概述

每幅圖像都可以以某種顔色模式來顯示和存儲。比如說：可以告訴别人“這幅圖像是RGB的”或者“那幅圖是按CMYK模式存儲的”。當談到RGB和CMYK時，必須要涉及合适的、客觀的模式來描述人眼所看到的顔色。這些顔色模式也稱為顔色空間。

RGB和CMYK色空間

RGB模式是一種光源直接發射光線的顔色空間。CMY色空間用三種減色原色C、M、Y來描述從物體反射出來的光。RGB和CMY是兩種本質的模式。這就是為什麼前面的章節做了那麼多鋪墊的原因。實際上，對于色彩管理來說兩種都有缺陷。當需要以一種标準方式來決定顔色時，兩種都不能用，因為它們缺少可重複性。

實際上，像人眼、顯示器、掃描儀等這些都是RGB色空間的。它們都是設備相關的。CMY空間也是一樣。為了使用同樣的語言，我們必須在一個标準色空間下定義顔色。因此在本章裡，我們會探讨HSL色空間以及CIE标準色空間。最後，會介紹CIEL*a*b構成所有色彩管理系統的基礎。

HSL色空間

什麼是HSL?

視覺系統中引用了三種主要的顔色區域(紅、綠、藍)來簡化可見光譜中複雜的波長信息。對于CMY，同樣把顔色空間分為三種獨立的顔色組分：青、品紅、黃。如果要更加客觀的定義顔色，僅僅定義這些原色是不夠的。

需要用三種屬性或三維來描述一個顔色。

HSL就是應用在圖形學和印刷領域的這樣一種模式。它直接源于RGB色空間，并使用它的感知性來描述顔色：色相、飽和度、明度。

色相

色相是顔色的一種屬性，由來自物體光線的波長決定。當我們為顔色命名比如：紅、藍、紫色時，會提到這個屬性。

兩種不同色相的顔色，例：紅和藍

飽和度(也叫色度、純度、強度、鮮豔度)

飽和度是顔色的透明度;長度上顔色是灰色的。它的值從0%(不飽和或灰)-100%(完全飽和)變化。

同種顔色，不同飽和度，例：紅色和粉色

明度

明度(也叫照度、亮度)明度表示顔色的光亮或黑暗程度，即與黑或白的接近程度。它的範圍為：0%(黑)-100%(白)。

同種顔色，不同明度，例：紅色和深酒紅色

HSL或HSV，HSC?

有時也會用其它方式來表示這三種屬性：

HSV(hue，saturation，value)

HSC(hue，saturation，chroma)

HSL模式：在顔色空間的表象

HSL模式的色相、飽和度、明度提供了三種可以在顔色空間裡用來“匹配”可見顔色的屬性。這三種特性可以用一個三維的“圓盤”模型來表示：

圍繞着圓面變化的是色相。赤道周圍的是純正的色相。

沿着豎直方向變化的是明度。因此，在色空間的最中心是中性灰，兩頭是最白和最黑。所有的色相都圍繞着這根軸聚集并混合在一起。

沿着圓面中心向外幅射方向增長的是飽和度。這個模型的外表并不規則，國内人眼對些顔色的反映比對另一些顔色要靈敏些。

HSL模式立體圖

左側：可見光譜 右側：色相

左側：亮度 右側：飽和度

HSL模式：最合适的感知

将一種波長的每一個組分都提取出來得到一個圖表，通過這種方式，一條彩色光譜顯示了特定光線、錐體等的顔色特性。

仔細看下圖。左邊的柱形圖表示人眼能夠感知的三原色理想的光譜(藍、綠、紅)。中間的圖表示由顯示器産生的三原色的光譜。右圖所示為膠印中産生顔色的光譜。

藍、綠、紅的光譜：理想光譜(左)，顯示器産生的RGB光譜(中)，膠印産生的CMYK光譜(右)

