什么是顏色空間？顏色空間，又稱彩色模型或顏色坐標(biāo)系，是使用數(shù)學(xué)方式表示顏色的一種方法。色差儀作為光電儀器，其內(nèi)部包含CIELAB、 XYZ、Yxy等多種顏色空間，其中最主流的就是CIELAB顏色空間。本文對(duì)色差儀CIELAB顏色空間做了詳細(xì)的介紹，感興趣的朋友可以了解一下！
什么是顏色空間？
顏色可以被人類的視覺系統(tǒng)所識(shí)別，但是對(duì)于不同個(gè)體來說，同一顏色的邏輯描述和實(shí)際的生理判斷往往是不一致的。因?yàn)闆]有一個(gè)可以達(dá)成共識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，就很難對(duì)顏色進(jìn)行定量的描述和識(shí)別。在光學(xué)這個(gè)古老的學(xué)科當(dāng)中，人們很早就開始探索定量描述物理顏色的方法。為了減少主觀因素對(duì)于顏色判斷的影響，一些彩色模型先后被構(gòu)建，這使得顏色在理論上用數(shù)值描述成為可能。
彩色模型也稱顏色空間，是由所有可以用特定空間坐標(biāo)描述的所有顏色構(gòu)成，的，空間本身的坐標(biāo)系通常體現(xiàn)的是某個(gè)可以影響一系列關(guān)聯(lián)顏色變化的顏色屬性，其中每個(gè)坐標(biāo)值都對(duì)應(yīng)著一種顏色。顏色空間的用途就是在特定場(chǎng)景中統(tǒng)一使用某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，人們就可以對(duì)一定的色彩集合達(dá)成共識(shí)。雖然已經(jīng)存在很多顏色表征的理論和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，但是還沒有一種被各應(yīng)用領(lǐng)域普遍接受的彩色模型?，F(xiàn)在被采用的彩色模型也都是依賴于特定應(yīng)用領(lǐng)域或面向硬件控制的，他們?cè)谔囟▓?chǎng)合下可以發(fā)揮很好的參照作用，但是通用性不強(qiáng)。
常用的顏色空間許多種，如RGB，HSV，CMY等。其中RGB是根據(jù)人眼視覺識(shí)別細(xì)胞可以分辨的單色光種類定義的彩色空間，可表示大部分顏色，尤其在藝術(shù)繪畫中應(yīng)用最為廣泛。但是該顏色空間隱藏了色調(diào)、亮度、飽和度三個(gè)量的坐標(biāo)，而只是通過RGB三個(gè)維度來分辨顏色，很難對(duì)特定顏色點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化描述，因此在科學(xué)研究中基本上不采用。HSV顏色空間的出現(xiàn)則是為了滿足顏色顯示數(shù)字化的需求，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形相關(guān)的應(yīng)用當(dāng)中。在HSV顏色空間中，描述顏色的坐標(biāo)變化可以明顯影響人類對(duì)顏色的區(qū)分度，體現(xiàn)在顏色的色調(diào)、飽和度和強(qiáng)度等，而且這種區(qū)分度的變化可以直接對(duì)應(yīng)到數(shù)字顯示設(shè)備的電氣參數(shù)的變化上。CMY則是應(yīng)用于工業(yè)印刷領(lǐng)域的顏色參照標(biāo)準(zhǔn)，它與RGB的加法色特征相反，CMY則是一種基于顏色色調(diào)減法的表示方法。這是因?yàn)镃MY是判斷反射光的色彩，要想得到某種反射光的更強(qiáng)表現(xiàn)，就必須減少印刷上去的那種削弱該種反射光的顏料來得到。
為了脫離特定顏色空間適用范圍的限制，達(dá)成顏色共識(shí)，就必須在測(cè)色儀器中采用設(shè)備無關(guān)的顏色模型。經(jīng)過算法研究人員的努力，最終確定在色差儀當(dāng)中采用CIE規(guī)定一種用于非自照明的顏色空間，CIE1976L*a*b*，或者叫CIELAB。
