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色坐标篇1:色度学、色坐标,色温,容差,显色指数
色坐标，色温，容差，显色指数是什么关系?该如何控制? 2700K X:0.463 Y:0.420 4000K X:0.380 Y:0.380 5000K X:0.346 Y:0.359 6400K X:0.313 Y:0.337 色坐标反映的是被测灯管颜色在色品图中的位置,他是利用数学方法来表示颜色的基本参数。 色温就是说灯管在某一温度T下所呈现出的颜色与黑体在某一温度T0下的颜色相同时,则把黑体此时的温度T0定义为灯管的色温。 容差是表征的是光源色品坐标偏离标准坐标点的差异,是光源颜色一致性性能的体现. 显色指数实际上就是显示物体真实颜色的能力，这里的真实颜色指的是在太阳光下照射所反映出的颜色。显色指数与色温是有关系的，一般而言，色温越低显色指数越高，白炽灯就是100，节能灯通常在75-90之间。显色指数反映了照明体复现颜色的能力,根据人们的生活习惯,认为日光下看到的颜色为物体的真实颜色. 色坐标和容差\色温是有关系的,坐标确定后容差和色温也就确定.但他们和现色指数无关.控制它们主要是要稳定制灯工艺,特别是粉层厚薄和真空度,充氩量.然后用荧光粉进行调配,不要随意更换荧光粉厂家. 色坐标与色容差是有关系的，色坐标是根据色标图而算出来的，色差就是实际测出的色坐标与标准的差。色差大从一方面来说也就是你的灯管的稳定性怎么样，以我的经验，你可以去检查一下氩气是否达到工艺要求(氩气适当多一些可增强灯管的一致性)，由于T5是自动圆排机，所以也要检查一下系统的真空度是否良好(真空度差也会使颜色产生较大的差异，最后去测一下，圆排机烘箱的上下端温度差是否在40以内。 白光LED光通量随色坐标增大而增加 研究了在蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法中,色坐标位置对光通量的影响。在同样蓝光功率条件下,我们对标准白光点(色坐标x=0.33±0.05,y=0.33±0.05)附近不同色坐标位置的光通量进行了计算。 假设(0.325,0.332)位置流明效率为100 lm/W,计算得出,最大光通量对应的色坐标位置为(0.35,0.38),光通量为112 lm;最小光通量对应的色坐标位置为(0.29,0.28),光通量为93.5 lm。相对于100 lm的变化幅度达到18.5%。通过与实验数据的对比和分析,进一步验证了白光LED光通量随色坐标增大而增加的这一趋势。 色度学 色度学确切的讲它是研究人眼对颜色感觉规律的一门科学。每个人的视觉并不是完全一样的。在正常视觉的群体中间，也有一定的差别。目前在色度学上为国际所引用的数据，是由在许多正常视党人群中观测得来的数据而得出的平均结果。就技术应用理论上来说，已具备足够的代表性和可靠的准确性。 一、颜色的确切含意 在日常生活中，人们习惯把颜色归属于某一物体的本身，把它作为某一物体所具有的属于自身的基本性质。比如人们所常讲的那是一块红布，那是一张白纸等等。但在实际上，人们在眼中所看到的颜色，除了物体本身的光谱反射特性之外，主要和照明条件所造成的现象有关。如果一个物体对于不同波长的可视光波具有相同的反射特性，我们则称这个物体是白色的。而这物体是白色的结论是在全部可见光同时照射下得出的。同样是这个物体，如果只用单色光照射，那这个物体的颜色就不再是白色的了。同样的道理，一块红布如果是我们在白天日光下得出的结论，那同样是这块布在红光的照射下，在人们眼中反映出的颜色就不再是红色的而是白色的。 这些现象说明，在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成分有着直接的关系。所以说在人们眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。我们用色度学来评价的结论就是这种综合效果。 二、色彩三要素 任何色彩的显示，实际上都是色光刺激人们的视觉神经而产生感觉，我们把这种感觉称之为色觉。色别、明度和饱合度是色彩的三个特征，也是色觉的三个属性，通常将色别、色彩明度和色饱合度称为“色彩三要素”。 1.色别 色彩所具有的最显著特征就是色别，也称色相。它是指各种颜色之间的差别。从表面现象来讲，例如一束平行的白光透过一个三棱镜时，这束白光因折射而被分散成一条彩色的光带，形成这条光带的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色，就是不同的色别。从物理光学的角度上来讲，各种色别是由射入人眼中光线的光谱成分所决定的，色别即色相的形成取决于该光谱成分的波长。我们所讲的光是电磁波谱中的一小部分，波长范围大约为400～700纳米，在这个范围内各种波长的光呈现出各种不同的色彩。在自然界中所呈现出的各种色彩大都是由不同波长和强度的光波混合在一起而显示出来的，有的则是某个单一波长的固有特性色彩。总之，色别就是指不同颜色之间质的差别，它们是可见光谱中不同波长的电磁波在视觉上的特有标志。 2.明度 明度是指色彩的明暗程度。每一种颜色在不同强弱的照明光线下都会产生明暗差别，我们知道，物体的各种颜色，必须在光线的照射下，才能显示出来。这是因为物体所呈现的颜色，取决于物体表面对光线中各种色光的吸收和反射性能。前面提到的红布之所以呈现红色，是由于它只反射红光，吸收了红光之外的其余色光。白色的纸之所以呈现白光，是由于它将照射在它表面上的光的全部成分完全反射出来。