CIE色度空间

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1、 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 1 页 共 14 页 CIE1976 色度空间 （一） 、 CIE1976 L* a* b*色度空间及色差公式 从一开始研究色彩学，人们为 了使色彩设计和复制更精确、更完美，为色彩的转换和校正制定合适的调整尺度或比例，减少由于空间的不均匀而带来的复制误差，在不断寻找一种最均匀的色彩空间，这种色彩空间，在不同位置，不同方向上相等的几何距离在视觉上有对应相等的色差，把易测的空间距离作为色彩感觉差别量的度量。若能得到一种均匀颜色空间，那么色彩复制技术就会有更大进步，颜色匹配和色彩复制的准确性

2、就得到加强。 从 CIE1931RGB 系统到 CIE1931XYZ 系统，再到 CIE1960UCS 系统，再到 CIE1976LAB 系统，一直都在向 均匀化 方向发展。CIE1931XYZ 颜色空间只是采用简单的数学比例方法，描绘所要匹配颜色的三刺激值的比例关系； CIE1960UCS 颜色空间将 1931xy 色度图作了线形变换，从而使颜色空间的均匀性得到了改善，但亮度因数没有均匀化。为了进一步改进和统一颜色评价的方法， 1976 年 CIE推荐了新的颜色空间及其有关色差公式，即 CIE1976LAB（或 L* a* b* ）系统，现在已成为世界各国正式 采纳、作为国际通用的测色标准。

3、它适用于一切光源色或物体色的表示与计算。 CIE1976L* a* b* 空间由 CIEXYZ 系统通过数学方法转换得到，转换公式为： =)/()/(200*)/()/(500*16)/(116*3/103/103/1103/103/110ZZYYbYYXXaYYLY/Y00.01（ 5-17） 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 2 页 共 14 页 其中 X、 Y、 Z 是物体的三刺激值； X0、 Y0、 Z0为 CIE 标准照明体的三刺激值； L* 表示心理明度； a* 、 b* 为心理色度。 从上式转换中可以看出：

4、由 X、 Y、 Z 变换为 * 、 a* 、 b* 时包含有立方根的函数变换，经过这种非线形变换后，原来的马蹄形光谱轨迹不复保持。转换后的空间用笛卡儿直角坐标体系来表示，形成了对立色坐标表述的心理颜色空间，如图 5-43 所示。在这一坐标系统中，+a* 表示红色， -a* 表示绿色， +b* 表示黄色， -b* 表示蓝色，颜色的明度由 L* 的百分数来表示。 图 5-43 色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。 若两个色样样品都按 L* 、 a* 、 b* 标定颜色，则两者之间的总色差E ab以及各项单项色差可用下列公式计算： 明度差： L* =L* 1-L* 2 色度差： a

5、* =a* 1-a* 2 b* =b* 1-b* 2 总色差： 2/1222*)(*)(*)(* baLabE += （ 5-18） 计算举例：在 2标准观察者和 C 光源的照明条件下，测得用黄色油墨印制的三个样品的色度坐标为： No1： Y=71.79， x=0.4210， y=0.4788 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 3 页 共 14 页 No2： Y=70.67， x=0.4321， y=0.4889 No3： Y=67.95， x=0.4441， y=0.4947 C 光源： Y0=100， x0=0.31

6、01， y0=0.3162 下面再按式（ 5-17）进行计算 L* ， a* ， b* 。首先根据式（ 5-14）求各样品色的三刺激值 =yYyxyzYZYYyxYX/)1(/由此得到： No1: Y1=71.79, X1=63.13, Z1=15.02 No2: Y2=70.60, X2=62.46, Z2=11.43 No3: Y3=67.95, X3=61.00, Z3=8.40 C 光源： Y0=100, X0=98.07, Z0=118.22 把这些数值代入式（ 5-17）求得： No.1 No. No. 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325

7、602 88013885 第 4 页 共 14 页 假定以样品色 No.1 为标准，则可计算出它们的色差值为： L* a* b* E abNo.2-No.1 -0.6638 1.3287 7.6053 7.7490 No.3-No.1 -1.9727 3.5920 14.3055 14.8809 （二） 、色差单位的提出与意义 1939 年，美国国家标准局采纳了贾德等的建议而推行 Y1/2、 a*、b*色差计算公式，并按此公式计算颜色差别的大小，以绝对值 1 作为一个单位，称为 NBS 色差单位 。一个 NBS 单位大约相当于视觉色差识别阈值的 5 倍。如果与孟塞尔系统中相邻两级的色差值比较，

