CIE1976 Lab色度空間 - technoligy-04

CIE1976 色度空間 （一）、CIE1976 色度空間及色差公式 從一開始研究色彩學，人們為了使色彩設計和複製更精確、更完美，為色彩的轉換和校正制 定合適的調整尺度或比例，減少由於空間的不均勻而帶來的複製誤差，在不斷尋找一種最均勻的 色彩空間，這種色彩空間，在不同位置，不同方向上相等的幾何距離在視覺上有對應相等的色差， 把易測的空間距離作為色彩感覺差別量的度量。若能得到一種均勻顏色空間，那麼色彩複製技術 就會有更大進步，顏色匹配和色彩複製的準確性就得到加強。 從 CIE1931RGB系統到 CIE1931XYZ系統，再到 CIE1960UCS系統，再到 CIE1976LAB系 統，一直都在向"均勻化"方向發展。CIE1931XYZ顏色空間只是採用簡單的數學比例方法，描繪 所要匹配顏色的三刺激值的比例關係；CIE1960UCS顏色空間將 1931xy色度圖作了線形變換， 從而使顏色空間的均勻性得到了改善，但亮度因數沒有均勻化。 為了進一步改進和統一顏色評價的方法，1976年 CIE推薦了新的顏色空間及其有關色差公 式，即 CIE1976LAB（或 L a b ）系統，現在已成為世界各國正式採納、作為國際通用的測色 標準。它適用於一切光源色或物體色的表示與計算。 CIE1976L a b 空間由 CIEXYZ系統通過數學方法轉換得到，轉換公式為： （5-17） 其中 X、Y、Z是物體的三刺激值；X0、Y0、Z0為 CIE標準照明體的三刺激值；L 表示心 理明度；a 、b 為心理色度。 從上式轉換中可以看出：由 X、Y、Z變換為Ｌ 、a 、b 時包含有立方根的函數變換，經 過這種非線形變換後，原來的馬蹄形光譜軌跡不復保持。轉換後的空間用笛卡兒直角坐標體系來 表示，形成了對立色坐標表述的心理顏色空間，如圖 5-43所示。在這一坐標系統中，+a 表示紅 色，-a 表示綠色，+b 表示黃色，-b 表示藍色，顏色的明度由 L 的百分數來表示。 圖 5-43 色差是指用數值的方法表示兩種顏色給人色彩感覺上的差別。若兩個色樣樣品都按 L 、 a 、b 標定顏色，則兩者之間的總色差△E ab 以及各項單項色差可用下列公式計算： 明度差： △L =L 1-L 2 色度差： △a =a 1-a 2 △b =b 1-b 2 總色差： （5-18） 計算舉例：在 2°標準觀察者和 C光源的照明條件下，測得用黃色油墨印製的三個樣品的色度坐 標為： No1： Y=71.79， x=0.4210， y=0.4788 No2： Y=70.67， x=0.4321， y=0.4889 No3： Y=67.95， x=0.4441， y=0.4947 C 光源：Y0=100， x0=0.3101， y0=0.3162 下面再按式（5-17）進行計算 L ，a ，b 。首先根據式（5-14）求各樣品色的三刺激值 由此得到： No1: Y1=71.79, X1=63.13, Z1=15.02 No2: Y2=70.60, X2=62.46, Z2=11.43 No3: Y3=67.95, X3=61.00, Z3=8.40 C 光源：Y0=100, X0=98.07, Z0=118.22 把這些數值代入式（5-17）求得： No.1 No.２ No.３ 假定以樣品色 No.1 為標準，則可計算出它們的色差值為： △L △a △b △E ab No.2-No.1 -0.6638 1.3287 7.6053 7.7490 No.3-No.1 -1.9727 3.5920 14.3055 14.8809 （二）、色差單位的提出與意義 1939年，美國國家標準局採納了賈德等的建議而推行 Y1/2、a、b色差計算公式，並按此公 式計算顏色差別的大小，以絕對值 1作為一個單位，稱為"NBS 色差單位"。