如果物体表面将光线中各色光等量的吸收或全部吸收，物体的表现将呈现出灰色或黑色。同一物体由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就产生了同一颜色的物体在不同能量光线的照射下呈现出明暗的差别。白颜料属于高反射率物质，无论什么颜色掺入白颜料，可以提高自身的明度。黑颜料属于反射率极低的物质，因此在各种颜色的同一颜色中(黑除外)掺黑越多明度越低。在摄影中，正确处理色彩的明度很重要，如果只有色别而没有明度的变化，就没有纵深感和节奏感，也就是我们常说的没层次。 3.饱和度 饱和度是指构成颜色的纯度，它表示颜色中所含彩色成分的比例。彩色比例越大，该色彩的饱和度越高，反之则饱和度越低。从实质上讲，饱和度的程度就是颜色与相同明度有消色的相差程度，所包含消色成分越多，颜色越不饱和。色彩饱和度与被摄物体的表面结构和光线照射情况有着直接的关系。同一颜色的物体，表面光滑的物体比表面粗糙的物体饱和度大;强光下比阴暗的光线下饱和度高。 不同的色别在视觉上也有不同的饱和度，红色的饱和度最高，绿色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适中。在照片中，高饱和度的色彩能使人产生强烈、艳丽亲切的感觉;饱和度低的色彩则易使人感到淡雅中包含着丰富。 三、三原色和三补色之间的关系 自然界中各种物体所表现出的不同色彩，都是由蓝色、绿色和红色光线按适当比例混合起来即作用不同的吸收或反射而呈现在人们眼中的。所以，蓝色、绿色和红色就是组成各种色彩的基本成分。因此我们把这三个感色单元称为三原色。 三原色的光谱波长如下： 435.8Nm 波长约400～500 纳米的范围属蓝光范围; 546.1Nm 波长约500～600 纳米的范围属绿光范围; 700Nm 波长约600～700 纳米的范围属红光范围。 这三个原色的光波在可见光光谱中各占三分之一。三个原色中的一个与另外两个原色或其中一个原色等量相加，就可得到其它的色彩，其规律可用下式表示： 红光绿光黄光 红光蓝光品红光 绿光蓝光青光 红光绿光蓝光白光 R +G = Y 1 R + B = M 2 G + B = 3 R +G + B = W 4 由此可见，三原色的构成和叠加可以概括为以下四点： 1.自然界的色彩是由三原色为基本色构成的，三原色按不同的比例相混合可以合成出自然界中的任何颜色。 2.蓝、绿、红这三种原色是互相独立的，它们中的任何一种颜色都不能用另外两种颜色混合得到。 3.三种原色的混合比例决定色别。 4.混合色光的亮度等于各原色光的亮度和。根据上述色光叠加的规律，我们分别将(1)(2)(3)式代入到(4)式中。可得 由R+G=Y 得R=Y-G(5) (5)代入(4)得 Y-G+G+B=W Y+B=W 黄光+蓝光=白光 由R+B=M 得R=M-B(6) (6)代入(4)得 M-B+G=B=W M+G=W 品红光+绿光=白光 由G+B=C 得 G=C-B(7) (7)代入(4)得 R+C-B+B=W R+C=W 红光+青光=白光 黄光蓝光白光 品红光绿光白光 青光红光白光 Y + B = W M +G = W C + R = W 两种色光相加后如果得到白光，则该两色光互为补色。与蓝光、绿光和红光互为补色的三色光分别为黄色、品红光和青光。我们通常称这三色光为“三补色”。这三个补色，在可见光谱中，各约占三分之二。 基本色度学2008-09-27 色度学是—门研究彩色计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。彩色视觉是人眼的—种明视觉。彩色光的基本参数有：明亮度、色调和饱和度。明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。彩色物体的色调决定于在光照明下所反射光的光谱成分。例如，某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势，而其它成分被吸收掉了。对于透射光，其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯;而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光阴纯色光。色调与饱和度又合称为色度，它即说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。 应强调指出，虽然不同波长的色光会引起不同的彩色感觉，但相同的彩色感觉却可来自不同的光谱成分组合。例如，适当比例的红光和绿光混合后，可产生与单色黄光相同的彩色视觉效果。事实上，自然界中所有彩色都可以由三种基本彩色混合而成，这就是三基色原理。 基于以上事实，有人提出了一种假设，认为视网膜上的视锥细胞有三种类型，即红视锥细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。黄光既能激励红视锥细胞，又能激励绿视锥细胞。由此可推论，当红光和绿光同时到达视网膜时，这两种视锥细胞同时受到激励，所造成的视觉效果与单色黄光没有区别。 三基色是这样的三种颜色，它们相互独立，其中任一色均不能由其它二色混合产生。它们又是完备的，即所有其它颜色都可以由三基色按不同的比例组合而得到。有两种基色系统，一种是加色系统，其基色是红、绿、蓝;另一种是减色系统，其三基色是黄、青、紫(或品红)。