顯示器得到的顔色

顯示器産生的原色光譜有更高而且更一緻的波峰。人類的視覺系統在光譜中先探測到一個小的、飽和得多的波峰，然後是一個寬而平坦的區域。這就是為什麼顯示器得到的顔色要比膠印得到的顔色更飽和的原因。

膠印得到的顔色

至于膠印中的顔色，更暗而且飽和度更差些。具體地說，意味着：

飽和度較差是因為一些不屬于印刷色的受體也會産生細微的刺激。

我們感覺到較暗的顔色是因為在印刷時達不到理想的顔色。

HSL模式：人眼的參照

上面所提到的隻有一部分是正确的，因為我們的視覺系統要複雜得多。

不同的顔色範圍靈敏度

我們的三種受體的靈敏度的顔色範圍有些不确定。事實上，會有一些重疊。每個受體也有一個最大的靈敏度，但是它沒有理想的顔色感知系統産生的靈敏度曲線高。

錐體細胞對顔色範圍的靈敏度以及對藍、綠、紅的刺激

不同的明度靈敏度

每一個獨立的光譜在明度的靈敏度上也有所不同。人眼對于綠色範圍内的顔色的感知比對紅和藍色範圍要更亮一些。這種現象和顔色的靈敏度現象一起導緻了不同的彩色光譜可以對人眼帶來同樣的顔色感覺的結果。

結論

在HSL模式下，不同的彩色光譜可以得到相同的HSL值。這就是為什麼在描述顔色感覺時，HSL是一個最好的模式。

HSL模式：色序

HSL模式的另一個重要的特性是彩色光譜都轉換為它們的屬性值(色相、飽和度、明度)而不是任何一個原色。這樣就可以将HSL模式作為一個參考模式，尤其是如果我們想查看一個原色是它本來的顔色或者是混合色的時候，更有用了。

HSL彩色環以及RGB-CMY位置

HSL模式的彩色輪沿用了可見光譜的顔色次序：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。

要點

當顯示器的原色與膠印的原色放置在一樣的HSL色輪上時，要注意色相和飽和度的重大不同。明度的區别沒有在這張圖上顯示，但是和飽和度一樣，顯示器的明度比印刷的要亮得多。

三刺激顔色描述

當我們看到RGB、CMY和HSL時，我們的視覺系統的視錐有什麼共同點?它們都被描述為：

“條件”

“屬性”

“顔色”或者”刺激”.

其實我們的視覺系統，以及所有的顔色空間，都是三刺激值。顔色空間用三個刺激值來描述，并可以三維圖中視覺顯示出來。因此，色彩空間是描述和建模我們眼睛的三刺激的有效方法。

CIE XYZ -Yxy顔色模型

顔色空間：視覺與數學模型

顔色空間不僅僅是命名和描述顔色的模型，也是一個三維立體空間。例如HSL，非常方便地比較兩種或更多的顔色，每種顔色代表了顔色空間中的一個獨立的點（由三種刺激的值決定）。

所以，隻要知道顔色的坐标值，就能輕易地将其從顔色空間中标記出來。雖然，通過與其他顔色的關系可能知道它在色空間的位置，但是用三個數值來描述顔色，還不足以決定兩種顔色的視覺差異。

我們将在這一章中探索用三維的、數學上定義的坐标來描述顔色的模型，而不是三個主觀的值。

顔色空間：設備相關與設備無關

我們一直在讨論的顔色空間(RGB、CMY和HSL)是依賴于設備的，這意味着不同設備在顔色空間中顔色坐标是不同的（盡管坐标的名稱是相同的）。

匹配顔色的最佳方法是使用一個穩定的、邏輯的、設備無關的數學系統，這種系統是由“國際委員會”于1931年開發的，通常以其縮寫為CIE。CIE空間是與設備無關的，這意味着在這顔色空間中可以找到的顔色範圍并不局限于特定設備的呈現能力。

