第二节 色彩的量度

一、从三刺激值向匀色系统转换

　　彩色视觉三色理论为色彩的每个知觉假定了一个坐标，分别给出了色彩的红、绿、蓝量，因为达到视网膜的光量取决于有效光量，这三个坐标值[三刺激值x（λ）、y（λ）、z（λ）就是用照明的三刺激值加权的反射率值，计算时通常把照明的y（λ）刺激值整规化为100。

　　三刺激值中的y（λ）值是视觉亮度响应的度量（根据大约200个观察者得到的平均值），三刺激值中的x（λ）值和z（λ）值分别表达红量和蓝量。

　　因为电视技术主要跟光的加色混合有关，所以电视工程师会解释道：三刺激值是用荧光屏上的红、绿、蓝荧光粉模拟的。就像任何一个色彩（荧光屏的色域内）可以通过正确选择红、绿、蓝荧光粉的组合强度产生一样，任何一个色彩可以用三个刺激值的适量组合产生。但可惜的是，三刺激值是想象的，因为三刺激值必须比光谱色彩更饱和。

　　三刺激值x（λ）、y（λ）和z（λ）的视觉感受没有均匀的距离，在亮区产生的5个单位色差比暗区产生5个单位色差要小得多。我们可以回忆一下过去学过的知识，三刺激值是与反射率值成正比的，所以反射率值给视觉的感受也不是均匀分布的，即使对于中性色也是这样。正因为如此，对三刺激值的转换方法作了许多的研究。

　　因为反射率值相对于眼睛不是等距分布的，为了得到一个相对均匀的亮度标度，可以将y（λ）刺激值加以变换。第一个均匀亮度标度是孟塞尔值标度，它把三刺激值y（λ）的平方根作为亮度，1943年它又被重新定义，亮度不再作为Y的函数对待。

　　立方根亮度标度是由拉德和皮尼提出，后又经哥拉塞等人重新定义，其表达式为：

　　L^*＝116/y(λ)/y(λ)₀－16

　　式中：L^*——亮度；

　　y（λ）₀——照明的三刺激值（通常为100）。

　　通过上式可以使亮度变成一个视觉均匀的彩色空间坐标，另外两个刺激值x（λ）、z（λ）也必须变成视觉均匀的坐标。

　　亚当斯考虑到反射率不形成均匀的视觉标度，他建议对x（λ）、z（λ）刺激值也像y（λ）值那样进行变换以便得到孟塞尔值，把转换后的值记为Vx、Vy和Vz。为了用赫林的对立色模型进行转换，亚当斯建议从Vx中减去Vy以得到红－绿坐标，从Vz中减去Vy以得到黄-蓝坐标，黑-白坐标用Vy定义，就是亮度，这就是亚当斯彩色空间。在经历了一系列的修正之后（主要是用坐标轴的相对标度和立方根修正向孟塞尔值近似），CIE采用了1976（L^*a^*b^*）色彩空间，简记为CIELAB，第一个坐标L^*大约是孟塞尔值的10倍，这样L^*=0时是理想的黑色，L^*=100时是绝对白色，a^*坐标是红-绿坐标，b^*是黄-蓝坐标。

　　亚当斯建议通过数值变换修正色度留，以使色度（从一个物体的色彩中减去亮度成分）更均匀的排列。然后用亮度去乘均匀色度，以便从色度空间除去亮度坐标和标度色度，亚当斯称其为彩色化合价空间（Color Valence Space）。后来亚当斯色彩空间又被亨特和威斯辛基重新定义。亨特的色彩空间是以亚当斯的均匀色度空间为基础，亮度采用平方根公式；而威斯辛基的色彩空间是基于均匀色度标度和采用立方根亮度公式。后者又经改进后，于1976年被CIE采用，并称为CIE1976（L^*，u^*，v^*），简记为CIELUV，这里L^*参数跟CIELAB色彩空间一样是视觉亮度,坐标u^*表示红度（与绿度比较），坐标v^*表示黄度（与蓝度比较），这些坐标相对比较均匀。

　　CIELAB和CIELUV坐标还可以被转换成直观的坐标，因为坐标L^*已经具有直观的意义，不再需要转换，而a^*、b^*或u^*、v^*可以被转换成极坐标形式。

　　根据CIELUV坐标可以计算饱和度值，用色品除以亮度即得饱和度，但不能由，CIELAB坐标计算饱和度。

　　在均匀色彩空间内不仅可以比较绝对色彩，而且可以比较色差。因此，不仅可以用色度测量技术测量油墨的色彩，而且还可以评价印刷色彩的色差。在CIELAB和产ELUV色空间中的任一方向上，一个单位的色差近似等于标准观察者所能感觉的最小差，两个物体间的色差是其坐标的欧氏距离，并用符号ΔE^*表示。

　　斯当研究了色彩公差范围，他发现6个色差单位是可接受的。因为ΔE^*值来自于一个距离标度，所以它们的大小是可以比较的。例如有一个印刷样张跟打样样张比较时色差为4，另一印刷样张其色差为2，则可以认为后者离完全匹配比前者近1倍。用这种方法可以评价匹配的接近度。