不同比例的三基色光相加得到彩色称为相加混色，其规律为： 红+绿=黄 红+蓝=紫 蓝+绿=青 红+蓝+绿=白 彩色还可由混合各种比例的绘画颜料或染料来配出，这就是相减混色。因为颜料能吸收入射光光谱中的某些成分，未吸收的部分被反射，从而形成了该颜料特有的彩色。当不同比例的颜料混合在一起的时候，它们吸收光谱的成分也随之改变，从而得到不同的彩色。其规律为： 黄=白-蓝 紫=白-绿 青=白-红 黄+紫=白-蓝-绿=红 黄+青=白-蓝-红=绿 紫+青=白-绿-红=蓝 黄+紫+青=白-蓝-绿-红=黑 相减混色主要用于美术、印刷、纺织等，我们讨论的图象系统用的是相加混色，注意不要将二者混淆。 根据人眼上述的彩色视觉特征，就可以选择三种基色，将它们按不同的比例组合而引起各种不同的彩色视觉。这就是三基色原理的主要内容。 原则上可采用各种不同的三色组，为标准化起见，国际照明委员会(CIE)作了统一规定。选水银光谱中波长为 546.1 纳米的绿光为绿基色光;波长为 435.8 纳米的蓝光为蓝基色光。 实验发现，人眼的视觉响应应取决于红、绿、蓝三分量的代数和，即它们的比例决定了彩色视觉，而其亮度在数量上等于三基色的总和。这个规律称为 Grassman 定律。由于人眼的这一特性，就有可能在色度学中应用代数法则。 白光(W)可由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色相加而得，它们的光通量比例为 ΦR：ΦG：ΦB = 1：4.5907：0.0601 通常，取光通量为1光瓦的红基色光为基准，于是要配出白光，就需要4.5907光瓦的绿光和 0.0601光瓦的蓝光，而白光的光通量则为 Φw =1 + 4.5907 + 0.0601=5.6508光瓦 为简化计算，使用了三基色单位制，记作[R]、[G]、[B]，它规定白光是由各为1个单位的三基色光组成，即 M W = 1[R] + 1[G] + 1 符号M的含义是“可由…混合配出”。由此可知， = 1个单位[R]=1光瓦(红基色光) 1个单位[G]=4.5907光瓦(绿基色光) 1个单位[B]=O.0601光瓦(蓝基色光) 选定上述单位以后，对于任意给出的彩色光C，其配色方程可写成 C=r1[R] + g1[G] + b1[B] 该色的光通量为 Φc=(r1+4.5907g1+0.0601b1)光瓦 =680(r1+4.5907g1+0.0601b1)流明 其中，r1、g1、b1为三个色系数。在只考虑色光色度时，起决定作用的是r1、g1、b1的相对比例，而不是其数值大小，于是可进一步规格化。令 m = r1 + g1 + b1 r = r1/m g = g1/m b = b1/m 显然， r+g+b=1式中， m称为色模，它代表某彩色光所含三基色单位的总量。 r、 g、 b称为 RGB制的色度座标或相对色系数，它们分别表示：当规定所用三基色单位总量为 1 时，为配出某种给定色度的色光所需的[R]、[G]、[B]数值。这样C=m{r[R]+g[G]+b[B]}。
除了数学表达式以外，描述色彩的还有色度图，色度图能把选定的三基色与它们混合后得到的各种彩色之间的关系简单而方便地描述出来。图1 表示一个以三基色顶点的等边三角形。三角形内任意一点 P到三边的距离分别为r、g、b。若规定顶点到对应边的垂线长度为1，则不难证明关系r+g+b=1成立，因此r、 g、 b就是这一色三角形的色度座标。显然，白色色度对应于色三角形的重心，记为 W，因为该点 r=1/3，g=1/3，b=1/3 沿 RG边表示由红色和绿色合成的彩色，此边的正中点为黄色，其色度座标为 r=1/2, g=1/2, b=0.橙色在黄色与红色之间(r=3/4，g=1/4，b=O)。同样，品红色(也称紫色，但与谱色紫不一样)在RB边的中点(r=1/2，g=0，b=1/2)，青色在 BG边的中点 (r=0,g=1/2,b=1/2)。穿过 W点的任一条直线连接三角形上的两点，该两点所代表的颜色相加均得到白色。通常把相加后形成白色的两种颜色称为互补色。例如图中的红与青、绿与品红、蓝与黄皆为互补色。从三角形边线上任一点(如R点)沿着此点与W的连线 (如RW)移向 W点，则其颜色(如100%饱和度的纯红色)逐渐变淡，到达W点后颜色就完全消失。上述色三角形称为 Maxwell色三角形，使用起来有所不便。如果我们用类似直角三角形的形式直接标度，就方便多了。基于r+g+b=l，故在直角三角形中只需标出 r和g的单位，由 b=1-r-g即可知道b。如色度Q，位于座标r=0.5, g=0.2处，说明色度Q包含0.5单位[R]、0.2单位[G]和0.3单位[B]。虽然RGB色度图的物理概念清晰，但还有不足之处。譬如在色度图上不能表示亮度，且相对色系数出现负值等。下面介绍一种确定彩色的标准坐标系统，称为 CIE色度图。 CIE是法文 Commission International del"Eclairage(国际照明委员会)的缩写词。 CIE 色度图所用的三基色单位为 [X]、[Y]、[Z]，而任何一种彩色均可由此三基色单位来表示，即 C=x1[X]+y1[Y]+z1[Z] 式中，x1、y1、z1为三个色系数。在选择三基色单位[X]、[Y]、[Z]时，必须满足下列三个条件以克服 RGB 色度图的弊病。 (1)当它们配出实际色彩时，三个色系数均应为正值; (2)为方便计算，使合成彩色光的亮度仅由y1[Y]一项确定，并且规定1[Y]光通量为1 光瓦。换句话说，另外两个基色光不构成混合色光的亮度，但合成光的色度仍然由[X]、 [Y]、[Z]的比值确定; (3)x1[X]=y1[Y]=z1[Z]时，混合得到是白光。 