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色彩管理中的颜色空间

时间:2002-03-15 作者:董玉珍 来源:中国印刷


  在彩色图像复制过程中,要做到从扫描、显示、输出到印刷的颜色统一性,就必须实行标准化、规范化、数据化的色彩管理。色彩管理包括:1.输入设备间的颜色匹配;2.原稿颜色与显示器颜色之间的匹配;3.输出设备间的颜色匹配;4.显示器颜色与印刷品颜色之间的匹配;5.原稿与印刷品之间的颜色匹
配。色彩管理就是要解决各种设备间的颜色转换匹配问题。我们都知道,对一
个颜色的度量可以有多种方法,而每一种方法都是放在一个被称之为
颜色空间的坐标系当中来进行度量的。自20世纪初开始,颜色度量空
间的研究和定义有了更加完善的发展。至今,随着计算机技术的发展
和普及,色彩空间及其相互转化和管理的技术日趋成熟,为再现我们
这个丰富多彩的世界提供了完备的技术基础。

  颜色空间分类如上图:

  在印前处理中,一般地,先从原稿(一般为连续调的自然稿)转换到RGB
空间以完成分色,再经RGB空间转换到与设备无关的标准空间XYZ或LAB,然
后再完成标准空间向RGB(如CRT)或CMYK空间(印刷)的转换,最后进行
输出。下面就分别介绍色彩管理中经常使用的颜色空间。

  一、RGB颜色空间

  颜色混合的基本定律表明:自然界任何一种颜色均可用红、绿、蓝三种原色光混合匹配产生,这在几何上能够以R、G、B3个互相垂直的轴所构成的空间坐标系统来表示,称为RGB三刺激空间,或RGB色空间。对于任何一种颜色,都可以以一定比例的红光、绿光和蓝光匹配得到。

  RGB系统在彩色处理系统中,是不可缺少的表色系统。出现于许多场
合,常常用于:1.显示器,它使用送来的R、G、B数值来驱动R、G、B
电子枪发射电子,并分别激发荧光屏上的R、G、B 3种颜色的荧光粉发出
不同亮度的光线,并通过相加混合产生各种颜色;2.扫描仪,它是通过吸
收原稿经反射或透射而发送来的光线中的R、G、B成分,并用它来表示原稿的颜色。

  众所周知,不同的扫描仪扫描同一幅图像,会得到不同色彩的图像数据;不同型号的显示器显示同一幅图像,也会有不同的色彩显示结果。因此我们将
RGB色彩空间称为与设备相关的色彩空间。这里所说的RGB空间与
CIE 1931 RGB真实三原色表色系统空间是不同的,后者是与设备无关的。

  二、Ycc颜色空间

  在进行图像扫描时,我们除了使用扫描仪外,还有一种重要的扫描输入设备PhotoCd,由于PhotoCd在存储图像的时候要经过一种模式压缩,所以
PhotoCd采用了Ycc颜色空间,此空间将亮度作由它的主要组件,具有两个
单独的颜色通道,采用Ycc颜色空间来保存图像,可以节约存储空间,从RGB
颜色空间转换到Ycc颜色空间的转换公式如下:

  三、1931 CIEXYZ色彩空间

  1931年,国际照明委员会(CIE)在进行了大量正常人视觉测量和统计之
后,建立了“标准色度观察者”,从而奠定了现代CIE标准色度学的定量基础。

  由于“标准色度观察者”用来标定光谱色时出现负刺激值,计算不便,也不易理解,因此1931年CIE在RGB系统基础上,改用三个假想的原色X、Y、
Z建立了一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值,定名为“CIE1931
标准色度观察者光谱三刺激值”,简称为“CIE1931标准色度观察者”。这一系
统叫做“CIE1931标准色度系统”或称为“2°视场XYZ色度系统”。

  CIEXYZ颜色空间稍加变换就可得到Yxy色彩空间,其中Y取三刺激值中
Y的值,表示亮度,x、y反映颜色的色度特性。定义如下: 



  在色彩管理中,选择与设备无关的颜色空间是十分重要的,与设备无关的颜色空间由国际照明委员会(CIE)制定,包括CIEXYZ和CIELAB两个标准。
它们包含了人眼所能辨别的全部颜色。而且,CIEYxy测色制的建立给定量的
确定颜色创造了条件。但是,在这一空间中,两种不同颜色之间的距离值并不
能正确地反映人们色彩感觉差别的大小,也就是说在CIEYxy色厦图中,在
不同的位置不同方向上颜色的宽容量是不同的,这就是Yxy颜色空间的不均匀
性。这一缺陷的存在,使得在Yxy及XYZ空间不能直观地评价颜色。

  四、CIELAB均匀颜色空间

  鉴于CIEXYZ颜色空间的不均匀性,国际照明委员会又向世界各国推
荐了几个国际通用的均匀颜色空间和色差公式,CIELAB色空间就是其中之一
CIELAB空间是CIEXYZ空间的一种非线性变换空间,其计算公式如下:

  L=116(Y/Y01/3 Y/Y0>0.01

  A=500[(X/X0)1/3-(Y/Y0)1/3]

  B=200[(Y/Y01/3-(Z/Z01/3]

  式中:X、Y、Z为样品色的三刺激值。

  X0、Y0、Z0为CIE标准照明体的三刺激值。

  L为心理计量明度。

  A、B为心理计量色度。

  CIELAB这一匀色空间的优点是:当颜色的色差大于视觉的识别阈值(恰
可察觉)而又小于孟塞尔系统中相邻两极的色差值时,能较好地反映物体色的
心理感受效果。而且,CIELAB表色直观,能直观的评价颜色。又因为CIELAB
是与设备无关的色彩空间,在色彩管理中,利用此特性,可沟通和推算出原稿
色、屏幕色和印刷色在色空间的对应关系,达到颜色在视觉上的一致,实现不
同设备之间的色彩转换。

  五、CMYK颜色空间

  印刷工业是通过青(C)、品(M)、黄(Y)三原色油墨的不同网点面积率的叠印来表现丰富多彩的颜色和阶调的,这便是三原色的CMY颜色空间。实
际印刷中,一般采用青(C)、品(M)、黄(Y)、黑(BK)四色印刷,在印刷的
中间调至暗调增加黑版。

  CMYK颜色空间是和设备或者是印刷过程相关的,则工艺方法、油墨的
特性、纸张的特性等,不同的条件有不同的印刷结果。所以CMYK颜色空间称
为与设备有关的表色空间。而且,CMYK具有多值性,也就是说对同一种
具有相同绝对色度的颜色,在相同的印刷过程前提下,可以用分种CMYK数字
组合来表示和印刷出来。这种特性给颜色管理带来了很多麻烦,同样也给控制
带来了很多的灵活性。

  在印刷过程中,必然要经过一个分色的过程,所谓分色就是将计算机中使
用的RGB颜色转换成印刷使用的CMYK颜色。在转换过程中存在着两个
复杂的问题,其一是这两个颜色空间在表现颜色的范围上不完全一样,RGB的
色域较大而CMYK则较小,因此就要进行色域压缩;其二是这两个颜色都是和
具体的设备相关的,颜色本身没有绝对性。因此就需要通过一个与设备无关的
颜色空间来进行转换,即可以通过以上介绍的XYZ或LAB色空间来进行转换。

  以上几种颜色空间是在色彩管理中最常见的颜色转换空间,因此对它们以及它们之间的关系的理解是非常重要的。

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