颜色空间简介.pptx

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1、Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学人人们们对对色色彩彩的的识识别别是是依依靠靠光光、能能够够反反射射光光的的物物体体、观观察察者者的的眼眼睛睛和和大大脑脑完完成成的的。色色彩彩是是光光线线落落到到人人眼眼视视网网膜膜上上得得到到的的感感觉觉。通通过过光光的的触触发发，接接收收者者眼眼睛睛感感应应到到大大量量的的三三色色光光，并并将将电电的的信信号号送送到到人人的的大脑，从而产生颜色的感觉。大脑，从而产生颜色的感觉。颜颜色色是是一一门门很很复复杂杂的的学学科科，它它涉涉及及到到物物理理学学、生生物物学学、心心理理学学和和材材料料学学等等多多种种学学科科。颜

2、颜色色是是人人的的大大脑脑对对物物体体的的一一种种主主观观感感觉觉，用用数数学学方方法法来来描描述述这这种种感感觉觉是是一一件件很很困困难难的的事事。现现在在已已经经有有很很多多有有关关颜颜色色的的理理论论、测测量量技技术术和和颜颜色色标标准准，但但是是到到目目前前为为止止，似似乎乎还还没没有有一一种人类感知颜色的理论被普遍接受。种人类感知颜色的理论被普遍接受。一、颜色概述第1页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学二、颜色空间颜颜色色常常用用颜颜色色空空间间来来表表示示。颜颜色色空空间间是是用用一一种种数数学学方方法法形形象象化化表表示示颜颜色色

3、，人人们们用用它它来来指指定定和和产产生生颜颜色色。例例如如，对对于于人人来来说说，我我们们可可以以通通过过色色调调、饱饱和和度度和和明明度度来来定定义义颜颜色色；对对于于显显示示设设备备来来说说，人人们们使使用用红红、绿绿和和蓝蓝磷磷光光体体的的发发光光量量来来描描述述颜颜色色；对对于于打打印印或或者者印印刷刷设设备备来来说说，人人们们使使用用青青色色、品品红红色色、黄黄色色和和黑黑色色的的反反射射和和吸吸收收来来产产生指定的颜色。生指定的颜色。颜颜色色空空间间通通常常用用3 3维维模模型型表表示示，空空间间中中的的颜颜色色能能够够看看到到或或者者使使用用颜颜色色模模型型产产生生。颜颜色色空

4、空间间中中的的颜颜色色通通常常用用代代表表3 3个个参参数数的的3 3维维坐坐标标来来描述，其颜色要取决于所使用的坐标。描述，其颜色要取决于所使用的坐标。第2页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学为为说说明明颜颜色色空空间间的的概概念念，右右图图表表示示使使用用色色调调、饱饱和和度度和和明明度度构构造造的的一一种种颜颜色色空空间间，称称为为HSB(hue,HSB(hue,saturation saturation and and brightness)brightness)颜颜色色空空间间。色色调调用用角角度度来来标标定定，通通常常红红色色标标为

5、为0 0o o，青青色色标标为为180180o o；在在径径向向方方向向上上饱饱和和度度的的深深浅浅用用离离开开中中心心线线的的距距离离表表示示；明明度用垂直轴表示。度用垂直轴表示。色调-饱和度-明度颜色空间 第3页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学颜色空间有颜色空间有设备相关设备相关和和设备无关设备无关之分。之分。设设备备相相关关的的颜颜色色空空间间是是指指颜颜色色空空间间指指定定生生成成的的颜颜色色与与生生成成颜颜色色的的设设备备有有关关。例例如如，RGBRGB颜颜色色空空间间是是与与显显示示系系统统相相关关的的颜颜色色空空间间，计计算算机

6、机显显示示器器使使用用RGBRGB来来显显示示颜颜色色，用用像像素素值值(例例如如，R R250,G250,G123,B123,B23)23)生成的颜色将随显示器的亮度和对比度的改变而改变。生成的颜色将随显示器的亮度和对比度的改变而改变。设设备备无无关关的的颜颜色色空空间间是是指指颜颜色色空空间间指指定定生生成成的的颜颜色色与与生生成成颜颜色色的的设设备备无无关关，例例如如，CIE CIE L*a*b*L*a*b*颜颜色色空空间间就就是是设设备备无无关关的的颜颜色色空空间间，它它建建筑筑在在HSV(hue,HSV(hue,saturation saturation and and value)