根据上述三个条件求得XYZ色度图中的三基色为任意色彩C在XYZ空间中可以表示为 |[X]| |[R]| |[Y]| = A |[G]| |[Z]| |[B]| 其中 | 0.4185 -0.0912 0.0009 | A = |-0.1587 0.2524 -0.025 | |-0.0828 0.0157 0.1786 | 任意色彩 C 在 XYZ 空间中可以表示为 C = m’{x[X] + y[Y] + z[Z]} 其中 m’= x1+y1+z1, x=x1/m’,y=y1/m’,z=z1/m’ 显然, x+y+z=1 我们称 x、 y、 z为 XYZ制的色度座标或相对色系数。上式说明，三个色度座标中有一个是不独立的，因而可以用 x，y直角座标系来表示各种色度，这样的平面图形就是 CIE色度图，如图2所示。由图可见，所有的色谱(可见光谱中包含的一系列单色)都位于马蹄形曲线上，曲线上加注了毫微米标记，以便能根据它们的波长而辨别其单色。在马蹄形内部包含了用物理方法能实现的所有彩色。马蹄形的底部没有给予标记，因为那里是非谱色(各种紫红色，这些彩色不能作为单色出现在光谱上)，对于这些非谱色，波长当然是没有意义的。
最后着重指出，[X]、[Y]、 [Z]只是计算量，是一种假想的三基色，不能用物理方法直接得到。 三色理论的基本要点是，任意彩色可由适当比例的三种基本彩色匹配出来。在加性系统，如彩色电视中, 三基色是红、绿和蓝，把适当比例的三基色投射到同一区域，则该区域会产生一个混合彩色。而匹配这个混合色的三基色并不是唯一的。CIE为适应不同的需要，建立了一系列标准基色参考系。例如谱色基色系中，三基色是三个谱色，其波长分别为：红=700纳米，绿=546.1纳米，蓝=435.8纳米。匹配一个混合色的三刺激值的各个份额叫三刺激值，它们的单位是这样确定的：匹配一个可见光谱中的等能白色时，三刺激值恰好相等。匹配同一个混合色，采用不同的参考系得到的三刺激值就不同。于是就存在一个不同三刺激值之间的转换问题。这里我们简单地给出几种常见的变换关系： 均匀色度空间坐标系 4x 6y u = -------------- , v = -------------- -2x + 12y +3 -2x + 12y +3 S-θ-W 坐标系 ____________ _____________ / * 2 * 2 * / 2 2 S=√(U ) +(V ) =13W √(u-u0)+(V-V0) * -1 V -1 v-v0 θ=tan ---- = tan ------ * u-u0 U L-a-b 坐标系 1/3 L=25 (100*Y/Y0) -16 1/3 1/3 a=500 [(X/X0) - (Y/Y0) ] 1/3 1/3 b=200 [(Y/Y0) - (Z/Z0) ]
色坐标篇2:色坐标轴定义
一）CIE色度模型国际照明委员会（CIE，Commission Internationale de L"Eclairage / International Commission on Illumination）的色度模型是最早使用的模型之一。它是三维模型，其中，x和y两维定义颜色，第3维定义亮度。CIE 在1976 年规定了两种颜色空间。一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIE LUV（图06-02-2）。 图06-02-2 CIE 1976 Lu’v’色度图另一种用于非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 L*a*b*，或者叫CIE LAB。CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate)，如图06-02-3 所示。CIELAB 使用b*, a *和 L*坐标轴定义CIE 颜色空间。其中，L*值代表光亮度，其值从0(黑色)~100(白色)。b*和a*代表色度坐标，其中a* 代表红-绿轴，b* 代表黄-蓝轴，它们的值从0到10。a*= b* = 0表示无色，因此L* 就代表从黑到白的比例系数。使用对色坐标（opponet color coordinate）的想法来自这样的概念：颜色不能同时是红和绿，或者同时是黄和蓝，但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。图06-02-3 CIE LAB 颜色空间 CIE XYZ 是国际照明委员会在1931 年开发并在1964年 修订的CIE 颜色系统(CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。它使用相应于红、绿和蓝三种颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出。通过相加混色或者相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生。CIE 1931 色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如图06-02-4(a)所示，图(b)是它的轮廓图。图(a)中的A点在色度图上的坐标是x ＝0.4832，y ＝0.3045，它的颜色与红苹果的颜色相匹配。图06-02-4 CIE 1931图06-02-4 CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE 色度图，x 表示红色分量，y 表示绿色分量。