8、则1NBS 单位约等于 0.1 孟塞尔明度值， 0.15 孟塞尔彩度值， 2.5 孟塞尔色相值（彩度为 1） ；孟塞尔系统相邻两个色彩的差别约为 10NBS单位。 NBS 的色差单位与人的色彩感觉差别用表 5-5 来描述，说明NBS 单位在工业应用上是有价值的 。后来开发的新色差公式，往往有意识地把单位调整到与 NBS 单位相接近，例如 ANLAB40， Hunter Lab 以及 CIE LAB 、 CIE LUV 等色差公式的单位都与 NBS 单位大略相同（不是相等） 。因此，我们不要误解以为任何色差公式计算出的色差单位都是 NBS。 彩色包装装潢印刷复制技术是 多工序的系统工程，装潢印刷

9、品最终质量的色彩误差，多按正态分布规律 N（ u， 2） ，采用 三倍标准差法 ，取 3作为上、下控制公差。根据国内、外的经验表明：对无特殊要求的一般产品，取 6 E* ab 色差单位作为装潢印刷品颜色公差的控制范围是较为合理的。 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 5 页 共 14 页 在色彩复制质量要求上，由国 家标准局颁布的装潢印刷品GB7705-87（平印） 、 GB7706-87（凸印） 、 GB7707-87（凹印）的国家标准中，对彩色装潢印刷品的同批同色色差为：一般产品 E* ab 5.00 6.00，精细产

10、品 E* ab 4.00 5.00，同时还将这一质量标准作为国家企业晋升的一项条件。 表 5-5 NBS 单位与颜色差别感觉程度 NBS 单位色差值 感 觉 色 差 程 度 000.50 （微小色差）感觉极微（trave） 0.51.51 （小色差）感觉轻微（slight） 1.53 （较小色差）感觉明显 （noticeable） 36 （较大色差）感觉很明显（appreciable） 6 以上 （大色差）感觉强烈（much） （三） 、 CIE a* b* 心理色度图的形状分析 CIE rg 色度图和 CIE xy 色度图中色度坐标所反映的是三原色各自在三刺激值总量中的相对比例， 它表示了颜

11、色相同和彩度相同而亮度不同的那些颜色的共同特征，色度 图的范围代表颜色的色域。 我们以 Y=19.77（孟塞尔明度 V=5）时的 xy 色度图（图 5-44）为例来观察转换后 a* b* 心理色度图的情况。 图中射线为孟塞尔色卡中恒定色相轨迹。利用式（ 5-17）进行转换，这是一种非线形转换，图 5-44 中的马蹄形光谱轨迹不复保持， 而成为一种不规则的楔形 （图5-45） ，在 CIEa* b* 心理色度图中，蓝原色向右下方伸展形成楔形的尖。 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 6 页 共 14 页 图 5-44 xy

12、色度图 图 5-45 a* b* 心理色度图 图 5-46 为图 5-45 的局部，反映出孟塞尔明度 V=5 时，孟塞尔色卡中恒定色相轨迹和恒定彩度轨迹， 可以看出 a* b* 心理色度图具有较好的均匀性。 图 5-46 Y=19.77（ V=5）时 a* b* 心理色度图 如果知道了色样的刺激值 Y（亮度因数） ，则式（ 5-17）中的刺激值 X、 Z 可用色度坐标来表示： （5-19） 将式（ 5-19）代入式（ 5-17）中，得 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 7 页 共 14 页 （ 5-20） 由式（ 5-2

13、0）知转换过程中 a* b* 心理色度图的大小范围与亮度因数 Y 有关，随着 Y 值的增大， a* b* 色度图的范围也逐渐增大，当Y 达到最大值 100 时， a* b* 色度图的范围最大。图 5-47 中外圈曲线S1 表示 a* b* 色度图的最大范围，内圈曲线 S2 表示 Y=19.77（ V=5）时的范围。 目前在实用技术上，色彩设计及处 理软件使用某一区域（如-120a* 120， -120b* 120）来表示 a* b* 色度图的范围。 图 5-47 Y=100 时 a* b* 心理色度图的范围 （四） 、 CIE L* a* b* 色度空间的均匀性 CIE LAB(CIE L*

14、a* b* )色度空间是 1976 年国际照明委员会推荐的均匀颜色空间， 1987 年我国发布的 GB7921-87 将 LAB 空间作为国家标准。目前色彩设计及复制等行业在色彩校正、计算以及 DTP 系统中， CIE LAB 空间已被普遍使用。 虽然 CIE LAB 色度空间是 CIE 推荐的均匀颜色空间，颜色的均匀性较 Yxy 空间有很大改善，而实际上 CIE LAB 空间对于人眼的色 参考文档 CIE1976 色度空间 杭州研特科技有限公司 0571 81325602 88013885 第 8 页 共 14 页 彩感觉来说也还是不均匀的。在该空 间的某个区域（如红色区域）取两个色样点与另一区域 （如绿色区域） 同等距离的两个色样点作比较，会发现在红色区域的两个色样的视感觉差别和 绿色区域的两个色样的视感觉差别不一样，即在不同颜色区域，色彩的宽容量数值是不相等的。这种颜色空间的不均匀性给我们在彩色复制过程带来了误差，在使用 CIE