7、value)颜颜色色空空间间的的基基础础上上，用用该该空间指定的颜色无论在什么设备上生成的颜色都相同。空间指定的颜色无论在什么设备上生成的颜色都相同。第4页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学现现在在，人人们们已已经经构构造造了了各各种种各各样样的的颜颜色色空空间间，以以适适应应不不同同的的应应用场合。用场合。在在一一个个典典型型的的多多媒媒体体计计算算机机系系统统中中，常常常常涉涉及及到到用用几几种种不不同同的的颜颜色色空空间间表表示示图图形形和和图图像像的的颜颜色色，以以对对应应于于不不同同的的场场合合和和应应用用。因因此此，数数字字图图像像

8、的的生生成成、存存贮贮、处处理理及及显显示示时时对对应应不不同同的的颜颜色色空空间间需需要作不同的处理和转换。要作不同的处理和转换。“颜色空间(color space)”和“颜色模型(color model)”互为同义词第5页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学三、颜色空间分类1 1、从颜色感知的角度来分类，颜色空间可考虑分成如下三类：、从颜色感知的角度来分类，颜色空间可考虑分成如下三类：混混合合(mixture)(mixture)型型颜颜色色空空间间：按按三三种种基基色色的的比比例例合合成成颜颜色色。例例如如，RGBRGB，CMY(K)CMY(

9、K)和和XYZ XYZ 等颜色空间就属于这种类型。等颜色空间就属于这种类型。非非线线性性亮亮度度/色色度度(luma/chroma)(luma/chroma)型型颜颜色色空空间间：用用一一个个分分量量表表示示非非色色彩彩的的感感知知，用用两两个个独独立立的的分分量量表表示示色色彩彩的的感感知知。当当需需要要黑黑白白图图像像时时，这这样的系统非常方便。例如样的系统非常方便。例如L*a*b,L*u*vL*a*b,L*u*v，YUV YUV 和和YIQ YIQ 即属此种类型。即属此种类型。强强度度/饱饱和和度度/色色调调(intensity/saturation/hue)(intensity/sat

10、uration/hue)型型颜颜色色空空间间：用用饱饱和和度度和和色色度度描描述述色色彩彩的的感感知知，可可使使颜颜色色的的解解释释更更直直观观，而而且且对对消消除除光光亮亮度的影响很有用。例如，度的影响很有用。例如，HSI,HSL,HSV HSI,HSL,HSV 和和LCH LCH 等。等。第6页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学2 2、从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类：、从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类：RGB RGB 型型颜颜色色空空间间/计计算算机机图图形形颜颜色色空空间间：此此模模型型主主要要用用于于电电视视和

11、和计计算算机机的的颜颜色色显显示示系系统统。例例如如RGBRGB，HSI,HSI,HSL HSL 和和HSV HSV 等等颜颜色色空空间间。在在显显示示技技术术和和印印刷刷技技术术中中，颜颜色色空空间间经经常常被被称称为为颜颜色色模模型型(color(color mode)mode)。“颜颜色色空间空间”侧重于颜色的表示，而侧重于颜色的表示，而“颜色模型颜色模型”侧重于颜色的生成。侧重于颜色的生成。XYZ XYZ 型型颜颜色色空空间间/CIE/CIE 颜颜色色空空间间：此此颜颜色色空空间间是是由由国国际际照照明明委委员员会会定定义义的的颜颜色色空空间间，通通常常作作为为国国际际性性的的颜颜色色