一個 NBS 單位大約 相當於視覺色差識別閾值的 5倍。如果與孟塞爾系統中相鄰兩級的色差值比較，則 1NBS 單位約 等於 0.1 孟塞爾明度值，0.15 孟塞爾彩度值，2.5 孟塞爾色相值（彩度為 1）；孟塞爾系統相鄰兩 個色彩的差別約為 10NBS 單位。NBS 的色差單位與人的色彩感覺差別用表 5-5來描述，說明 NBS 單位在工業應用上是有價值的。後來開發的新色差公式，往往有意識地把單位調整到與 NBS 單 位相接近，例如 ANLAB40，Hunter Lab 以及 CIE LAB 、CIE LUV 等色差公式的單位都與 NBS 單 位大略相同（不是相等）。因此，我們不要誤解以為任何色差公式計算出的色差單位都是 NBS。 彩色包裝裝潢印刷複製技術是多工序的系統工程，裝潢印刷品最終質量的色彩誤差，多按正 態分佈規律 N（u，σ2），採用"三倍標準差法"，取±3σ作為上、下控制公差。根據國內、外的 經驗表明：對無特殊要求的一般產品，取 6ΔE ab 色差單位作為裝潢印刷品顏色公差的控制範 圍是較為合理的。 在色彩複製質量要求上，由國家標準局頒布的裝潢印刷品GB7705-87（平印）、GB7706-87 （凸印）、GB7707-87（凹印）的國家標準中，對彩色裝潢印刷品的同批同色色差為：一般產品 ΔE ab　5.00～6.00，精細產品ΔE ab　4.00～5.00，同時還將這一質量標準作為國家企業晉升 的一項條件。 表 5-5 NBS 單位與顏色差別感覺程度 NBS單位色差值 感 覺 色 差 程 度 0．0～0.50 0.5～1.51 1.5～3 3～6 6以上 （微小色差）感覺極微（trave） （小色差）感覺輕微（slight） （較小色差）感覺明顯 （noticeable） （較大色差）感覺很明顯（appreciable） （大色差）感覺強烈（much） （三）、CIE a b 心理色度圖的形狀分析 CIE rg 色度圖和 CIE xy 色度圖中色度坐標所反映的是三原色各自在三刺激值總量中的相對 比例，它表示了顏色相同和彩度相同而亮度不同的那些顏色的共同特徵，色度圖的範圍代表顏色 的色域。 我們以 Y=19.77（孟塞爾明度 V=5）時的 xy 色度圖（圖 5-44）為例來觀察轉換後 a b 心理 色度圖的情況。圖中射線為孟塞爾色卡中恆定色相軌跡。利用式（5-17）進行轉換，這是一種非 線形轉換，圖 5-44 中的馬蹄形光譜軌跡不復保持，而成為一種不規則的楔形（圖 5-45），在 CIEa b 心理色度圖中，藍原色向右下方伸展形成楔形的尖。 圖 5-44 xy 色度圖 圖 5-45 a b 心理色度圖 圖 5-46 為圖 5-45 的局部，反映出孟塞爾明度 V=5 時，孟塞爾色卡中恆定色相軌跡和恆定彩 度軌跡，可以看出 a b 心理色度圖具有較好的均勻性。 圖 5-46 Y=19.77（V=5）時 a b 心理色度圖 如果知道了色樣的刺激值 Y（亮度因數），則式（5-17）中的刺激值 X、Z可用色度坐標來 表示： ……………… …………（5-19） 將式（5-19）代入式（5-17）中，得 ⋯⋯⋯⋯（5-20） 由式（5-20）知轉換過程中 a b 心理色度圖的大小範圍與亮度因數 Y有關，隨著 Y值的增 大，a b 色度圖的範圍也逐漸增大，當 Y達到最大值 100 時，a b 色度圖的範圍最大。圖 5-47 中外圈曲線 S1 表示 a b 色度圖的最大範圍，內圈曲線 S2 表示 Y=19.77（V=5）時的範圍。 目前在實用技術上，色彩設計及處理軟件使用某一區域（如-120