　　色度检测法可以用视觉上均匀的和精确的标度评价物体的色彩，所以在印刷工业中有广泛的用途。用色度检测方法可以确定一个印刷面的绝对色彩或以一定的公差提供一个样本，还可以通过色差比较对不同的工艺过程进行评价。

二、常用表色系统比较

　　在CIE表色系统中，任何一个色彩可以根据其三刺激值进行识别，同一个色彩在不同的表色系统中却是用不同参数表达的，但这些参数都可由三刺激值经简单的数学转换得到。

　　现在至少有20种表色系统存在。大多数表色系统是以获得被测参数与视觉色彩之间的直接关系为目标，但各种表色系统都没有完全成功地达到这个目标。各种表色系统都有自己特有的长处，因而不同的表色系统有不同的应用领域。对于印刷工业来说，感兴趣的是下述5种表色系统（见图2－1、图2－2、图2－3）。



图2－1



图2－2


图2－3

　　1．孟塞尔（1929）系统。这是一个最古老的表色系统，经历过多次改进。对于相等的色差，孟塞尔系统给出一个相等的视觉感受差异，但该系统只限于C光源照明的情况。即使采用计算机把三刺激值转换成盈塞尔值也是很复杂的。孟塞尔系统可作为比较其它表色系统的标准方法使用。

　　2．CIE（1931）RGB系统。当采用不同的标准光源A、B、C和D65时，该系统都能很好地把色彩加以分类，但它不是一个视感均匀的空间系统，这一点是与孟塞尔系统不同的。该系统是为定义遵循加色法定律的彩色光而设计，而不是为识别一个反射表面上遵循减色法定律的色料而设计，可以在软打样及彩色桌面出版系统中应用。

　　3．亨特（L，a，b）（1947）系统。它是CIE（1931）表色系统的一种转换形式，是一种优良的视觉色彩空间系统，它对饱和色彩的区分比对淡色的区分要好，也使某些色差的度量得到改善，除印刷工业之外，该系统的应用领域是广泛的。

　　4.CIELAB（CIE 1976 L^*，a^*，b^*）系统。该系统类似于亨特系统但有一些改进，国际照明委员会希望它在某些应用领域取代亨特系统并成为标准的表色系统。若对一个色彩的位置求出各个方向上的标准偏差，结果将表明，求得的标准偏差所处线段的各端点的连线与其它表色系统相比，在标准色度图上更接近于圆形。所以这个系统在印刷工业中得到广泛应用。

　　5．CIELUV（CIE 1976L^*，u^*，v^*）系统。此系统与CIEIAB系统类似，但在心理色度图中，组分色与其混合色的连线更接近于一条直线。在标准色度图中，视觉感受的色差比其它系统表现得更均匀，在印刷工业中，这些特性都是重要的。

　　心理色度图2－4、图2－5和图2—6是根据同一组色块的测量值经换算后给制的，所用的数据列于表2－1中。由图可以看到亨特Lab系统与CIELAB系统图中的连线不管方向和曲率都很相似，而CIELUV系统则跟前二种的情况很不相同，连线显得更直一些。



图2－4



图2－5



图2－6

　　表2－1

色别	x（λ）	y（λ）	z（λ）	L L* L*	L** L** L	Δa Δu* ΔV*	Δb Δa* Δb*
青	19.2	24.9	72.3	56.8	46.7	－18.3	－53.2
				60.6	46.7	-59.5	－75.8
				62.5	46.7	－23.8	－46.1
品红	73.4	20.7	26.3	42.3	41.4	67.5	-4.7
				55.9	41.4	107.9	－20.9
				57.9	41.4	67.4	-5.0
黄	67.9	74.6	20.8	93.3	91.4	-20.5	51.1
				94.4	91.4	25.9	106.5
				94.5	91.4	-10.5	89.1
红	33.6	19.4	8.1	51.0	39.6	59.0	18.0
				54.5	39.6	129.3	26.0
				56.5	39.6	60.6	31.8
绿	8.5	18.5	7.6	49.8	38.4	－39.7	17.4
				53.3	38.4	－63.3	52.0
				55.4	38.4	－62.9	31.5
蓝紫	7.1	4.9	22.5	29.0	13.7	18.7	-46.9
				28.5	13.7	－3.6	－61.7
				31.7	13.7	25.9	－44.2
三色	3.9	4.2	4.0	27.2	11.8	－1.2	0.6
				26.2	11.8	-0.6	5.1
				29.5	11.8	－2.1	2.5
四色	2.7	2.7	2.9	23.6	7.3	0.6	－1.4
				20.3	7.3	1.2	0.6
				24.0	7.3	0.9	－0.7
黑	6.7	6.7	7.7	22.7	18.0	0.9	－1.7
				33.4	18.0	1.1	-0.6
				36.3	18.0	1.2	-1.5
纸	84.77	86.61	98.85	99.4	99.2	0.9	1.1

[时间：2001-11-05  作者：刘世昌  来源：《印刷品质量质检测与控制》·第二章　色度测量技术及其应用]