12、空空间间标标准准，用用作作颜颜色色的的基基本本度度量量方方法法。国国际际照照明明委委员员会会定定义义的的颜颜色色空空间间是是与与设设备备无无关关的的颜颜色色表表示示法法，在在科科学学计计算算中中得得到到广广泛泛应应用用。对对不不能能直直接接相相互互转转换换的的两两个个颜颜色色空空间间，可可利利用用这这类类颜颜色色空空间间作作为为过过渡渡性性的的颜颜色色空空间间，例例如如，CIE1931 CIE1931 XYZXYZ，L*a*bL*a*b，L*u*v L*u*v 和和LCH LCH 等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。第7页/共57页Lecturer:Prof

13、.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学YUV YUV 型型颜颜色色空空间间/电电视视系系统统颜颜色色空空间间：由由广广播播电电视视需需求求的的推推动动而而开开发发的的颜颜色色空空间间，主主要要目目的的是是通通过过压压缩缩色色度度信信息息以以有有效效地地播播送送彩彩色色电电视视图图像像。例例如如YUVYUV，YIQYIQ，ITU-R ITU-R BT.601 BT.601 YCbCr,YCbCr,ITU-R ITU-R BT.709 BT.709 YCbCr YCbCr 和和SMPTE-240M YPbPr SMPTE-240M YPbPr 等颜色空间。等颜色空间。3 3、从分量贡献上

14、区分，颜色空间可考虑分成如下三类：、从分量贡献上区分，颜色空间可考虑分成如下三类：加加法法模模型型：如如RGBRGB模模型型，用用不不同同强强度度的的红红、绿绿和和蓝蓝相相加加来来产产生生各各种颜色；种颜色；CIECIE色度模型，用色度模型，用x x和和y y相加来产生各种颜色。相加来产生各种颜色。减法模型：减法模型：如如CMY(K)CMY(K)，YUVYUV模型。模型。混合模型混合模型第8页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学四、几种典型的颜色空间（一）（一）CIECIE色度模型色度模型（二二）RGBRGB颜颜色色空空间间(red(red，gr

15、een green and and blue)blue)：在在图图像像显显示系统中得到广泛应用示系统中得到广泛应用,与设备相关。与设备相关。（三）（三）HIS/HSV/HSBHIS/HSV/HSB颜色空间颜色空间 （四四）CMYCMY颜颜色色空空间间(cyan(cyan magenta magenta yellow)yellow)：在在印印刷刷和和打打印系统中得到广泛应用印系统中得到广泛应用,与设备相关。与设备相关。CMYK(cyan CMYK(cyan magenta magenta yellow yellow black)black)中中的的黑黑色色是是为为改改善善打打印印质质量量而增加的

16、颜色分量而增加的颜色分量图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。第9页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学国国 际际 照

17、照 明明 委委 员员 会会（CIECIE，Commission Commission Internationale Internationale de de LEclairage LEclairage/International International Commission Commission on on IlluminationIllumination）的的色色度度模模型型是是最最早早使使用用的的模模型型之之一一。它它是是三三维维模模型型，其其中中，x x和和y y两两维维定定义义颜色，第颜色，第3 3维定义亮度。维定义亮度。CIE CIE 在在1976 1976 年年规规定定了了两两

18、种种颜颜色色空空间间。一一种种是是用用于于自自照照明明的的颜色空间，叫做颜色空间，叫做CIE LUVCIE LUV。第10页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学另另一一种种用用于于非非自自照照明明的的颜颜色色空空间间，叫叫做做CIE1976 CIE1976 L L*a a*b b*，或或者者叫叫CIE CIE LABLAB。CIECIE LABLAB使使用用b b*,a a*和和 L L*坐坐标标轴轴定定义义CIE CIE 颜颜色色空空间间。其其中中，L L*值值代代表表光光亮亮度度，其其值值从从0(0(黑黑色色)100(100(白白色色)。b

19、b*和和a a*代代表表色色度度坐坐标标，其其中中a a*代代表表红红绿绿轴轴，b b*代代表表黄黄蓝蓝轴轴，它它们们的的值值从从0 0到到1010。a a*=b=b*=0=0表表示示无无色色，因因此此L L*就就代代表表从从黑黑到到白白的的比比例例系系数数。CIECIE LABLAB使使用用对对色色坐坐标标（opponet opponet color color coordinatecoordinate）的的想想法法来来自自这这样样的的概概念念：颜颜色色不不能能同同时时是是红红和和绿绿，或或者者同同时时是是黄黄和和蓝蓝，但但颜颜色色可可以以被被认认为为是是红红和和黄黄、红红和和蓝、绿和黄以及

