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CIE1931RGB颜色空间不均匀性的原因探讨

时间:2012-07-20来源:科印网作者:段华伟

  颜色空间的构建和量化研究是印刷行业的基础理论课题之一。自1931年以来防伪印刷,国际照明委员会(CIE)向世界各国推荐了多种颜色空间,如RGB空间、XYZ空间和Lab空间。其中Lab空间被认为是均匀性颜色空间,根据此空间推导而得到的色差公式被世界各国广泛接受,用于颜色距离的定量计算和印刷品质量的评价。但是Lab空间已被证实其色相均匀性还是不够理想,表现为在其恒色相面上移动观察时CTP在中国,仍会感觉到色相的改变,这种改变在蓝色区域(色相角为290°左右)尤为明显。因此,寻找新的更均匀的颜色空间仍是目前颜色科学领域里的基本课题之一。本文深入分析了CIE颜色空间不均匀的数理原因,并提出以仿射坐标系代替标准正交坐标系建立均匀颜色空间的初步构想,为颜色的量化研究和颜色空间模型的构建提供了新的途径。

  一、几种常用颜色空间

  基于色光匹配实验数据压凹凸,CIE推荐了几种世界通用的颜色空间,其中,在印刷行业中应用最为广泛的颜色空间有。RGB空间,又称CIE1931RGB颜色空间,是CIE于1931年整合莱特(W. D. Wright)和吉尔德(J. Guild)两人的色光匹配实验数据而建立的颜色空间装订,是一种真实颜色空间。由于色光匹配实验中存在负刺激值,所以,CIE随后推荐使用XYZ空间代替RGB空间对颜色进行色度表征。XYZ空间并不是真实存在的物理颜色空间,它是由RGB空间经线性变换而得到的一种假想颜色空间。通过数学变换,原来RGB空间中的负值在XYZ空间中被转换为正值富士施乐,因此,XYZ空间的刺激值全部为正。这样一来,既方便了颜色量的计算又消除了人们对负刺激值可能产生的误解。 字体

  1942年,美国的研究人员麦克亚当(D. L. MacAdam)发现XYZ空间具有严重的不均匀性,即标准xy色度图上不同区域内相同的几何距离所对应的颜色视觉差别量不同。这种不均匀性导致颜色之间的色差数值不具有视觉上的对应性和同等性大族冠华,给颜色测量和计算带来了极大的不便。XYZ空间的不均匀性一经发现,便引发了人们对均匀性颜色空间的探索和开发。1975年,在伦敦举行的CIE第18届大会上,加拿大的维泽斯基(G. Wyszecki)提出了一份关于均匀颜色空间和色差计算的报告,由会议通过并向世界各国推荐海德堡,这就是现在称之为CIE1976L*a*b*的均匀颜色空间,简称Lab空间。Lab空间是由XYZ空间变换而来的,变换公式中包含有立方根函数,因此,XYZ空间到Lab空间是一种非线性变换。根据Lab颜色空间推导的色差公式也被普遍地应用于包括印刷在内的与颜色相关的各行业中。

  二、RGB颜色空间不均匀的数理原因

  既然XYZ空间是经RGB空间线性变换而来的整合,那么,XYZ空间的不均匀性即表明RGB空间也是不均匀的,因为线性变换不会改变空间的均匀性。但是,RGB空间属于真实物理颜色空间,它是基于客观实验数据而建立的空间组合印刷,理论上,RGB空间应该是均匀空间,即根据该空间计算的两个颜色的色差应该与真实视觉感上的距离成正比。但实际得到的CIE1931RGB空间却是不均匀颜色空间。可能存在两方面的原因导致了RGB空间的不均匀性:(1)客观世界的颜色空间本身即是不均匀的;(2)客观世界的颜色空间是均匀的,但用于描述和表征RGB空间的方法不正确,导致了RGB颜色空间的不均匀性。经过思考光盘印刷,首先排除了第一种可能性,因为不管客观颜色空间均匀与否,根据物理视觉实验得到的数据其均匀性都应该与产生这些数据本身的客观存在相一致。换句话说,颜色空间天然应该是均匀的,亦即均匀性是颜色空间的天然属性。根据此判断可得如下推论:CIE1931RGB空间的不均匀性只能由上述第二种可能性引起上海宏景,即在构建该空间时采用了不正确的描述和表征手段。 乐凯二胶

