亚博集团 深入了解颜色模型(颜色模型)

日期:2021-04-02 02:18:42 浏览量: 76

什么是颜色

Wiki说:颜色或颜色是对眼睛,大脑和我们的生活经验产生的光的视觉效果。好吧,简单来说,颜色是一种光的感觉,是大脑产生的感觉。感觉是非常主观的事情。您如何确定看到的红色与我看到的红色相同?这部影片讲得很好。在继续讨论之前,我们需要假设正常人对同一种光的感受基本相同。

人类视网膜充满了感光细胞。当光进入人眼时,这些细胞将刺激转换为视神经的电信号,最终在大脑中得到解释。视网膜上有两种类型的感光细胞:视锥细胞和视杆细胞。

视锥细胞大部分集中在视网膜中央,每个视网膜中约有700万个视锥细胞。每个视锥细胞都包含对红,绿和蓝光敏感的感光颜料。这种细胞可以在明亮的环境中提供区分颜色和形成精细视觉的功能。

杆状细胞散布在视网膜上,每个视网膜中可能有超过1亿个杆。这种类型的细胞对光更敏感(比锥细胞高100倍以上),并且一个光子足以刺激其活动。杆状细胞不能感知颜色并不能区分出细微的空间,但是它们可以提供区分弱光下的环境的能力(例如,在夜间看到物体的黑白轮廓)。

当一束光束进入人眼时,视神经细胞会产生4种强度不同的信号:三种视锥细胞(红色,绿色和蓝色)的信号和视觉传感器细胞的信号。其中,只有视锥细胞产生的信号才能转换为色彩感。三种类型的视锥细胞(S,M和L)对具有不同波长的光具有不同的响应,并且每个视细胞对特定波长的光更敏感,如下图所示。这些信号的组合就是人眼可以分辨的颜色之和。

三个视锥细胞(S,M和L型)对单色光谱刺激的响应

(横坐标是光的波长,纵坐标是生成的信号的强度)

可引起视锥细胞活动的光的波长范围:31 2. 3nm至74 5. 4mn(可见光)

这是一个重要的理论:我们可以用三种精心选择的单色光刺激视锥细胞,模拟人眼可以感知到的几乎所有颜色(例如红色和绿色的混合光以及单色的黄色光,刺激视锥细胞产生的视神经信号是等效的),这是三色加性模型。因此,“三种原色”的原理是由生理因素引起的。

颜色的数字化

根据上述理论,仅需要选择三种原色,并且对三种原色进行量化,则可以将人的色彩感知量化为数字信号。在三色加性模型中,如果某种颜色(C)和另一种三色混合颜色给人相同的感觉,则这三种颜色的权重称为该颜色(C)的三刺激值。对于如何选择三种原色,如何量化以及如何确定刺激值等问题亚博买球 ,有一套国际标准-CIE标准色度系统。

CIE(国际照明委员会)是位于欧洲的国际学术研究机构。 1931年,CIE在会议上根据先前的实验结果提出了一个标准-CIE1931-RGB标准色彩系统。

CIE1931-RGB系统选择具有三个波长的700nm®54 6. 1nm(G)43 5. 8nm(B)单色光作为三种原色。选择这三种颜色的原因是它们更易于精确产生(通过汞弧光谱过滤产生,并且色度稳定且准确)。

根据人类视觉实验的结果绘制的CIE1931-RGB三刺激值曲线。

从上图可以看出,三种颜色的刺激值R,G和B如何构成某种颜色:例如,约580nm的黄光(红绿线的交点) )可以1:1(通过亮度转换使用。)将红色和绿色这两种原色进行混合以进行模拟。

CIE进行的颜色匹配实验的示意图

请注意,上述某些曲线坐标为负值,这些值是通过颜色匹配实验产生的。如上图所示,当某些光谱色(左)与三种原色(右)匹配时,无论如何调整这三种原色,两个视场都无法匹配。您必须将适当的原色添加到光谱色中(左)。这就是在上述刺激值曲线中一些负值显示为红色的原因。