20、绿和蓝的组合。蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。第11页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学LabLab颜颜色色空空间间是是在在19761976年年制制定定的的等等色色空空间间，以以克克服服在在x x，y y色色度度图图上上相相等等的的距距离离并并不不相相当当于于我我们们所所觉觉察到的相等色差的问题。察到的相等色差的问题。L:L:明亮度明亮度a:a:从绿色到红色从绿色到红色b:b:从蓝色到黄色从蓝色到黄色第12页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学CIE CIE XYZ XYZ 是是国国际际照照明明委委员

21、员会会在在19311931年年开开发发并并在在19641964年年修修订订的的CIE CIE 颜颜色色系系统统(CIE(CIE Color Color System)System)，该该系系统统是是其其他他颜颜色色系系统统的的基基础础。它它使使用用相相应应于于红红、绿绿和和蓝蓝三三种种颜颜色色作作为为三三种种基基色色，而而所所有有其其他他颜颜色色都都从从这这三三种种颜颜色色中中导导出出。通通过过相相加加混混色色或或者者相相减减混混色色，任任何何色色调调都都可可 以以 使使 用用 不不 同同 量量 的的 基基 色色 产产 生生。CIE CIE 19311931色色 度度 图图(CIE(CIE 1

22、931 1931 Chromaticity Chromaticity Diagram)Diagram)，如如图图 (a)(a)所所示示，图图(b)(b)是是它它的的轮轮廓廓图图。图图(a)(a)中中的的A A点点在在色色度度图图上上的的坐坐标标是是x x0.48320.4832，y y0.30450.3045，它它的的颜颜色色与红苹果的颜色相匹配。与红苹果的颜色相匹配。第13页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学第14页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学图图示示CIE CIE 19311931色色

23、度度图图是是用用标标称称值值表表示示的的CIECIE色色度度图图，x x表表示示红红色色分分量量，y y表表示示绿绿色色分分量量。图图中中的的E E点点代代表表白白光光，它它的的坐坐标标为为(0.33(0.33，0.33)0.33)；环环绕绕在在颜颜色色空空间间边边沿沿的的颜颜色色是是光光谱谱色色，边边界界代代表表光光谱谱色色的的最最大大饱饱和和度度，边边界界上上的的数数字字表表示示光光谱谱色色的的波波长长，其其轮轮廓廓包包含含所所有有的的感感知知色色调调。所所有有单单色色光光都都位位于于舌舌形形曲曲线线上上，这这条条曲曲线线就就是是单单色色轨轨迹迹，曲曲线线旁旁标标注注的的数数字字是是单单色

24、色(或或称称光光谱谱色色)光光的的波波长长值值；自自然然界界中中各各种种实实际际颜颜色色都都位位于于这这条条闭闭合合曲曲线线内内；RGBRGB系系统统中中选选用用的的物物理三基色在色度图的舌形曲线上。理三基色在色度图的舌形曲线上。第15页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学计计算算机机颜颜色色显显示示器器显显示示颜颜色色的的原原理理与与彩彩色色电电视视机机一一样样，都都是是采采用用R R、G G、B B相相加加混混色色的的原原理理，通通过过发发射射出出三三种种不不同同强强度度的的电电子子束束，使使屏屏幕幕内内侧侧覆覆盖盖的的红红、绿绿、蓝蓝磷磷光

25、光材材料料发发光光而而产产生生颜颜色色的的。这这种种颜颜色色的的表表示示方方法法称称为为RGBRGB颜颜色色空空间间表表示示。在在多多媒媒体体计计算算机机技技术术中中，用用得得最最多多的的是是RGBRGB颜色空间表示。颜色空间表示。根根据据三三基基色色原原理理，用用基基色色光光单单位位来来表表示示光光的的量量，则则在在RGBRGB颜颜色色空空间，任意色光间，任意色光F F都可以用都可以用R R、G G、B B三色不同分量的相加混合而成：三色不同分量的相加混合而成：F Fr R +g G +b B r R +g G +b B 第16页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学