  由现代色度学公识可知,RGB、XYZ和Lab颜色空间采用的坐标系都是三维标准正交坐标系。对RGB空间而言,三个两两正交的坐标轴分别代表三原色R、G、B的矢量方向,各轴上单位矢量的长度与三原色的单位量相对应。该空间内,矢量的方向表示颜色的色度报纸印刷,矢量的长度表示颜色的亮度。为了构建标准正交的RGB颜色空间,CIE规定三个坐标轴单位矢量长度之间的比率为1:1:1。众所周知,色光匹配实验时,CIE选择的三原色光为红(R)、绿(G)、蓝(B),其对应的波长分别为700nm、546.1nm和435.8nm。CIE对各波长原色的亮度进行了测定上海宏景,得到三原色光的相对亮度比率为1.0000:4.5907:0.0601。由此可见,CIE选择的三原色的亮度在真实物理颜色空间中并非是1:1:1的比例关系。由于RGB颜色空间中矢量的长度代表亮度,因此,三坐标轴单位矢量的真实长度比率应该是1.0000:4.5907:0.0601。然而,为了构建标准正交颜色系统区域报道,CIE取1:1:1这一比率关系替代了1.0000:4.5907:0.0601这一真实三原色亮度比率做为RGB空间中三坐标轴单位矢量的长度比率。很明显,坐标轴单位矢量长度比率的替换导致了真实物理颜色空间的扭曲和变形,这是CIE1931RGB颜色空间不均匀的真正原因。

  三、仿射颜色空间的提出 纸箱纸盒

  按照三原色光亮度的真实比率,RGB颜色空间中三个坐标轴的单位矢量应该分别表示为:R =(1,0数码印刷在中国,0)、G=(0,4.5907,0)、B=(0,0,0.0601)电子商务,即三个坐标轴单位矢量长度的比率采用三原色亮度的真实比率。像这样使用单位矢量长度不相等的坐标轴建立的坐标系统称为仿射坐标系。医药包装

  在仿射RGB颜色空间里,由于各坐标轴单位矢量长度之间的比率采用的是三原色亮度的真实比率,故此颜色空间是未变形空间,是对真实物理颜色空间的无失真描述与表征。因此,仿射颜色空间具有三个特点:(1)此空间是更一般化的颜色空间;(2)空间结构无变形装订,颜色矢量的长度(模)能够代表该颜色的真实亮度;(3)两颜色点之间的仿射色差既包含色度信息又包含亮度信息。

  四、结语

  目前,包括Lab空间在内的均匀颜色空间都具有不同程度的缺陷,究其原因是因为现有的均匀颜色空间都是直接或间接来源于CIE1931RGB空间,而RGB空间则由于采用了标准正交坐标系统其本身即是对真实物理颜色空间的失真描述与表征。因此,基于标准正交RGB空间派生出的均匀空间不可能是理想均匀的。基于仿射坐标系建立的仿射RGB空间是对真空物理颜色空间的忠实描述印前工艺,虽然其均匀性及其在颜色量化研究中的作用还未得到充分的证明和认识,相信随着研究的深入,仿射RGB空间在印刷色彩理论中应该能发挥重要的作用,并有可能弥补现有颜色空间的不足和缺陷。
重组

与本文相关的研究论文已发表在《中国印刷与包装研究》2011年第1期15-18,28页。油墨


段华伟专栏

总访问量:36991 更新时间:2015-12-09 11:22:25

职务和资格:广东省委组织部认定印刷包装行业紧缺拔尖人才、国际注册科技项目管理咨询师、国家职业技能鉴定(平版印刷工)考评员、中国包装联合会防伪包装委员会评审专家、中国高科技产业化研究会会员、广东省第五届博士后联谊会理事、华南理工大学校外硕士研究生导师、汕头大学客座教授、深圳市轻工(印刷)高级职称评审专业组评审专家、汕头市金平区优秀拔尖人才。
主要经历:工学博士,博士后,副研究员。1999年、2004年先后毕业于西安理工大学印刷包装工程学院,分别获印刷工程学士和硕士学位;2010年3月毕业于江南大学包装工程系,获包装工程博士学位;2010.06-2012.06,在华南理工大学轻工技术与工程博士后流动站从事印刷领域的技术研究;曾先后担任河南金芒果印刷有限公司副领机、郑州大学包装工程系教师、东方今报社印务主管、广东彩印股份有限公司技术总监。先后发表学术论文30余篇,小说2篇,杂文1篇,其中英文SCI论文3篇、EI论文8篇,主持中国博士后科学基金项目一项,主持广东省产品包装与物流普通高校重点实验室开放基金项目一项,参与国家自然科学基金项目两项和广东省自然科学基金项目一项,申请发明专利四项,申请广东省高新技术产品四件,两项科研成果通过中国包装总公司组织的成果鉴定。2011年随中国代表团赴美国参加NIP27国际学术盛会,并做学术报告;2014年赴台湾考察印刷行业,并参观健豪台中总公司。近年来在团队管理、印企IPO、技术研发、专利工作等方面积累了一些经验。

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