什么是均匀颜色空间？色差仪常用均匀颜色空间有哪些？-发七人商城(faqiren.com)

什么是均匀颜色空间？色差仪常用均匀颜色空间有哪些？

摘自：发七人商城 | 2023-06-01 | 作者：Faqiren

文章摘要：由于人眼对不同颜色区域的敏感性不同，因此，颜色空间内相等的距离反映在视觉效果上并不一定是相同的。为了开发一个视觉均匀的颜色空间，便于工业色差评价及其相关研究的开展，CIE相继提出了多个颜色空间。本文对颜色空间的定义及色差仪常用均匀颜色空间的类型做了介绍。

由于人眼对不同颜色区域的敏感性不同，因此，颜色空间内相等的距离反映在视觉效果上并不一定是相同的。为了开发一个视觉均匀的颜色空间，便于工业色差评价及其相关研究的开展，CIE相继提出了多个颜色空间。本文对颜色空间的定义及色差仪常用均匀颜色空间的类型做了介绍。

CIE-LAB颜色空间的三维模型图012.jpg

什么是均匀颜色空间？

均匀颜色空间是指存在一个颜色表示系统，其表示的颜色符合人眼的视觉特性，并且采用一个量来表示人的色彩感觉差别，一般用空间距离或者数字表示。该量度值须符合人的感觉，当量度值较小时，目视感觉到的色彩差别就较小；当量度值较大时，目视感觉就大。

CIE建议使用CIE1976L*u*v*和CIE1976L*a*b*两个均匀颜色空间，其中广泛使用的CIE1976L*a*b*均匀色空间是由三个通道组成：L*通道表示明度，其取值范围是0~100，数值越大颜色的明度值越大；a*通道和b*通道是两个色度通道，其中a*通道表示颜色的红绿反应，b*通道表示颜色的黄蓝反应，a*和b*的取值范围为-128-127，对于a*来讲，数值越大颜色越红，数值越小颜色越绿；对于b*值来说，b*值越大颜色越发黄，否则越偏蓝。

色差仪常用均匀颜色空间介绍：

1.CIE1976L*u*v*颜色空间

CIE1976L*u*v*颜色空间又称为CIELUV颜色空间，它是使用L*、u*、v*作为三维直角坐标的颜色空间，主要用于如电视工业等色光混色的表示和评价。在CIE1976L*u*v*颜色空间中，L*表示明度，u*、v*表示颜色的色品坐标，其计算公式如下：

L、u、v的计算公式29.jpg

式中，u'、v'和u'0、v'0分别为颜色样品和光源的色品坐标，可由下式求得：

颜色样品和光源的色品坐标计算公式.jpg

其中，X、Y、Z是颜色样品的三刺激值；X0、Y0、Z0为光源或参考白色三刺激值；Y0=100。用L*、u*、v*标定的两个颜色之间的总色差△E由下式计算：

总色差△Euv计算公式.jpg

2.CIE1976L*a*b*颜色空间

CIE1976L*a*b*颜色空间主要用于如表面色料工业等减色的表示和评价，也称为CIELAB颜色空间。作为该空间三维直角坐标系的明度L*和色品坐标a*、b*的计算公式为：

明度L和色品坐标a、b的计算公式.jpg

式中：

Lab计算公式参数.jpg

其中，X、Y、Z是颜色样品的三刺激值；Xn、Yn、Zn是照明光源颜色的三刺激值，且Yn=100。

用L*、a*、b*标定的两个颜色之间的总色差△E由下式计算：

△E总色差计算公式29.jpg

色差仪基于Lab均匀颜色空间的色差公式：

CIELAB均匀颜色空间是在1976年，建立的均匀颜色空间，是目前应用最广泛的颜色空间。CIELAB色差是指CIELAB均匀颜色空间模型下两个颜色点的距离，该空间模型为直角坐标系。CIEL*a*b*值可以通过颜色的三刺激CIEXYZ转换，其计算公式为：

L、a、b值与颜色三刺激值之间的转换关系.jpg

L、a、b值与颜色三刺激值之间的转换关系01.jpg

CIE L*a*b*值计算中，X、Y、Z 为颜色样品的三刺激值，Xn、Yn、Zn为 CIE标准照明体的三刺激值，式中Yn=100，当观察者处于小于4°视觉视场观察物体时，应采用CIE1931XYZ标准色度系统；而当观察者处于大于4°视觉视场观察物体时，则采用CIE1964XYZ标准色度系统。

CIELAB模型是一个独立的色彩空间，是国际照明委员会CIE定义的一套理论上的色彩体系，包含人眼可视化的所有色彩的色彩模型。CIE a*红绿色光、CIE b*黄蓝色光，其中CIE L*表示标准或比样在 CIELAB 或 CIELCH 色彩空间中的明度数据（常用于表示颜色深浅）。

在CIELAB颜色空间中，有一组与人眼感知颜色三属性相类似的参数，即明度L*，彩度C*ab，和色相角hab。颜色样品的明度L*与CIELAB空间中的明度指数L*是一致的，在后续论文分析中会使用颜色明度表达深浅度的概念用来研究色深。彩度C*ab则是在CIELAB空间的等明度面上，颜色样品的色品坐标（a*，b*）到坐标原点的距离。利用 CIELa*b*可以计算彩度和色相角：

彩度和色相角计算公式.jpg

式中，对于色调角hab，当a*>0且b*>0时，0°<hab<90°；当a*<0且b*>0时，90°<hab <180°；当a*<0且b°<0时，180°<hab <270°；当a°>0且b*<0时，270°<hab<360°。

在CIELAB颜色空间中，两个颜色样本（L*1，a*1，*1）和（L*2，a*2，b*2）之间的色差可以用欧式距离来计算：

色差欧式距离计算公式.jpg

其中，△L*是CIELAB空间的明度差，△a*是CIELAB空间的红绿色光差，△b*是CIELAB空间的黄蓝色光差。

CIELAB色差公式也可以用明度差△L*、彩度差△C*ab和色相差△H*ab来定义，即：

CIELAB色差公式290.jpg

由于CIELAB颜色空间是球体模型，假设颜色是等视觉均匀的，其对应的视觉容差在该颜色空间中也应当是一个球形。但实际上，在CIELAB空间中各个区域有不同的视觉容差，用椭球来表示颜色中心所对应的视觉容差更为合适。在视觉容差的研究中，随着彩度值的增加，椭球的半轴随之变大，尤其是椭球的长半轴，所以总体CIELAB色差公式与视觉的匹配性应相对较差。虽然CIELAB色差公式对中小色差的预测性能与目视观察结果之间有着较大差异性，但与其后的一些色差公式对比来看，其计算公式极为简单，并且对大色差尚有较好的预测性能，因此在现今工业生产中仍被广泛采用。

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