如果要基于三个刺激值R,G和B表达视觉颜色,则绘制的视觉图形必须是三维的。为了能够在二维平面上表达色彩空间,此处需要进行一些转换。颜色的概念可以分为两个部分:亮度(光的幅度,即亮度)和色度(光波长的组合,即特定颜色)。我们将光亮度(Y)变量分开,然后使用该比率表示三刺激值:

这将得出r + g + b = 1。可以看出,色度坐标r,g和b中只有两个变量是独立的。这样,我们将刺激值R,G和B转换为r,g和Y的三个值(亮度),并将r和g的两个值绘制到二维空间中以获得色域图。

根据CIE1931-RGB模型绘制的rg色度图

在上图中,马蹄形曲线表示单色光谱(即光谱轨迹)。例如,可以看到540nm单色光由三个基色分量r = 0、 g = 1、 b =(1-r-g)= 0组成。另一个例子是380-540nm波段的单色光。由于配色实验结果中红色为负值,因此该段的色域落在r轴的负间隔内。在自然界中,人眼可以分辨的颜色落在光谱曲线所包围的范围内。

CIE1931-RGB标准是根据实验结果制定的,并且出现负值非常不便于计算和转换。 CIE假定人们对颜色的感知是线性的,因此上述r-g色域图被线性变换以将可见光色域转换为正区域。 CIE在CIE1931-RGB色域中选择了一个覆盖所有可见色域的三角形,然后对该三角形执行以下线性变换,以将可见色域转换为(0,0)(0,1)(如图1所示,0)位于正区域,即三个基色X,Y和Z是虚构的,它们在自然界中不存在,但它们更易于计算。

获得的结果如下图:

CIE1931-XYZ色度图

请注意,这里的颜色只是指示性的,实际上,没有任何设备可以完全覆盖上面的所有自然色域

这张照片具有一些有趣的特性:

色度图中显示的颜色包括普通人可见的所有颜色,即人类视觉的色域。色域的马蹄形弧边界本质上对应于单色光。色域下方的直线边界只能由多种单色光混合形成。

在图中任意选择两个点,两个点之间的直线上的颜色可以与两个点的颜色混合。给定三个点,可以将这三个点形成的三角形中的颜色与这三个点的颜色混合。

给定三个真实的光源,通过混合获得的色域只能是一个三角形(例如液晶显示器的评估结果),而且绝对不可能完全覆盖人类视觉的色域。

这是CIE1931-XYZ标准比色系统。该系统是色度计算,颜色测量和颜色表征的国际统一标准,并且是几乎所有颜色测量仪器的设计和制造的基础。

常用颜色模型

颜色模型是一种数学模型,它描述了一组用于描述颜色的值。例如,编码中最常见的RGB模型是用三个RGB值描述颜色。通常,颜色模型分为两类:与设备有关和与设备无关。

与设备无关的颜色模型:这种类型的颜色模型是基于人眼对颜色感知的测量的数学模型,例如上述的CIE-RGB和CIE-XYZ颜色模型亚博app ,以及派生的CIE- xyY,CIE-L * u * v,CIE-L * a * b和其他颜色模型。这些颜色模型主要用于计算和测量。

与设备有关的颜色模型:以最常见的RGB模型为例。一组确定的RGB值将显示在LCD屏幕上,并最终作用于三色LED的电压。当这样的一组值在不同的设备上解释时,获得的颜色可能不相同。对于另一个示例,CMYK模型需要由打印设备解释。常见的与设备相关的模型是:RGB,CMYK,YUV,HSL,HSB(HSV),YCbCr等。这种颜色模型主要用于设备显示,数据传输等。