图中的E 点代表白光，它的坐标为(0.33，0.33)；环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。 （二） RGB颜色空间计算机颜色显示器显示颜色的原理与彩色电视机一样，都是采用R、G、B相加混色的原理，通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生颜色的。这种颜色的表示方法称为RGB颜色空间表示。在多媒体计算机技术中，用得最多的是RGB颜色空间表示（图06-01-9）。根据三基色原理，用基色光单位来表示光的量，则在RGB颜色空间，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成： F＝r [ R ] + g [ G ] + b [ B ] RGB颜色空间还可以用一个三维的立方体来描述（图06-02-5）。 图06-02-5 RGB颜色空间 我们可知自然界中任何一种色光都可由R、G、B三基色按不同的比例相加混合而成，当三基色分量都为0（最弱）时混合为黑色光；当三基色分量都为k（最强）时混合为白色光。任一颜色F是这个立方体坐标中的一点，调整三色系数r、g、b中的任一系数都会改变F的坐标值，也即改变了F的色值。RGB颜色空间采用物理三基色表示，因而物理意义很清楚，适合彩色显像管工作。然而这一体制并不适应人的视觉特点。因而，产生了其他不同的颜色空间表示法。（三）HSI颜色空间HSI（Hue，Saturation and Intensity）颜色空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）来描述颜色。HSI颜色空间可以用一个圆锥空间模型来描述（图06-02-6）。图06-02-6 HSI颜色圆锥空间模型用这种描述HIS颜色空间的圆锥模型相当复杂，但确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。其中：（A）HSI圆锥空间模型（B）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。（C）纵轴表示亮度：亮度值是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴线上的点表示完全不饱和的颜色，按照不同的灰度等级，最亮点为纯白色、最暗点为纯黑色。（D）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。（E）圆锥横切面：色调H为绕着圆锥截面度量的色环，圆周上的颜色为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心的半径横轴。通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于颜色处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI颜色空间，它比RGB颜色空间更符合人的视觉特性。在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI颜色空间中方便地使用，它们可以分开处理而且是相互独立的。因此，在HSI颜色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。HSI颜色空间和RGB颜色空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着转换关系，如公式所示：其中（四）YUV（Lab）颜色空间在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD（电耦合器件）摄像机，它把得到的彩色图像信号，经分色、分别放大校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y、B－Y，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV颜色空间。采用YUV颜色空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。根据美国国家电视制式委员会NTSC制式的标准，当白光的亮度用Y来表示时，它和红、绿、蓝三色光的关系可用如下式的方程描述： Y＝0.3 R + 0.59 G + 0.11B 这就是常用的亮度公式。色差U、V是由B－Y、R－Y按不同比例压缩而成的。YUV颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下：如果要由YUV空间转化成RGB空间，只要进行相应的逆运算即可。与YUV颜色空间类似的还有Lab颜色空间，它也是用亮度和色差来描述颜色分量，其中L为亮度、a和b分别为各色差分量。（五）CMY颜色空间彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或颜料。油墨或颜料的3基色是青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMY。青色对应蓝绿色，品红对应紫红色。理论上说，任何一种由颜料表现的颜色都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种颜色表示方法称CMY颜色空间表示法。彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY颜色空间。用CMY模型产生的颜色被称为相减色，是因为它减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射光。在CMY相减混色中，三基色等量相减时得到黑色；等量黄色(Y)和品红(M)相减而青色(C)为0时，得到红色(R)；等量青色(C)和品红(M)相减而黄色(Y)为0时，得到蓝色(B)；等量黄色(Y)和青色(C)相减而品红(M)为0时，得到绿色(G)。这些三基色相减结果如图06-02-7所示。图06-02-7 三基色相减CMY空间正好与RGB空间互补，也即用白色减去RGB空间中的某一颜色值就等于同样颜色在CMY空间中的值。RGB空间与CMY空间的互补关系如表06-02-1所示。表06-02-1 RGB空间与CMY空间的互补关系RGB相加混色 CMY相减混色 对应颜色 RGB相加混色 CMY相减混色 对应颜色 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 根据这个原理，很容易把RGB空间转换成CMY空间。由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的CMY三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中常加一种真正的黑色（black ink），所以CMY又写成CMYK。实际应用中，一幅图像在计算机中用RGB空间显示；用RGB或SHI空间编辑处理；打印输出时要转换成CMY空间；如果要印刷，则要转换成CMYK四幅印刷分色图，用于套印彩色印刷品。（六）YIQ模型YIQ模型与YUV模型非常类似，是在彩色电视制式中使用的另一种重要的颜色模型，NTSC彩色电视制式中使用。这里的Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。YIQ和 RGB的对应关系用下面的方程式表示： Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B 或者写成矩阵的形式，（七）YCrCb模型YCrCb模型适用于计算机用的显示器。它也是使用Y、Cr和Cb来分别表示一种亮度分量信号和两种色度分量信号。YCrCb模型与RGB空间的转换关系如下： Y＝0.299R ＋0.578G ＋0.114B Cr＝( 0.500R －0.4187G －0.0813B )＋128 Cb=( - 0.1687R －0.3313G ＋0.500B )＋128 或者写成矩阵的形式，RGB与YCrCb之间的变换关系可写成如下的形式，
色坐标篇3:色域的概念—— 我们如何量化对色彩的感觉
色域的概念—— 我们如何量化对色彩的感觉
尹国冰 / 2016-12-03 / 发表于新言新气象
新发布的iPhone 7再次将显示屏的色域这个概念推到了普通大众的面前。色域究竟是一个什么概念？它和我们的眼睛又有什么关系？
想弄清楚色域的概念，不得不先搞明白以下基本理论。
同色异谱现象
人眼看上去相同的颜色，可以由不同颜色的光混合来实现。
不同波长光的颜色是不同的，人的眼睛大概能感受到光波长范围为380nm到760nm。太阳光下你看到物体的颜色是由这些不同波长的光叠加产生，其中有的光颜色亮，有的光颜色暗。但是同样的颜色，例如你中午吃掉的那个橙子的颜色与你在手机上看到的同一只橙子的照片都是橙色，在你看来，它们没有两样——而实际上，你的手机根本无法发出对应橙色波长的光，你看到的橙色其实是你的视网膜同时接收到红绿蓝三种颜色经过精细的混合之后的“假橙色”。对于人类，同样的颜色感受其实是可以由不同的光谱刺激得到的，这是目前显示行业的基础。
目前显示行业最常用的颜色还原光谱利用了最为简单的组合：红绿蓝（RGB）三原色。三原色理论可以用一句话概括的说明：
任何一种你能看到的颜色都可以通过红绿蓝这三种不同颜色的光按比例混合而成
这种说法不太准确，但是有助于你理解下边的内容。背后的基础则包括人眼视网膜不同感光细胞对波长的选择性反应。证明这一观点的实验则是色匹配实验。
色匹配实验
人类色觉的分解可以用实验的方法获得
拿一张白纸，中间隔开一分两半。左边用真正的橙色光照亮，右边用红、绿、蓝三种颜色的光混合照射。假如你不厌其烦的调整右边三种光的亮度比例，终于在某个比例的时候左右的颜色看起来是相同的，恭喜你，你获得了左边橙色对应的三原色值，完成了色匹配实验。
有了三原色理论的支持，理论上我们不需要发出可见光光谱上的每一个光波长，只要发出红绿蓝三种颜色的光然后在改变他们的比例就可以让人误以为他看到了某种特定的颜色，也就是对于颜色我们只需要关注这三种基本颜色的比例就好，并且规定当红绿蓝三色比例相加永远等于1。接下来的问题就很简单了，各种不同的颜色对应的红绿蓝比例值都是多少？
色域图
用数学的方法来描述颜色的范围
首先用来测试的颜色当然是最基本的颜色：可见光单一波长所对应的颜色。由于人为的规定了RGB三色等比例相加等于1的时候为白色，我们就可以用两个颜色R和G的比例值作为平面坐标系下的两个方向轴，然后任意三个不同RGB比例都可以绘制在一个平面直角坐标系中。以R比例作为横轴，G的比例作为纵轴，采用色匹配试验的方法去获取380-760nm的单色波长对应的三色比例值如下图所示：
