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多媒体技术基础(第3版)第5章颜色的度量体系
林福宗
清华大学计算机科学与技术系
2008年9月
2008-07-01
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第5章颜色的度量体系目录
颜色科学简史
描述颜色的几个术语
什么是颜色
色调
饱和度
亮度
颜色空间
颜色的度量体系概要
Munsell颜色系统
Ostwald颜色系统
CIE颜色系统
颜色科学史上的两次重要会议
CIE 1931 RGB
CIE 1931 XYZ
CIE 1931 xyY
CIE 1960 YUV和CIE YU'V'
CIE 1976 LUV
CIE 1976 LAB
CIELUV LCh和CIELAB LCh
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第5章颜色的度量体系
颜色科学简史
Isaac Newton(1642-1727)的色园
1666年开始研究颜色,把红色和紫色首尾相接形成色圆/色轮(color circle /wheel)。也称牛顿色圆(Newton color circle),见图5-1
度量颜色的一种方法,圆周表示色调,圆的半径表示饱和度
为揭示红(R)、绿(G)和蓝(B)相加混色奠定了基础,其互补色是C,M,Y
牛顿还揭示了一个重要的事实:白光包含所有可见光谱的波长,并用棱镜演示了这个事实
图5-1 牛顿色圆
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第5章颜色的度量体系
颜色科学简史(续1)
Thomas Young(1773–1829)的假设
在1802年,认为人的眼睛有三种不同类型的颜色感知接收器,大体上相当于红、绿和蓝三种基色的接收器
James Clerk Maxwell(1831–1879) 的色度学
19世纪60年代,探索了三种基色的关系
认为三种基色相加产生的色调不能覆盖整个感知色调的色域,而使用相减混色产生的色调却可以
认为彩色表面的色调和饱和度对眼睛的敏感度比明度低
Maxwell的工作被认为是现代色度学的基础
Hermann von Helmholtz(1821-1894)的理论
认为Young的看法非常重要,使用三种基色相加可产生范围很宽的颜色
把这个想法用于定量研究,因此有时把他们的想法称为Young-Helmholtz理论。
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第5章颜色的度量体系
颜色科学简史(续2)
物理科学实验
20世纪20年代对科学家们提出的理论进行了实验,表明
红、绿和蓝相加混色的确能产生某个色域里的所有可见颜色,但不能产生所有的光谱色(单一波长的颜色),尤其是在绿色范围里
如果加入一定量的红光,所有颜色都可呈现,并用三色激励值(tristimulus values)表示R,G,B基色,但必须允许红色激励值为负值(即用补色)
国际照明委员会(CIE)的贡献
1931年定义了标准颜色体系,规定所有的激励值应该为正值,并用x和y两个坐标表示所有可见的颜色
绘制的CIE色度图(CIE chromaticity diagram) 是用xy平面表示的马蹄形曲线,为大多数定量的颜色度量方法奠定了基础
生理学实验
眼睛的不同锥体对颜色吸收性能的猜想直到1965年前后才做详细的生理学实验进行验证,结果表明,在眼睛中的确存在三种不同类型的锥体, Thomas Young的假设是正确的
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第5章颜色的度量体系
描述颜色的几个术语
颜色是什么
颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果,感知到的颜色由光波的波长决定
视觉系统能感觉的波长范围为380~780 nm,感知到的颜色和波长之间的对应关系如图5-2所示
纯颜色用光的波长定义,称为光谱色(spectral colors)
用不同波长的光进行组合时可产生相同的颜色感觉
区分颜色的三个特性
色调(hue)
饱和度(saturation)
明度(brightness)
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第5章颜色的度量体系
描述颜色的几个术语(续1)
图5-2 光谱色
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第5章颜色的度量体系
描述颜色的几个术语(续2)
色调(hue)
视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉,即对可见物体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
色调用红(red )、橙(orange)、黄(yellow)、绿(green)、青(cyan)、蓝(blue)、靛(indigo)、紫(violet) 等术语来刻画
用于描述感知色调的术语是色彩(colorfulness),如浅蓝或深蓝的感觉。黑、灰、白为无色彩
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5-3
色调数目多于1000万种
普通人