 据色彩的外貌按直于三原色能够混合匹 配出各种不同颜色所 归纳的系统 据色彩的外貌,按直 观颜色视觉的心理感 受对颜色进行表示归纳的系统。 例子:1931 CIEXYZ 受,对颜色进行表示。 例子:孟塞尔系统、 色度系统、密度计测 色法 自然颜色系统。 色法 光谱数据表示法? 光谱数据表示法? 8 孟塞尔颜色系统模型孟塞尔颜色系统模型 9 色 貌 1.2显色系统表色法 色 貌 显色系统表色法是根据色彩的外貌,按直观颜色视觉的心理感受, 对颜色进行表示。对颜色进行表示。 色貌:人眼所感知的颜色外貌,即人们直接观察色刺激时所看到 的色相明度饱和度等颜色感觉的色相、明度
5、、饱和度等颜色感觉。 孟塞尔系统、自然颜色系统。 10 色貌属性 1.2显色系统表色法 色貌属性 色貌用色貌属性描述。只要两种颜色的色貌参数相同,不管条件 如何,它们看起来就是完全相同的。相对色貌属性和绝对色貌属如何,它们看起来就是完全相同的。相对色貌属性和绝对色貌属 性。 1绝对明度Q又称视亮度是人眼感知的色样光1. 绝对明度Q(Brightness),又称视亮度,是人眼感知的色样光 量。 2. 绝对彩度M(Colourfulness),又称艳度,是人眼感知的色样所 含色相内容的数量含色相内容的数量。 3. 心理明度J(Lightness),又称相对明度,是色样绝对明度相对 于参考白绝对明
6、度的概念。CIELAB色空间中的L*分量就是。 11 色貌属性 1.2显色系统表色法 色貌属性 4. 彩度C(Chroma),又称相对彩度,是色样绝对彩度相对于参 考白绝对明度的概念。考白绝对明度的概念。 5. 饱和度s(Saturation),是色样绝对彩度相对于它自身绝对明度 的概念的概念。 6. 色相角h(HueAngle),表示色相的变化,范围是0360。g 12 观察条件参数 1.2显色系统表色法 观察条件参数 光源色温和亮度、适应场、背景、环境、人眼适应状态等。 适应场:通常是白点适应场:通常是白点。 背景:紧邻色样的周围刺激,从色样边缘各方向到10视场范围内。 环境:从背景向
7、外一直到视场边缘极限。 色刺激 环境 背景 13 色貌现象 1.2显色系统表色法 色貌现象 观察条件改变使色貌发生变化的规律。 14 颜色对比效应 1.2显色系统表色法 颜色对比效应 颜色对比效应(SimultaneousContrast) 视场中的各个色块是在相互作用相互对比中被感觉被相互区视场中的各个色块是在相互作用、相互对比中被感觉、被相互区 分的。颜色对比是颜色在三种基本属性之间的相互作用,在对方 色块上诱导出自身的补色叠加到对方色块上色块上诱导出自身的补色,叠加到对方色块上。 15 背景色与色刺激的同时对比实例背景色与色刺激的同时对比实例 16 背景色与色刺激的同时对比实例背
8、景色与色刺激的同时对比实例 17 背景色与色刺激的同时对比实例背景色与色刺激的同时对比实例 18 背景色与色刺激的同时对比实例背景色与色刺激的同时对比实例 19 20 亨特效应(Hunt effect) 1.2显色系统表色法 亨特效应(Hunteffect) 亨特效应:具有固定色度坐标的色刺激,随着视场亮度的提高, 它的绝对彩度(Colorfulness)也会升高。例如,物体的色貌在夏天它的绝对彩度(Co o uess)也会升高。例如,物体的色貌在夏天 中午显得鲜艳和明亮,在傍晚则显得比较柔和。 21 斯蒂文斯效应(Stevens Effect) 1.2显色系统表色法 斯蒂文斯效应(
9、StevensEffect) 斯蒂文斯效应:明度对比(LightnessContrast)随着适应场亮度 (AdaptingLuminance)的增大而增大。当适应场亮度增大时,暗( daptg ua ce)的增大而增大。当适应场亮度增大时,暗 色看起来更暗,亮色看起来则更亮。 明度对比与适应亮度的关系 明度对比与适应亮度的关系 22 色适应 1.2显色系统表色法 色适应 色适应是指光源的色度发生变化时,人眼会自动调节各感光锥体 的响应灵敏度,以形成稳定的视觉和自动的颜色平衡。的响应灵敏度,以形成稳定的视觉和自动的颜色平衡。 不管光源是偏黄还是偏蓝,较亮还是较暗,人眼感觉到的物体颜 色总可以