来自维基百科上的CIE rg坐标系这张图有一个问题：颜色的坐标出现了“负值”。而负值产生的原因是：有一些颜色是无法用RGB三色的叠加来实现的，对于这些颜色，需要将RGB中的一种颜色叠加在要匹配的颜色中去，也就是说对于某种特定颜色C，存在这样一种情况：颜色C+红色 = 绿色+蓝色，这里的等号是指等效。如果将红色将从左边移到等式右边，便有了负号。
但是负号的引入对于人们的使用有着诸多的不便，所以人为引入了虚拟的三个原色XYZ，然后通过数学变换的方法将存在负数的r-g坐标系变换成了所有坐标值都为正数的x-y坐标系，如下图所示：
上图就是常见的CIE1931色品图。CIE是国际照明委员会的简称，这套系统是在1931年正式被接受的。
然而基于x-y坐标系下的CIE1931色域图存在一个问题：该坐标系下的色彩空间是不均匀的——从同一点出发，沿两个不同的方向行进相同的距离，色彩的变化量是不均匀的，有可能第一个方向变化了5种颜色，而另一个方向变化了将近500种。这样就给实际的应用带来了很大的麻烦。为此，国际照明委员会在1960年的时候通过了一种新的色坐标系统，将x-y坐标系进行数学上的变换，新的坐标用u，v来表示，形成了1960 CIE-UCS色坐标系统，如下图所示：
在这个新的色坐标系统中颜色的变化已经比较均匀，然而随着时间的发展更多的研究表明该坐标系的上部所代表的颜色如黄、橙、红等在现代的工业如食品、石油、油漆中应用广泛，但是这部分的区域却较为狭窄。因此，在1976年人类又人为的将这部分空间放大，通过坐标变换的方法得到了新的坐标系u’,v’，即CIE1976 u’v’坐标系，如下图所示：
cie-1976-usvs
关于色彩空间的研究还在继续，但是目前CIE 1976 u’v’坐标系是一个国际通用且较为实用的色坐标系统。可能由于历史的原因CIE 1931 xy坐标系出现的频率更高，但是这两种色坐标系统是不矛盾的，可以通过数学的方法进行转换。
Pointer色域
你在自然界看到的实际颜色范围
实际生活中我们所看到的物体反射的光谱其实很杂，并不是由单一的波长构成。有一个叫M.R. Pointer的人做了一系列的实验，并且在1980年将结果以论文”The Gamut of Real Surface Colours (真实物体表面颜色色域)”的形式发表。从摘要来看这位Pointer先生采样了4089个真实物体的颜色样本并获得了它们在xy空间中的色坐标。简单的说：你能看到的自然界绝大部分颜色都在这个范围里了，如下图所示：
接下来的事情就简单多了。既然显示技术的目的是为了“还原物体的真实颜色”，那么我们其实不需要把可见光谱上的每一个颜色都实现，我们只要还原Pointer色域范围内的颜色就可以了。也就是说Pointer色域的实际应用意义更大。对于三原色理论来讲，具体要做的事情就是选择合适的三原色坐标，使得三个点所围成的三角形尽可能的覆盖Pointer色域的范围。
NTSC标准下的色域
最早的彩色电视机三原色标准
NTSC的全称是“National Television System Committee（国家电视制式委员会）”，是美国专门从事电视相关标准制订的机构。这个机构制订的与电视相关的标准简称为NTSC标准。最早的NTSC标准于1941年提出，那时的电视还是黑白的。在1953年第二版NTSC标准被提出。该标准考虑了彩色模拟电视相关的指标，同时兼容了黑白模拟电视，其中规定了三原色的色坐标。由于当时的显示技术处于CRT技术早期，因此三原色的选择其实考虑了能够发出特定颜色光的荧光粉特性，最终将三原色坐标制定如下：
将该色域图绘制在CIE1976色坐标系统中如下图：
从图中可以看出，NTSC色域可以覆盖大部分的Pointer色域面积，计算结果显示，基于1953年NTSC标准三原色坐标覆盖了约79.0%的Pointer色域。但是实际情况中要达到NTSC标准的色域需要较高的成本，以至于目前为止（2015年2月）市面上销售的绝大部分显示设备色域值一般只能覆盖NTSC标准的72%，更别提Pointer色域了。其实从时间角度来看，NTSC色域标准的制定时间早于Pointer色域的发表时间，这份标准影响力之大以至于到目前为止（2015/2）大部分的显示厂商在宣传他们的产品时都使用了“xx% NTSC”的字样。
ITU-R BT.709建议的色域
高清晰度电视瞄准了Pointer色域
随着广播电视相关技术的发展，数字电视技术逐渐取代了传统的模拟电视技术，高清晰度电视（HDTV）也开始崭露头角。1989年ITU（国际电信联盟——联合国下属组织，当时名为CCIR，即国际无线电咨询委员会）将Pointer色域定为HDTV的目标色域。在1993年，ITU正式通过了标题为“Basic parameter values for the HDTV standard for the studio and for international programme exchange ”编号为ITU-R BT.709-1的建议。编号中的R代表Radiocommunication（无线电通讯），B代表Broadcasting（广播），T代表Television（电视）。从名字就可以看出该建议是针对HDTV提出的。在该建议中，规定了三原色色坐标如下：
将该色域图绘制在CIE1976色坐标系统中如下图：
按照这份标准最终得到的色域覆盖了67.5%的Pointer色域。该色域的面积小于NTSC色域面积。BT. 709最后一次更新是在2002年，版本号为BT. 709-5。
sRGB规定的色域
PC与互联网企业的崛起