26、院纺织服装学院染料化学我我们们可可知知自自然然界界中中任任何何一一种种色色光光都都可可由由R R、G G、B B三三基基色色按按不不同同的的比比例例相相加加混混合合而而成成，当当三三基基色色分分量量都都为为0 0（最最弱弱）时时混混合合为为黑黑色色光光；当当三三基基色色分分量量都都为为k k（最最强强）时时混混合合为为白白色色光光。任任一一颜颜色色F F是是这这个个立立方方体体坐坐标标中中的的一一点点，调调整整三三色色系系数数r r、g g、b b中中的的任任一一系系数数都都会会改改变变F F的的坐坐标标值值，也也即即改改变变了了F F的的色色值值。RGBRGB颜颜色色空空间间采采用用物物理理

27、三三基基色色表表示示，因因而而物物理理意意义义很很清清楚楚，适适合合彩彩色色显显像像管管工工作作。然然而而这这一一体体制制并并不不适适应应人人的的视视觉觉特特点。因而，产生了其他不同的颜色空间表示法。点。因而，产生了其他不同的颜色空间表示法。国国际际照照明明委委员员会会（CIECIE）规规定定以以700nm(700nm(红红)、546.1nm 546.1nm(绿绿)、435.8nm(435.8nm(蓝蓝)三个色光为三基色。又称为物理三基色。三个色光为三基色。又称为物理三基色。第17页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学第18页/共57页Lectu

28、rer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学HSIHSI（HueHue、Saturation Saturation and and IntensityIntensity）颜颜色色空空间间是是从从人人的的视视觉觉系系统统出出发发，用用色色调调（HueHue）、色色饱饱和和度度（SaturationSaturation或或ChromaChroma）和和亮亮度度（IntensityIntensity或或BrightnessBrightness）来来描描述述颜颜色色。HSIHSI颜颜色色空空间间可可以以用用一一个个圆圆锥锥空间模型来描述。空间模型来描述。第19页/共57页Lectu

29、rer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学第20页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学1.色调(hue)视视觉觉系系统统对对一一个个区区域域呈呈现现的的颜颜色色的的感感觉觉，即即对对可可见见物物体体辐射或发射的光波波长的感觉辐射或发射的光波波长的感觉色调是最容易把颜色区分开的属性色调是最容易把颜色区分开的属性色色调调用用红红(red)、橙橙(orange)、黄黄(yellow)、绿绿(green)、青青(cyan)、蓝蓝(blue)、靛、靛(indigo)、紫、紫(violet)等术语来刻画等术语来刻画用用于于描描述述感感知

30、知色色调调的的术术语语是是色色彩彩(colorfulness)，如如浅浅蓝蓝或或深深蓝蓝的的感感觉觉。黑、灰、白为无色彩黑、灰、白为无色彩 色调在颜色圆上用圆周表示色调在颜色圆上用圆周表示圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不同，见图。圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不同，见图。色调数目多于色调数目多于1000万种万种普通人可区分普通人可区分200种、种、50种饱和度和种饱和度和500级灰度级灰度颜色专业人士可辨认的色调数大约颜色专业人士可辨认的色调数大约300400种种第21页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学色调

31、表示法第22页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学2.饱和度(saturation)颜色的纯洁性颜色的纯洁性l可用来区别颜色明暗的程度可用来区别颜色明暗的程度l当当一一种种颜颜色色掺掺入入其其他他光光成成分分越越多多时时，就就说该颜色越不饱和说该颜色越不饱和l完完全全饱饱和和的的颜颜色色是是指指没没有有渗渗入入白白光光所所呈呈现的颜色现的颜色l单一波长的光谱色是完全饱和的颜色单一波长的光谱色是完全饱和的颜色半径表示法半径表示法l见见图图(a)，沿沿径径向向方方向向上上的的颜颜色色具具有有相相同同的色调和明度，但它们的饱和度不同的色调和明度，但它们