這個(gè)顏色模型是基于人對(duì)顏色的感覺建立起來的，完全涵蓋了常用的RGB、CMY等顏色模型，空間中的數(shù)值可以描述正常視力的人可以看到的所有顏色。此外，Lab色彩空間描述的是顏色的顯示方式，而不是設(shè)備（如顯示器、桌面打印機(jī)或數(shù)碼相機(jī)）生成顏色所需的特定色料的數(shù)量，所以它是與設(shè)備無關(guān)的顏色模型。所有可見光在設(shè)備相關(guān)的系統(tǒng)顏色空間（如CMY等）中的顏色數(shù)值都可以反推映射到L*a*b*模型中去，這樣就統(tǒng)一了顏色表示方法，并且方便在L*a*b*空間比較不同顏色的差別。特別指出的是，這種映射關(guān)系是與系統(tǒng)相關(guān)的，可以以適當(dāng)?shù)男问奖硎境鰜怼?/p>
色差儀CIELAB顏色空間怎么理解？
CIE1976L*a*b*均勻顏色空間表示顏色的方式，模擬了人眼對(duì)顏色的感覺。如下圖所示，顏色的明度感覺用縱坐標(biāo)L*軸表示，黑色位于最下端，對(duì)應(yīng)明度L*=0；白色最亮位于最上端，對(duì)應(yīng)明度L*=100。a*軸與b*軸共同表示彩色的特性，a*軸正方向代表紅色（偏品紅）的變化，a*軸負(fù)方向代表綠色的變化；b*軸正方向代表黃色變化，b*軸負(fù)方向代表藍(lán)色變化。這四個(gè)變化方向構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)抗顏色的模型。根據(jù)這個(gè)模型，可以得出如下結(jié)論：
（1）紅原色與綠原色互補(bǔ)，黃原色與藍(lán)原色亦互補(bǔ)。
（2）任何顏色都可以由這四個(gè)原色中的一個(gè)或兩個(gè)按一定的明度值混合而成，原色的混合比例決定了混合色的色調(diào)。
（3）如果顏色感覺中含有紅原色成分，就一定不會(huì)含有綠原色，因?yàn)檫@兩個(gè)原色互補(bǔ)。同理，如果一個(gè)顏色感覺中包含藍(lán)原色，也就不會(huì)再有黃色的感覺，這就是對(duì)抗色的原理。
在CIE1976L*a*b*均勻顏色空間中，a*與b*的值表示顏色感覺中的彩色成分。當(dāng)a*和b*的值均為0時(shí)，顏色的飽和度為0，即非彩色，其坐標(biāo)點(diǎn)落到縱坐標(biāo)軸上。所以，所有的非彩色都位于縱坐標(biāo)軸上，從下到上依次為黑、深灰、灰、淺灰和白。顏色的坐標(biāo)點(diǎn)距縱坐標(biāo)軸越遠(yuǎn)，則顏色就越鮮艷。根據(jù)這一性質(zhì)，可以用a*和b*的值進(jìn)一步計(jì)算色調(diào)和飽和度，并使其與顏色的感覺更加接近。在上圖中，任一個(gè)顏色在CIE1976L*a*b*均勻顏色空間的坐標(biāo)位置為P，則其對(duì)應(yīng)的明度值為縱坐標(biāo)的高度，對(duì)應(yīng)的a*與b*坐標(biāo)值為該點(diǎn)在a*與b*坐標(biāo)軸上的投影。根據(jù)圖中的幾何關(guān)系，該顏色的色調(diào)H*可以用該點(diǎn)在a*-b*平面的投影到縱坐標(biāo)軸連線與a*坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)角表示；彩度（或飽和度）C*可以用該點(diǎn)到縱坐標(biāo)軸的距離來表示。因此，可以得到色調(diào)角和彩度分別為：
h*ab=arctan（b*/a*）（弧度）
或者：
h*ab=（180°/π）arctan（b*/a*）
C*=[(a*)2+（b*）2]1/2
根據(jù)a*和b*值的正負(fù)，可以判斷色調(diào)角在0°～360°內(nèi)的變化：如a*>0，b*≥0，則0≤h*ab<90°；如a*≤0，b*>0，則90≤h*ab<180°；如a*<0，b*≤0，則180≤h*ab<270°；如a*≥0，b*<0，則270
結(jié)合上圖可知，在a*-b*平面上，色調(diào)角在0°～90°范圍內(nèi)，a*與b*值都大于0，其間的顏色都由紅和黃原色混合而成；色調(diào)角在90°~180°范圍內(nèi)，a*值小于0，b*值大于0，其間的顏色由黃和綠原色混合而成；色調(diào)角在180°~270°范圍內(nèi)，a*與b*值都小于0，其間的顏色由綠與藍(lán)原色混合而成；色調(diào)角在270°-360°范圍內(nèi)，a*值大于0，b*值小于0，其間的顏色由藍(lán)和紅原色混合而成。
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