NTSC与BT. 709都是基于TV产品提出的规格，这个一点也不奇怪，那个年代能够显示彩色设备最常见的就是电视了。不过随着PC、打印机以及Internet的发展，彩色的画面开始通过Internet传输、显示在计算机监视器上、并最终通过打印机打印在纸上。为了搞定这类非广播电视业务的色彩问题，1996年由当时业界大牛HP、软件巨头Microsoft共同推出了sRGB标准，并且获得了业界同行W3C、intel等组织与公司的支持。sRGB定义可以通过IEC 61966-2-1:1999查询。而sRGB所采用的三原色坐标与BT. 709完全一致。
虽然打印设备也支持sRGB，但是一些高端的打印机却尽量避免使用它。原因是因为印刷技术对色彩的还原是基于色彩相减原理，用来混合颜色的原色是CMYK（ cyan-青, magenta-品红, yellow-黄, 和key (black-黑)）四色技术。有一些颜色通过CMYK可以印刷出来，但是却超出了sRGB的色彩范围。
Adobe RGB规定的色域
一个意料之外的成果
这是唯一一个广泛传播并且以公司名命名的色域标准。Adobe是一个神奇的公司，大家耳熟能详的产品当属被誉为美颜神器的Photoshop。而Adobe RGB色域的产生也与Photoshop这款软件息息相关。
根据Adobe公司员工的描述，在1998年的时候Photoshop 5即将发布（目前Photoshop版本号是14），为了完善软件内置的颜色管理功能，工程师Thomas Knoll希望参考BT. 709的来源——SMPTE 240M标准来确定色域范围。然而由于该标准没有提供在线版本，并且Photoshop 5发布在即，他们无法等到纸质版本寄送到，于是Thomas便从一个看起来比较官方的网站上找到了一组SMPTE 240M数据用在了Photoshop中。软件发布后获得了非常积极的反馈，用户普遍认为新的SMPTE 240M配置在色彩范围以及与CMYK色彩系统之间的转换表现出色，这正好是sRGB的劣势所在。很多书籍杂志都推荐使用Adobe的这套SMPTE 240M色域标准。
然而没过多久就有熟悉SMPTE 240M标准的用户向Adobe指出：Photoshop中提供的SMPTE 240M搞错了，它不是真正的SMPTE 240M中规定的色域值，而是该标准附件中的一个“理想值”。更糟糕的是，Thomas在设置红色坐标的时候还发生了笔误，红色坐标的值甚至与附件中的“理想值”都不一样。Adobe知悉后尝试了各种方式去修正这个错误，然而无论他们如何努力都无法超越这个意外带来的色域标准表现。最后Adobe放弃了修正这个“错误”，并将其命名为Adobe RGB，避免商标以及法律方面的问题。
从色域图上看，Adobe色域覆盖了Pointer色域大约79.6%的面积。该标准借助Photoshop的平台以及自身的优势被广泛的应用于平面设计以及出版印刷领域。一些高端的PC监视器会专门提供支持100% Adobe RGB色域的产品。
ITU-R BT. 2020建议的色域
TV标准进化了，还带来了终极的三原色
从标题就可以看出来这个建议是针对TV产品的了。BT. 2020建议的标题是“Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange”，也就是UHDTV（超高分辨率电视）的建议标准。在该建议中的三原色坐标值如下：
从色域图中可以看出，BT.2020的三原色坐标几乎都处于光谱轨迹上，而且对Pointer色域的覆盖率也达到了惊人的99.5%。如果要求色坐标位于光谱轨迹上意味着光源的光谱宽度必须非常非常窄，几乎需要激光这样单色性非常好的光源才能达成。目前为止大部分显示面板厂已经有能力制作出满足BT. 2020标准分辨率要求（7680*4320）的产品，但是对于色域的要求目前还没有明确达成的迹象。这也是显示技术当前面对的一个重要的技术课题。
高色域技术的走向
技术的最终目的都是为人服务
从上边的色域标准发展史以及厂家的宣传无一不表明：我们需要更高的色域。但是高色域并不是不分青红皂白越高越好，从理论上讲应该以完全覆盖Pointer色域为目标，这样才符合现实技术“还原真实世界”的技术宗旨。所以如果我们从更高的角度来看，如何设置色域的目标值才合理？优秀的高色域技术应该具备怎样的特征？
首先，Pointer色域几乎成为了各项高色域技术追逐的本源，但是需要注意的是该文章发表于1980年。近40年来技术在不断发展，人们的日常生活中也许会有更多纯度非常高的颜色出现，并且这些颜色也许会处于Pointer色域范围之外。那么我们是不是应该修正一下Pointer色域的范围，或许新的目标色域范围已经大于Pointer色域了呢？
其次，所有的色域标准均是基于三原色的。但是实际上，通过加入多种原色的方式例如四原色、五原色，我们同样可以覆盖完整的Pointer色域，并且与三原色相比会降低对每种原色的纯度要求，这样带来的好处就是功耗与成本的降低，并且对Pointer色域的覆盖也毫不含糊。
最后，我们可以回忆一下最初的r-g坐标系下色坐标出现的负值，其本质的原因是因为有一些高纯度颜色无法通过RGB的方式混合而成。那么我们是否可以通过引入更多种原色的方式来弥补这一点缺陷，进而从根本上改善显示的质量？
无论技术如何发展，它最终的目的都是为人服务。所以我们只要把握住这一点本质不变，我们可以选择的技术路线是多种多样的。技术的多样性会随着技术的发展而逐渐呈现，对于消费者来说只要静待更好更便宜的产品出现即可；而对于从事该行业的人来说，则要擦亮眼睛，不忘初心，大胆的去选择。