32、的饱和度不同l图图(b)所所示示的的七七种种颜颜色色具具有有相相同同的的色色调调和和明明度度，但但具具有有不不同同的的饱饱和和度度，左左边边的的饱饱和和度度最浅，右边的饱和度最深最浅，右边的饱和度最深(a)半径表示法(b)示例饱和度表示法第23页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学3.明度中英文术语的差别中英文术语的差别l在许多中文书籍和英汉词典工具书中在许多中文书籍和英汉词典工具书中brightness 亮度亮度lightness 亮度亮度luminance 亮度亮度l实际上，三者之间是有区别的：实际上，三者之间是有区别的：brightness

33、明度明度luminance亮度亮度lightness光亮度光亮度第24页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学明度(brightness)视觉系统对可见物体辐射光或发射光多少的感知属性视觉系统对可见物体辐射光或发射光多少的感知属性l例如一根点燃的蜡烛在黑暗中看起来要比在白炽光下亮例如一根点燃的蜡烛在黑暗中看起来要比在白炽光下亮l有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率p 感知的明度与反射率不成正比，认为是一种对数关系感知的明度与反射率不成正比，认为是一种对数关系l明度的主观感觉值目前无法用物理设备测量明度的主观感

34、觉值目前无法用物理设备测量p 可用亮度可用亮度(luminance)即辐射的能量来度量即辐射的能量来度量p 用一个数值范围表示，例如，用一个数值范围表示，例如，010第25页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学p一个极端是黑色一个极端是黑色(没有光没有光)，另一个，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色极端是白色，在这两个极端之间是灰色明度常用垂直轴表示，见图明度常用垂直轴表示，见图 (a)(a)在图在图 (b)(b)中，七种颜色具有中，七种颜色具有p相同色调和饱和度相同色调和饱和度p不同的明度不同的明度p底部的明度最小底部的明度最小p顶部的明

35、度最大顶部的明度最大(a)垂直轴表示法(b)示例明度表示法 第26页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学用用这这种种描描述述HISHIS颜颜色色空空间间的的圆圆锥锥模模型型相相当当复复杂杂，但但确确能能把把色色调调、亮亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。其中：度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。其中：（A A）HSIHSI圆锥空间模型圆锥空间模型 （B B）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。（C C）纵纵轴轴表表示示亮亮度度：亮亮度度值值是是沿沿着着圆圆锥锥的的轴轴线线度度量量的的，沿沿着

36、着圆圆锥锥轴轴线线上上的的点点表表示示完完全全不不饱饱和和的的颜颜色色，按按照照不不同同的的灰灰度度等等级级，最最亮亮点点为为纯白色、最暗点为纯黑色。纯白色、最暗点为纯黑色。（D D）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。（E E）圆圆锥锥横横切切面面：色色调调H H为为绕绕着着圆圆锥锥截截面面度度量量的的色色环环，圆圆周周上上的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。颜色为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心的半径横轴。第27页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学通通常

37、常把把色色调调和和饱饱和和度度通通称称为为色色度度，用用来来表表示示颜颜色色的的类类别别与与深深浅浅程程度度。由由于于人人的的视视觉觉对对亮亮度度的的敏敏感感程程度度远远强强于于对对颜颜色色浓浓淡淡的的敏敏感感程程度度，为为了了便便于于颜颜色色处处理理和和识识别别，人人的的视视觉觉系系统统经经常常采采用用HSIHSI颜颜色色空空间间，它它比比RGBRGB颜颜色色空空间间更更符符合合人人的的视视觉觉特特性性。在在图图像像处处理理和和计计算算机机视视觉觉中中大大量量算算法法都都可可在在HSIHSI颜颜色色空空间间中中方方便便地地使使用用，它它们们可可以以分分开开处处理理而而且且是是相相互互独独立的

38、。因此，在立的。因此，在HSIHSI颜色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。颜色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。HSIHSI颜颜色色空空间间和和RGBRGB颜颜色色空空间间只只是是同同一一物物理理量量的的不不同同表表示示法法，因因而而它们之间存在着转换关系，如公式所示：它们之间存在着转换关系，如公式所示：第28页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学HSI颜色空间和RGB颜色空间转换关系公式第29页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学HSVHSV(hue,saturation and va