10、在定范围内保持不变色总可以在一定范围内保持不变。 23 色适应的解释 1.2显色系统表色法 色适应的解释 颜色不是客观存在的实体,而是光刺激作用于眼睛后在人的大脑 中产生的一种反应。因此,颜色是人的感觉(光对眼睛的刺激)和人中产生的种反应。因此,颜色是人的感觉(光对眼睛的刺激)和人 的知觉(大脑对刺激的处理)共同作用的结果。 视觉系统首先通过定方法推断光源的色度和亮度通常借助极视觉系统首先通过一定方法推断光源的色度和亮度(通常借助于极 高光部分、已知物体颜色,或对该场景的印象),然后调整锥体细胞所感 受到的颜色刺激(视锥响应,ConeResponses),结果削弱了颜色判 断对光源色度和亮度
11、的依赖,使颜色识别更容易。这种色适应现断对光源色度和亮度的依赖,使颜色识别更容易。这种色适应现 象只在明亮环境中有效。 蔡圣燕 色适应及色彩管理中的色适应转换J 北京印刷学院学报 2004 12(4):10 12蔡圣燕.色适应及色彩管理中的色适应转换J.北京印刷学院学报,2004,12(4):10-12. 24 对应色色适应变换公式 1.2显色系统表色法 对应色、色适应变换公式 第一个光源下有一色样A,其三刺激值为X1Y1Z1;第二个光源下有 一色样B,其三刺激值为X2Y2Z2,如果人眼感觉色样A与色样B颜色样 ,其三刺激值为 222,如果人眼感觉色样 与色样 颜 色完全一样,那么这两个颜色
12、互为对应色(CorrespondingColor)。 表示对应色三刺激值之间对应关系的公式就叫做色适应变换公式表示对应色三刺激值之间对应关系的公式就叫做色适应变换公式。 25 von Kries色适应转换模式 1.2显色系统表色法 vonKries色适应转换模式 vonKries(18531928)假设人的眼睛中存在感红、感绿、感 蓝三种视锥细胞,它们各自有不同的视锥响应特性。当光源的光蓝三种视锥细胞,它们各自有不同的视锥响应特性。当光源的光 谱改变时,各视锥细胞在不改变基本响应特性的条件下调节它们 之间的响应平衡使白色外貌保持不变从而完成色适应调节之间的响应平衡,使白色外貌保持不变,从而完
13、成色适应调节。 如光源中的红光成分较强,蓝光成分较弱,则感红细胞会降低感 光度,而感蓝细胞会提高感光度。 三锥体对等能光谱的响应曲线 26 von Kries矩阵 1.2显色系统表色法 vonKries矩阵 视锥响应矩阵用来计算视锥响应三刺激值 与1931CIEXYZ三刺激 值之间的关系。vonKries色适应转换的视锥响应矩阵又称为von值之间的关系。 oes色适应转换的视锥响应矩阵又称为 o Kries矩阵。 = Y X M = Z YM vKries 045700165321226300 08081. 070760. 040024. 0 M = 91822. 00 . 00 . 0 0
14、4570. 016532. 122630. 0 vKries M 27 von Kries色适应转换 1.2显色系统表色法 vonKries色适应转换 , 1. 将实际照明光源下的XYZ三刺激值转换成视锥响应三刺激值 。 2 调整视锥响应值以反映参考照明光源下的色适应 , 2. 调整视锥响应值,以反映参考照明光源下的色适应。 3. 将调整好的视锥响应值转换为参考照明光源下的XYZ值。 = srcsrc Y X M0/0 00/ MY X src vKriespcs srcpcs 1 vKriespcs pcs src srcsrc Z/00Z srcpcs p pcs p X = WPsrc
15、 WPsrc vKriessrc src Z Y X M = WPpcs WPpcs vKriespcs pcs Z Y X M WPsrcsrc Z WPpcspcs Z 28 色貌模型 1.2显色系统表色法 色貌模型 色貌模型不仅要求能够定量表示色貌和色差,预测颜色外貌变化, 而且能够在颜色表示与计算中打破观察条件、媒体的限制。而且能够在颜色表示与计算中打破观察条件、媒体的限制。 色貌模型:在特定照明、背景以及观察环境等条件下,用CIE色 度参数进行色貌属性预测的数学模型度参数进行色貌属性预测的数学模型。 29 色貌模型研究初始阶段 3.0色貌模型发展历史 色貌模型研究初始阶段 早在1
