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CIE色度学的研究进展

日期:2024-09-21 13:19
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摘要:
CIE色度学的研究进展

随着计算机科学的迅猛发展,颜色需要在多种不同的输入、输出设备之间进行传输,颜色的检测、再现面临更为复杂的情况,传统的色度学理论已难以满足现代的颜色传递和交流的要求,需要发展新的颜色理论。

CIE色度学经过了将近80年的发展历程,根据其特点可以分为三个阶段,分别是色匹配阶段、色差阶段和色貌阶段。

 

 

一、色匹配阶段

CIE1931标准色度观察者颜色匹配函数奠定了色度学的基础,由此建立的颜色的基本表示方法和测量方法。

通过标准色度观察者颜色匹配函数、照明体的光谱功率分布、物体的光谱特性,即可计算出某一颜色的CIE三刺激值,从而获得该颜色的色品坐标,确定在色品图上的对应位置。

 

 

二、色差阶段

色均匀空间CIELABCIELUV的建立和研究,为色差的实际应用扫清了障碍,为评价色差区别提供了**量化的模型。其中,CIELAB颜色空间及对应的色差公式是应用****的色差评价模型。

CIELAB的颜色、色差测量及表示被严格限定在测色三要素(照明体、光源和观察者)的条件下,然而,随着对颜色理论研究和实际应用的不断深入,CIELAB的不足也逐渐暴露出来。为了解决新的问题,人们提出了色貌模型。

 

 

三、色貌阶段

什么是色貌呢?当两个相同的颜色,在背景、尺寸、形状、表面特性、照明体和照明条件都相同时,给人的视觉感知才是一样的,只要其中的任一条件发生改变,虽然颜色的三刺激值相同,但人的视觉感觉会发生变化,这就是色貌现象。

20世纪八十年代对色貌进行研究,全球学者已经提出了众多的色貌模型,如英国Hunt教授提出了Hunt色貌模型,日本Nayatani教授提出了Nayatani色貌模型;而后,出现了Hunt94Nayatani95LLABRLABZLAB等色貌模型。

CIE1997建立了CIECAM97s色貌模型,2002发布了CIECAM97s的修正版CIECAM02,并确定为工业应用的推荐色貌模型。

 

CIECAM02的优点:

1、  更低的计算量;

2、  色度空间的均匀性更好;

3、  优良的跨媒体环境下颜色的预测能力。

 

CIECAM02还不是**的色貌模型,存在以下不足:

1、  不能准确预测彩色背景的色貌属性;

2、  对复杂图像的色貌预测和评价存在困难;

3、  CIECAM02是建立在亮环境下的颜色预测,不能预测暗环境下的色貌。

CIE是什么??(CIE色度学的研究进展 )

CIE(国际照明委员会):原文为Commission Internationale de L'Eclairage(法) 或International Commission on Illumination(英)。这个委员会创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。可回溯到1930年,CIE标准一直沿用到数字视频时代,其中包括白光标准(D65)和阴极射线管(CRT)内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。
 
为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型,1931年9月国际照明委员会在英国剑桥市召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家们企图在RGB模型基础上,用数学的方法从真实的基色推导出理论的三基色,创建一个新的颜色系统,使颜料、染料和印刷等工业能够明确指定产品的颜色。会议所取得的主要成果包含:
 
  1、 定义了标准观察者(Standard Observer)标准:普通人眼对颜色的响应。该标准采用想象的X,Y和Z三种基色,用颜色匹配函数(color-matching function)表示。颜色匹配实验使用2°的视野(field of view);
 
  2、定义了标准光源(Standard Illuminants):用于比较颜色的光源规范;
 
  3、定义了CIE XYZ基色系统:与RGB相关的想象的基色系统,但更适用于颜色的计算;
 
  4、定义了CIE xyY颜色空间:一个由XYZ导出的颜色空间,它把与颜色属性相关的x和y从与明度属性相关的亮度Y中分离开;
 
  5、定义了CIE色度图(CIE chromaticity diagram):容易看到颜色之间关系的一种图。
 
  其后,国际照明委员会的专家们对该系统做了许多改进,包括1964年根据10°视野的实验数据,添加了补充标准观察者(Supplementary Standard Observer)的定义。
 
  CIE色度学的研究进展 ,1976年国际照明委员会又召开了一次具有历史意义的会议,试图解决1931的CIE系统中所存在两个问题:
 
  1、该规范使用明度和色度不容易解释物理刺激和颜色感知响应之间的关系;
 
  2、 XYZ系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感知的变化不一致,这个问题叫做感知均匀性(perceptual uniformity)问题,也就是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致。
 
  为了解决颜色空间的感知一致性问题,专家们对CIE 1931 XYZ系统进行了非线性变换,制定了CIE 1976 L*a*b*颜色空间的规范。事实上,1976年CIE规定了两种颜色空间,一种是用于自照明的颜色空间,叫做CIELUV,另一种是用于非自照明的颜色空间,叫做CIE 1976 L*a*b*,或者叫CIELAB。这两个颜色空间与颜色的感知更均匀,并且给了人们评估两种颜色近似程度的一种方法,允许使用数字量ΔE表示两种颜色之差。
 
  CIE XYZ是国际照明委员会在1931年开发并在1964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。虽然大多数人可能一辈子都不直接使用这个系统,只有颜色科学家或者某些计算机程序中使用,但了解它对开发新的颜色系统、编写或者使用与颜色相关的应用程序都是有用的。
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