39、lue)的缩写的缩写A.R.Smith根根据据颜颜色色的的直直观观特特性性于于1978年年创创建建的的,也也称六角锥体模型称六角锥体模型(hexcone model)，如图所示，如图所示HSV的表示方法的表示方法p色色调调：用用角角度度度度量量，0360。红红色色为为0，按按逆逆时时针针方向计算，绿色为方向计算，绿色为120，蓝色为，蓝色为240p饱和度：取值范围为饱和度：取值范围为0.01.0p亮度值：取值范围为亮度值：取值范围为0.0(黑色黑色)1.0(白色白色)HSV和和RGB之之间间没没有有转转换换矩矩阵阵，但但可可对对它它们们之之间间的的转转换算法进行描述换算法进行描述第30页/共5

40、7页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学HSV颜色空间第31页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学HSL/HSBHSL/HSB(hue,saturation and lightness/brightness)的缩写的缩写利利用用三三条条轴轴定定义义颜颜色色，用用六六角角形锥体表示，见图形锥体表示，见图用于台式机图形程序定义颜色用于台式机图形程序定义颜色HSL 与与HSVpHSL用用 光光 亮亮 度度(lightness)作作 坐坐 标标，HSV用亮度用亮度(luminance)作坐标作坐标pHSL颜颜色色饱饱

41、和和度度最最高高时时的的光光亮亮度度L定定义为义为0.5，而，而HSV则为则为1.0 HSL颜色空间 第32页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学彩彩色色印印刷刷或或彩彩色色打打印印的的纸纸张张是是不不能能发发射射光光线线的的，因因而而印印刷刷机机或或彩彩色色打打印印机机就就只只能能使使用用一一些些能能够够吸吸收收特特定定的的光光波波而而反反射射其其他他光光波波的的油油墨墨或或颜颜料料。油油墨墨或或颜颜料料的的3 3基基色色是是青青（CyanCyan）、品品红红（MagentaMagenta）和和黄黄（YellowYellow），简简称称为为CM

42、YCMY。青青色色对对应应蓝蓝绿绿色色，品品红红对对应应紫紫红红色色。理理论论上上说说，任任何何一一种种由由颜颜料料表表现现的的颜颜色色都都可可以以用用这这三三种种基基色色按按不不同同的的比比例例混混合合而而成成，这这种种颜颜色色表表示示方方法法称称CMYCMY颜颜色色空空间间表表示示法法。彩彩色色打印机和彩色印刷系统都采用打印机和彩色印刷系统都采用CMYCMY颜色空间。颜色空间。第33页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学用用CMYCMY模模型型产产生生的的颜颜色色被被称称为为相相减减色色，是是因因为为它它减减少少了了为为视视觉觉系系统统识识别

43、别颜颜色色所所需需要要的的反反射射光光。在在CMYCMY相相减减混混色色中中，三三基基色色等等量量相相减减时时得得到到黑黑色色；等等量量黄黄色色(Y)(Y)和和品品红红(M)(M)相相减减而而青青色色(C)(C)为为0 0时时，得得到到红红色色(R)(R)；等等量量青青色色(C)(C)和和品品红红(M)(M)相相减减而而黄黄色色(Y)(Y)为为0 0时时，得得到到蓝蓝色色(B)(B)；等等量量黄黄色色(Y)(Y)和和青青色色(C)(C)相相减减而而品品红红(M)(M)为为0 0时时，得得到到绿绿色色(G)(G)。这这些些三三基基色色相相减减结结果果如如图所示。图所示。第34页/共57页Lect

44、urer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学CMYCMY空空间间正正好好与与RGBRGB空空间间互互补补，也也即即用用白白色色减减去去RGBRGB空空间间中中的的某某一一颜颜色色值值就就等等于于同同样样颜颜色色在在CMYCMY空空间间中中的的值值。RGBRGB空空间间与与CMYCMY空空间间的的互互补补关系如下表所示。关系如下表所示。根根据据这这个个原原理理，很很容容易易把把RGBRGB空空间间转转换换成成CMYCMY空空间间。由由于于彩彩色色墨墨水水和和颜颜料料的的化化学学特特性性，用用等等量量的的CMYCMY三三基基色色得得到到的的黑黑色色不不是是真真正正的的黑黑色色