16、902年,vonKries 就提出了一种色适应模型,用于预测不 同观察条件下颜色感觉相同的颜色,即相应色(Corresponding同观察条件下颜色感觉相同的颜色,即相应色(Co espo dg Color)。 与此同时Mll也在发展色貌的度量方法如明度色相和与此同时,Munsell也在发展色貌的度量方法,如明度、色相和 饱和度。 这两部分组成了色貌模型的主要成分:色适应模型和感知色空间。 30 CIELAB及CIECAM97 3.0色貌模型发展历史 CIELAB及CIECAM97 色貌模型最初的工作随着CIE推荐了1976CIELAB色空间而暂告 一段落。CIELAB是最早的色貌模型,能够
17、预测各色貌属性,但功段落。C是最早的色貌模型,能够预测各色貌属性,但功 能太弱。 于是不久发展更精确更全面的色貌模型的研究迅速展开到于是不久,发展更精确、更全面的色貌模型的研究迅速展开。到 20世纪80年代末90年代初,越来越浓的研究兴趣和对色貌模型的 实际应用需求,使得该领域的研究大大加快,产生了很多色貌模 型(如Hunt94、Nayatani95、RLAB和LLAB),最终导致1997型(如Hunt94、Nayatani95、RLAB和LLAB),最终导致1997 年CIECAM97色貌模型的建立和采纳。 M D Fairchild Refinement of the RLAB color
18、 spaceColor Res Appl1996 338-346 M.D.Fairchild,RefinementoftheRLABcolorspace,ColorRes.Appl.1996,338-346. 31 CIECAM97及CIECAM02 3.0色貌模型发展历史 CIECAM97及CIECAM02 CIECAM97的提出结束了色貌模型分散研究的局面,使研究工作 集中到对这一模型的改进上。不久,人们就意识到CIECAM97存集中到对这模型的改进上 。不久,人们就意识到CC9 存 在的一些缺点,于是提出了修改意见和改进方法。2002年,CIE 又推荐了个新的色貌模型CIECAM02又
19、推荐了一个新的色貌模型CIECAM02。 CIECAM02不仅对CIECAM97s的许多问题进行了改进,而且增强 了对大多数色貌属性的预测能力。 K.M.BraunandM.D.Fairchild,Testingfivecolorappearancemodelsforchangesingppg viewingconditionsJ.ColorResearchandApplication,1997:165-174. 32 iCAM 3.0色貌模型发展历史 iCAM 上述色貌模型都是针对简单色块设计的,但实际应用中大部分是 图像。图像具有颜色空间分布复杂的特点,相邻的颜色刺激相互图像。图像具有颜
20、色空间分布复杂的特点,相邻的颜色刺激相互 影响,空间分辨率对图像色貌产生相当大的影响。 人们意识到色貌建模要取得革命性的进步还需要更严格地对待人们意识到色貌建模要取得革命性的进步,还需要更严格地对待 空间(或许还有时间)色貌现象。于是,2002年Munsell实验室 提出了图像色貌模型iCAM。 33 色貌模型介绍色貌模型介绍 S-CIELAB IPT色空间CIECAM97s CIECAM02iCAMCIECAM02iCAM 34 S-CIELAB(Spatial-CIELAB) 3.1S-CIELAB S CIELAB(Spatial CIELAB) 1996年美国斯坦福大学的Xueme
21、i Zhang和BrianA.Wandell在 CIELAB色空间的基础上提出了S-CIELAB(Spatial-CIELAB)色空间,C色空间的基础上提出了S C(Spat a C)色空间, 目的是用于图像质量评价。 35 S-CIELAB计算流程图 3.1S-CIELAB S CIELAB计算流程图 36 S-CIELAB的计算过程 3.1S-CIELAB S CIELAB的计算过程 1.颜色分离 颜色分离是将XYZ图像变换为三个对立色平面即亮度分量平面颜色分离是将XYZ图像变换为三个对立色平面,即亮度分量平面、 红-绿分量平面和黄-蓝分量平面,其实质是颜色视觉阶段学说中 从三色机制向
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