以下说明了每种颜色模型。

CIE-RGB

如上所述,该模型是从真实的人眼颜色匹配实验得出的模型。 RGB代表三种固定波长的光量。

CIE-RGB立体声色域

CIE-XYZ

还有上述内容,它是通过根据CIE-RGB进行转换而获得的颜色模型。 XYZ代表三种假想颜色的光量。通常缩写为XYZ颜色模型。

CIE-XYZ的三维色域

CIE-Yxy

该模型源自CIE-XYZ。其中,Y xy中的Y代表光的亮度。该模型被投影到x-y平面上,即上面的CIE1931-XYZ色度图。 x和y分量的值范围是[0,1]。有时,此模型也称为CIE-xyY。

CIE-xyY三维色域

CIE-L * u * v *和CIE-L * a * b *

CIE1931-XYZ模型没有提供测量两个色差(色差)的方法,并且色差在色度图上也不均匀。因此,CIE基于CIE-XYZ进行非线性压缩,并设计了一个统一的色度图,可以直接测量色度图上的色差,称为CIE UCS色度图(1960和1976各有一个版本),旨在使颜色均匀。

CIE1976 UCS(均匀色度标度)色度图

根据CIE UCS色度图,CIE建立了CIE1976-L * u * v *颜色模型,称为CIELUV。其中L *表示亮度,u *,v *是色度坐标。 L *的值范围是[0,100],u *和v *的值范围是[0,1]。

CIE-L * u * v *用于可自行发光的光源,例如显示器。

rgb模型_rgb颜色空间三维模型_rgb三原色模型

CIE-Luv三维色域图

后来,CIE根据CIE UCS色度图(称为CIELAB或Lab)建立了CIE1976-L * a * b *颜色模型。 L *表示亮度,a *和b *是色度坐标(a *是红/绿轴,b *是黄/蓝轴)。 L *的值范围是[0,100],a *和b *的值范围是[0,1]。

CIE-L * a * b *用于指示反射和透射的对象的颜色。

CIE-L * a * b三维色域

注意,还有一个名为Hunter1948 L,a,b的颜色模型,它是由HunterLab制造的。尽管它与CIE的Lab模型有些相关,但其实现却有所不同。一般来说,Lab颜色模型是指CIE-Lab模型。

CIE-L * C * h

CIE LCH使用与CIE L * a * b *相同的色彩空间,但是以接近人类感知的方式表示色彩。其中,L *表示亮度(值定义与Lab模型相同),C *表示饱和度(色度),h°表示色相(Hue)。 C *和h°由L * a * b *中的a * b *分量转换。

CIE L * C * h°三维色域图(该图的色域应与L * a * b *重叠,可以进行比较)

RGB

最常见的颜色模型,与设备有关。这三个值代表R,G和B分量,所有值均为[0,255]。

RGB颜色模型(通用设备的RGB只能代表CIE-XYZ的一小部分)

可以由普通设备(例如笔记本电脑的LCD屏幕)表示的色域大致如下。

OSX中的ColorCync工具将普通的RGB显示到Yxy三维色域中

CMYK,CMY

此颜色模型通常在打印和发布中使用。 CMYK代表青色(Cyan),品红色(Magenta),黄色(Yellow)和黑色(BlacK)的四种颜料。由于颜料的特性亚博lol ,该模型也与设备有关。与RGB的加色混色模型相比,CMY是减色混色模型。将颜色混合在一起时,亮度会降低。添加黑色的原因是由洋红色,黄色和青色组成的黑色在打印过程中不够纯。

通常,它可以表示的色域很小,如下图所示。

OSX中的ColorCync工具将普通的CMYK显示到Yxy三维色域中

HSL,HSV

HSL和HSV的颜色模型相对相似,用于描述比RGB等模型更自然的颜色。当涉及到计算机绘画时,这两种模型非常受欢迎。

在HSL和HSV中,H代表色相。通常,值的范围是[0°,360°],它对应于红色,橙色,黄色,绿色,蓝色,紫色和红色的顺序的颜色,从而形成了首尾相连的色相圈。色相的物理含义是光的波长,不同波长的光呈现出不同的色相。