CIE XYZ 顔色模型

CIE發布此顔色模型為了确定人眼感知顔色的平均狀況，在1931年，他們使用三種原色定義了一個數學模型（或者三種刺激值(X(紅色)，Y(綠色)和Z(藍色))，從這個模型中可以看到所有的顔色都可以被一個“标準”觀察者看到，此數學模型被稱為“CIE XYZ模型”。CIE XYZ模型中測量了标準光源下的每一種顔色，以及嚴格定義了标準觀察者所看到的觀察條件。

一個不均勻的XYZ顔色模型

CIE XYZ模型其實很少被使用，盡管它是所有其他顔色模型派生的參考顔色空間。

CIEYxy顔色模型

由于XYZ三維的顔色模型不太容易解釋和理解，所以CIE開發出了Yxy顔色模型，也稱為色度圖，它可以将顔色可視化，而不考慮明度坐标。

這個模型根據兩個色度坐标來定義顔色：

其中一個顯示了色調的主導波長(x)，

另一個顯示它的飽和度(y)。

Y軸表示顔色的明度，隻能在Yxy模型的三維視圖中顯示。在這個模型中，所有具有相同Y亮度的顔色都在同一個三角平面上。

一些基本色域的色度圖

x和y坐标的可視化如下：

從色度圖的中心到邊緣的顔色會越加飽和，最飽和的顔色在圖表的邊緣。

色相的改變是根據其在馬蹄形的邊緣的位置。

所有的顔色都在由馬蹄鐵所包圍的空間内（及紅色和藍色波長之間的直線）。色度圖之所以這樣的形狀，是因為我們對紫色和紅色之間的細微變化更敏感，而不是綠色和黃色之間的變化。直線上的顔色是人為假設的，因為這些顔色沒有特定的波長。

雖然在這個模型中顔色之間的差異不符合視覺差異，但它能夠指出RGB顯示器的相對色域和印刷色塊的不同。

CIE L*a*b* 顔色模型

一個視覺一緻的顔色模型

正如我們所看到的，CIE XYZ和CIE Yxy顔色模型并不能精确地表示所感知到的顔色。而且，在這些顔色模型中感知到的顔色和實際的顔色之間是存在差異的。

在1976年，CIE通過修改和重命名Yxy模型來糾正這些視覺扭曲，并将其命名為“CIEL*A*B*”或“CIELAB”。CIE L*a*b*模型中的顔色差異更接近于實際感知的顔色差異。

CIE L*a*b* 顔色模型

相同明度(L)的所有顔色，都是垂直在由a*和b*軸組成的同一個圓形平面上：

a*值正->紅色，

a*值負->綠色，

b*值正->黃色，

b*值負->藍色。

CIE L*a*b* 顔色模型基于“對立的顔色”理論

為什麼CIE L*a*b*顔色模型是表達人眼所能感知到的顔色範圍的最佳方法?

我們知道我們的眼睛有三種顔色的光刺激，紅色，綠色和藍色。實際上，這個複雜的系統背後有更多的信息。在進一步的處理階段，我們也會産生三種感覺：

紅/綠感覺,

黃/藍感覺,

白/黑感覺.

The CIE L*a*b* 顔色模型符合這三種視覺感覺：

紅/綠與a*相關

黃/藍與b*相關

白/黑與L*相關

CIE L*a*b* 顔色模型不僅在定量上，而且以定性的方式，将明度和顔色信息區分開來。這就是我們識别顔色的方式。

Delta E (∆E)色差

我們使用顔色距離表示CIEL*a*b*顔色模型中表達兩個顔色之間差異，那如何表示此距離呢？即Delta E (∆E)色差。

使用如下的計算公式來計算Delta E (∆E)色差：

∆E*L*A*b* = sqrt((L*2 – L*1)^2 (a*2 – a*1)^2 (b*2 – b*1)^2)

CIE L*a*b* 顔色模型中∆E色差計算

∆E色差值越小，說明兩個顔色視覺差異越小。 典型的工業色差範圍2到6之間。使用L*a*b*及色差能大大提高效率，但是也建議你在看顔色的時候更多依賴你的眼睛。一個色差小于4的顔色一般認為不錯了，但是也可以産生你意想不到的結果。

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