45、，因因此此在在印印刷刷术术中中常常加加一一种种真真正正的的黑黑色色（black black inkink），所所以以CMYCMY又写成又写成CMYKCMYK。实实际际应应用用中中，一一幅幅图图像像在在计计算算机机中中用用RGBRGB空空间间显显示示；用用RGBRGB或或SHISHI空空间间编编辑辑处处理理；打打印印输输出出时时要要转转换换成成CMYCMY空空间间；如如果果要要印印刷刷，则则要要转转换成换成CMYKCMYK四幅印刷分色图，用于套印彩色印刷品。四幅印刷分色图，用于套印彩色印刷品。第35页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学RGBRGB

46、相加混色相加混色 CMYCMY相减混色相减混色 对应颜色对应颜色 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 第36页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学CIECIE简介简介CIECIE（国国际际照照明明委委员员

47、会会）创创建建的的目目的的是是要要建建立立一一套套界界定定和和测测量量色色彩彩的的技技术术标标准准。可可回回溯溯到到19301930年年，CIECIE标标准准一一直直沿沿用用到到数数字字视视频频时时代代，其其中中包包括括白白光光标标准准（D65D65）和和阴阴极极射射线线管管（CRTCRT）内内表表面面红红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。CIECIE的总部位于奥地利维也纳。的总部位于奥地利维也纳。第37页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学色色彩彩（不不管管是是色色光光还还是是打打印印）传传统统的的测测量量是是用

48、用与与其其匹匹配配的的特特定定的的RGBRGB光光量量测测定定的的。根根据据经经验验，要要求求观观察察者者能能借借助助混混台台的的三三色色光光与与各各种种色色彩彩相相匹匹配配，CIECIE把把这这些些观观察察者者的的平平均均情情况况定定义义成成一一个个“标标准准的的观观察察者者”以以观观察察一一组组特特定定的的“光光”。然然后后，他他们们定定义义了了一一个个测测量量单单位位的的系系统统和和测测量量步步骤骤，这这样样，任任何何色色彩彩都都可可以以根根据据指指定定的的3 3个个标标准准光光量量来来确确定定。这些就是这些就是CIE XYZCIE XYZ值。值。RGBRGB模模型型采采用用物物理理三三

49、基基色色，其其物物理理意意义义很很清清楚楚，但但它它是是一一种种与与设设备备相相关关的的颜颜色色模模型型。每每一一种种设设备备(包包括括人人眼眼和和现现在在使使用用的的扫扫描描仪仪、监监视视器器和和打打印印机机等等)使使用用RGBRGB模模型型时时都都有有不不太太相相同同的的定定义义，尽尽管管各各自自都都工工作作很很圆满，而且很直观，但不能相互通用。圆满，而且很直观，但不能相互通用。第38页/共57页Lecturer:Prof.Yue Liu纺织服装学院纺织服装学院染料化学为为了了从从基基色色出出发发定定义义一一种种与与设设备备无无关关的的颜颜色色模模型型，19311931年年9 9月月国国际

50、际照照明明委委员员会会在在英英国国的的剑剑桥桥市市召召开开了了具具有有历历史史意意义义的的大大会会。CIECIE的的颜颜色色科科学学家家们们企企图图在在RGBRGB模模型型基基础础上上，用用数数学学的的方方法法从从真真实实的的基基色色推推导导出出理理论论的的三三基基色色，创创建建一一个个新新的的颜颜色色系系统统，使使颜颜料料、染染料料和和印印刷刷等等工工业业能能够够明明确确指指定定产品的颜色。会议所取得的主要成果包含：产品的颜色。会议所取得的主要成果包含：定定义义了了标标准准观观察察者者(Standard(Standard Observer)Observer)标标准准：普普通通人人眼眼对对颜颜