在HSL和HSV中,S表示饱和度(有时称为色度,色度),即颜色的纯度。例如rgb模型,龙袍的金黄色饱和度高于粪便黄色。对应于物理意义:也就是说,一束光束可以由许多不同波长的单色光组成。波长越多,分散越多,颜色的纯度就越低,而由单色光组成的颜色的纯度就很高。

两个颜色模型之间的差异是最后一个权重。

HSL中的

L代表亮度(亮度/亮度/强度)。根据缩写,HSL有时称为HLS或HSI(也就是说,HSL,HLS,HSI是同一件事)。

HSV中的V代表“值/亮度”。根据不同的缩写,HSV有时也称为HSB(也就是说,HSV和HSB是同一件事)。

关于亮度和亮度之间的差异,您可以看到下图。纯色的亮度是白色的亮度,纯色的亮度等于中等灰色的亮度。

下图可以更好地比较HSL和HSV之间的区别:圆柱体的外围是纯色(红色,黄色,绿色,蓝色,紫色...)在HSL中,此纯色圆圈位于亮度(L)等于1/2的部分,在HSV中,它位于该值等于1的位置。

切除上面圆柱体的无用部分,并得到以下圆锥形状,您可以更清楚地看到HSL和HSV之间的区别。

YUV,YCbCr(YCC),YPbPr,YDbDr,YIQ

这些颜色模型主要用于电视系统,数码摄影和其他地方。 Y分量都代表亮度(亮度,亮度)。

在YUV颜色模型中,U和V代表色度(色度/色度)。 YUV是欧洲电视系统(属于PAL系统)采用的一种颜色模型。颜色分为亮度信号和两个色差信号进行传输。

在YCbCr(简称YCC)中,Cb和Cr的色度为蓝色(蓝色)和红色(红色)。 YCbCr是YUV的压缩版本和偏移版本。

YPbPr与YCbCr类似,但不同之处在于YPbPr使用的CIE色度坐标略有不同。通常,SDTV发送的色差信号称为Cb和Cr,HDTV发送的色差信号称为Pb和Pr。

YDbDr也类似于YCbCr,但具有不同的色度坐标。 YDbDr是SECAM TV系统使用的颜色模型。

YIQ。 。好吧,它类似于上面的内容。 。它用于NTSC电视系统。

全球电视系统发行,PAL的YUV,SECAM的YDbDr,NTSC的YIQ

其他颜色模型

除了上面比较常见的颜色模型外,还有其他颜色模型(例如LMS,RYB,RAL等)相对较小,因此我不必费心检查它们。 。但是有一个非常有趣的颜色模型:Pantone。

Pantone是一家专门从事色彩开发和研究的权威机构,在世界范围内广为人知,为各个行业提供专业的色彩选择和精确的交流语言。他们最著名的产品是PANTONE色卡,它提供了一系列标准颜色。一套PANTONE色卡并不便宜。 。如果您有兴趣,可以转到AppStore查看PANTONE的工作,那里有一个应用程序……

颜色模型之间的转换

从上面的介绍中,颜色模型通常分为与设备有关和与设备无关,并且在转换时有很多差异。

与设备相关的颜色模型,例如RGB和CMYK。这样的模型仅指定值的范围。例如,RGB的每个分量的值都为0-255。该值看起来如何轻便取决于特定的设备。解释。这种颜色模型与人眼刺激值的具体值无关,它们之间的转换相对简单。

与设备无关的颜色模型,例如XYZ和Lab。这样的模型需要反映真实的可见颜色,因此与设备无关,但是转换相对麻烦并且需要很多条件。

为了在与设备相关和与设备无关的颜色模型之间进行转换,通常将RGB和CIEXYZ用作桥接,如下图所示。

为了将RGB映射到真实的视觉色彩空间XYZ,需要预先定义一些常量。

根据上面介绍的CIE-XYZ色域图,给定三个光源,可以覆盖的最终色域只能是一个三角形,因此在这里您需要定义R,G,和B在XYZ色域中。例如YABO平台 ,下图显示了sRGB定义的颜色空间中R,G和B的绝对位置。这样就建立了从RGB到XYZ的线性关系。

