CIE XYZ -Yxy顏色模型

時間：2024-03-06 　

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CIE Yxy顏色空間的不均勻性

色彩差別量與其它物理量在性質(zhì)上迥然不同。例如長度這一物理量，人們常?？梢匀我夥指?，即使人眼無法分辨的微小長度，還可以借助顯微鏡和其它物理儀器來測量和觀察。但是，對于色彩差別量來說，主要取決于眼睛的判斷。如果一個眼睛不能再分辨的色彩差別量，而人們又不能借助物理儀器來觀察它，這樣它就成了一個無意義的數(shù)值。我們把人眼感覺不出的色彩差別量（變化范圍）叫做顏色的寬容量。顏色的寬容量反映在CIE xy色度圖上即為兩個色度點(diǎn)之間的距離。因為，每種顏色在色度圖上是一個點(diǎn)，但對人的視感覺來說，當(dāng)這種顏色的色度坐標(biāo)位置變化很小時，人眼仍認(rèn)為它是原來的顏色，感覺不出它的變化。所以，對視感覺效果來說，在這個變化的距離（或范圍）以內(nèi)的色彩差別量，在視覺效果上是等效的。對色彩復(fù)制和其它顏色工業(yè)部門來說這種位于人眼寬容量范圍之內(nèi)的色彩差別量是允許存在的。

1942年，美國柯達(dá)研究所的研究人員麥克亞當(dāng)(D.L.Macadam)發(fā)表的一篇關(guān)于人的視覺寬容量的論文，迄今為止，仍是在色彩差別定量計算與測量方面的基本著作。在研究的過程中，麥克亞當(dāng)在CIE xy色度圖上不同位置選擇了25個顏色色度點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)色光，其色度坐標(biāo)x、y。又對每個色度點(diǎn)畫出5~9條不同的方向直線，取相對兩側(cè)的色光來匹配標(biāo)準(zhǔn)色光的顏色，由同一位觀察者調(diào)節(jié)所配色光的比例，確定其顏色辨別的寬容量。通過反復(fù)做50次配色實驗，計算各次所得色度坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，即：

圖1

如圖1所示，圍繞指定標(biāo)準(zhǔn)色度點(diǎn)向各個方向的輻射線為各標(biāo)準(zhǔn)差的距離，發(fā)現(xiàn)在不同方向上，此距離是不相等。圍繞標(biāo)準(zhǔn)色度點(diǎn)，在不同方向上取距離為一個標(biāo)準(zhǔn)差的點(diǎn)的軌跡近似一個橢圓。還可以看到在色度圖不同位置上的25個顏色點(diǎn)的橢圓形狀大小不一樣，其長軸方向也不相同。這表明在xy色度圖中，在不同位置不同方向上顏色的寬容量是不相同的。換句話說，標(biāo)準(zhǔn)CIE xy色度圖上的相同的幾何距離，在不同的顏色區(qū)域里和不同顏色變化的方向上，所對應(yīng)的視覺顏色差別量大小是不同的，圖中的各個橢圓形寬容量是按實驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差的10倍繪出的。

CIE XYZ -Yxy顏色模型

顏色空間：視覺與數(shù)學(xué)模型

顏色空間不僅僅是命名和描述顏色的模型，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顏色，每種顏色代表了顏色空間中的一個獨(dú)立的點(diǎn)（由三種刺激的值決定）。

所以，只要知道顏色的坐標(biāo)值，就能輕易地將其從顏色空間中標(biāo)記出來。雖然，通過與其他顏色的關(guān)系可能知道它在色空間的位置，但是用三個數(shù)值來描述顏色，還不足以決定兩種顏色的視覺差異。

我們將在這一章中探索用三維的、數(shù)學(xué)上定義的坐標(biāo)來描述顏色的模型，而不是三個主觀的值。

顏色空間：設(shè)備相關(guān)與設(shè)備無關(guān)

我們一直在討論的顏色空間(RGB、CMY和HSL)是依賴于設(shè)備的，這意味著不同設(shè)備在顏色空間中顏色坐標(biāo)是不同的（盡管坐標(biāo)的名稱是相同的）。

匹配顏色的最佳方法是使用一個穩(wěn)定的、邏輯的、設(shè)備無關(guān)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是由“國際委員會”于1931年開發(fā)的，通常以其縮寫為CIE。CIE空間是與設(shè)備無關(guān)的，這意味著在這顏色空間中可以找到的顏色范圍并不局限于特定設(shè)備的呈現(xiàn)能力。

CIE XYZ 顏色模型

CIE發(fā)布此顏色模型為了確定人眼感知顏色的平均狀況，在1931年，他們使用三種原色定義了一個數(shù)學(xué)模型（或者三種刺激值(X(紅色)，Y(綠色)和Z(藍(lán)色))，從這個模型中可以看到所有的顏色都可以被一個“標(biāo)準(zhǔn)”觀察者看到，此數(shù)學(xué)模型被稱為“CIE XYZ模型”。CIE XYZ模型中測量了標(biāo)準(zhǔn)光源下的每一種顏色，以及嚴(yán)格定義了標(biāo)準(zhǔn)觀察者所看到的觀察條件。

一個不均勻的XYZ顏色模型

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

CIEYxy顏色模型

由于XYZ三維的顏色模型不太容易解釋和理解，所以CIE開發(fā)出了Yxy顏色模型，也稱為色度圖，它可以將顏色可視化，而不考慮明度坐標(biāo)。

這個模型根據(jù)兩個色度坐標(biāo)來定義顏色：

其中一個顯示了色調(diào)的主導(dǎo)波長(x)，

另一個顯示它的飽和度(y)。

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

一些基本色域的色度圖

x和y坐標(biāo)的可視化如下：

從色度圖的中心到邊緣的顏色會越加飽和，最飽和的顏色在圖表的邊緣。

色相的改變是根據(jù)其在馬蹄形的邊緣的位置。