以下是一些常见的RGB颜色空间:

(另外一句话,通常在Photoshop中进行绘制时,默认情况下选择sRGB,并且该色域可以在大多数设备上完全显示。那些声称覆盖100%色域的上游显示器是指AdobeRGB的范围colors域。目前没有设备可以完全显示上一张图片的完整色域。

当RGB为最大值时,此点表示白色。在XYZ色域中,CIE如何定义白色也有一些标准,即标准光源。不同的标准光源具有不同的色温。有关详细信息,请参见Wiki:标准照明。

如下图所示,色温曲线为下图中的弧形。

在中间部分放大时,标准光源的定义位于此曲线附近。

常见标准光源的含义如下:

一盏(2856K)白炽灯

B(4874K)中午直射阳光

C(6774K)北方天光

D50(5003K)地平线日光

D55(5503K)下午的阳光

D65(6504K)中午夏令时

D75(7504K)北方天光灯

E(5454K)代表标准光源D以外的日光

F1(6430K)日光荧光灯

F2(4230K)冷白色荧光灯

F3(3450K)白色荧光灯

F4(2940K)暖白色荧光灯

F5(6350K)日光荧光灯

F6(4150K)简单白色荧光灯

F7(6500K)D65仿真

F8(5000K)D50仿真

F9(4150K)冷白色豪华荧光灯

F10(5000K)飞利浦TL85,Ultralume 50

F11(4000K)飞利浦TL84,Ultralume 40

rgb三原色模型_rgb颜色空间三维模型_rgb模型

F12(3000K)飞利浦TL83,Ultralume 30

在RGB和XYZ之间转换时,需要选择标准光源。通常选择D5 0、 D65。

RGB显示在显示设备上。以电视为例,显像管的电压和亮度不是线性的。例如,0. 5的绿色亮度,显像管可能只需要0. 2的电压即可。

这种关系曲线通常是幂函数:Y =(X + e)γ,即伽马校正。通常,电视系统的Gamma值为2. 2。转换RGB和XYZ时,此值也是必需的参数。

因此,根据以上描述,XYZ和RGB之间的转换需要预定义的RGB模型,标准光源和Gamma值。 。等等。

通常按以下方式选择参数:观察者:2°,光源:D65,RGB模型:sRGB,伽玛:sRGB。

好的,这是在模型之间进行转换的方法。

RGB和HSL之间的转换

(r,g,b)是彩色RGB(红色,绿色和蓝色)坐标,值全部在[0,1]中;

(h,s,l)是颜色的HSL(色相,饱和度,亮度)坐标,h的值范围是[0,36 0)度,s和l的值范围是[0] ,1]。

从RGB转换为HSL时,将max设置为r,g和b中的最大值,将min设置为rrgb模型,g和b中的最小值。转换公式如下。

请注意,在实际情况下,如果r = g = b,则颜色是消色差的。此时,色相应该是未定义的。

以下是RGB到HSL的C代码。为了计算方便,传入和传出值的范围为[0,1]。

从RGB转换为HSL时,将max设置为r,g和b中的最大值,将min设置为r,g和b中的最小值。转换公式如下。

请注意,在实际情况下,如果r = g = b,则颜色是消色差的。此时,色相应该是未定义的。

以下是RGB到HSL的C代码。为了计算方便,传入和传出值的范围为[0,1]。

从HSL转换为RGB时,

如果饱和度(s)= 0,则颜色为无彩色。色相毫无意义,r = g = b = l(亮度)。

如果饱和度≠0,则有以下计算方法:

以下是HSL到RGB的C代码。为了计算方便澳门国际 ,传入和传出值的范围为[0,1]。

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参考资料

维基百科

“真实世界的色彩管理” ..这本书在当当网京东已经断货。