颜色科学基础及应用.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,1,第八章,颜色科学基础及其应用,2,什么是颜色？,色彩,是通过光被我们人眼所感知的,光,实际上是一种按波长辐射的电磁能,将不同波长的光波组合在一起，就会产生颜色,颜色的基本知识（,1/6,）,3,英国人,Newton,，,三棱镜实验,证明了白光是所有可见光的组合。,颜色的基本知识（,2/6,）,光源,光阑,三棱镜,屏幕,赤,橙,黄,绿,青,蓝,紫,图,8-1,色散现象,4,光谱,spectrum,将白光分解为单色光，并按波长顺序排列,可见光谱,人眼能看到的光波,波长约,350,750,纳米的光波,色光,对应于不同波长的光波,颜色的基本知识（,3/6,）,5,颜色的基本知识（,4/6,）,视觉现象,同时对比,同时性颜色对比,继时性颜色对比,对比灵敏度,视觉分辨率,视觉暂留特性,马赫带效应,6,颜色视觉机理,Young-Helmholtz,的三原色学说,“在人眼视网膜上存在感受红、绿、蓝色的光接受器（锥状体），分别对红、绿、蓝三种光最敏感，一切颜色特性都由这些锥状体的响应量的比例来表示”,Hering,的对立颜色学说（四色学说）,“在人眼视网膜上存在着响应红,-,绿、黄,-,蓝、白,-,黑的三种光接受器，所有的颜色特性都由这些光接受器的响应量的比例来表示”,颜色的基本知识（,5/6,）,7,特点基于经验事实提出,都有心理实验和显微光谱,-,电生理学测定结果作依据,Young-Helmholtz,的三原色学说,缺点是不能满意地解释色盲现象,Hering,的对立颜色学说（四色学说）,缺点是不能满意地解释红、绿、蓝三原色能够产生所有光谱色彩的现象,颜色的基本知识（,6/6,）,8,常用的颜色空间,（,1/14,）,与图形处理相关的颜色空间,RGB,颜色空间,CMY,颜色空间,与设备无关的颜色空间,CIE XYZ,颜色空间,CIE Lab,颜色空间,ITU-R BT.709 RGB,颜色空间,电视系统颜色空间,European YUV,颜色空间,American YIQ,颜色空间,9,常用的颜色空间,（,2/14,）,RGB,模型,Red,（红）,Green,（绿）,Blue(,兰,),加色模型,应用,彩色,CRT,10,常用的颜色空间,（,3/14,）,CMY,模型,Cyan,（青）,Magenta,（品红）,Yellow,（黄）,减色模型,应用,硬拷贝设备,11,颜料对光的选择性吸收原理,红,绿,蓝,白,白纸,红,绿,蓝,黄,=,白,-,蓝,红,绿,蓝,黑,=,白,-,蓝,-,绿,-,红,红,绿,蓝,红,=,白,-,蓝,-,绿,常用的颜色空间,（,4/14,）,12,RGB,彩色空间和,CMY,彩色空间转换关系,常用的颜色空间,（,5/14,）,13,常用的颜色空间（,6/14,）,CIE XYZ,颜色空间,波长,(),三刺激值,三刺激值,波长,(),图,8-10 RGB,色度系统的色匹配函数,图,8-11 CIE-XYZ,色度系统的标准色匹配函数,14,常用的颜色空间（,7/14,）,CIE-RGB,三刺激值与与,CIE_XYZ,三刺激值可通过如下两个式子进行相互转换,15,常用的颜色空间（,8/14,）,CIE,色度图,y,x,黄绿,橙,红,黄,x,光谱轨迹线,紫色线,紫,蓝,青,绿,A,B,C,D,65,E,y,16,常用的颜色空间（,9/14,）,CIE Lab,颜色空间,色差计算,当,X/X0,Y/Y0,Z/Z01.0(U),，,1.0(V),电视的制式,电视信号的标准,NTSC,制式,正交平衡调幅制,美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾,PAL,制式,逐行倒相正交平衡调幅,西德、英国等一些西欧国家，新加坡、中国大陆及香港，澳大利亚、新西兰等,SECAM,法国、东欧和中东,常用的颜色空间,（,12/14,）,20,European YUV,颜色空间,Y,：亮度,U,：色差,V,：色差,应用,YUV,制式,电视广播系统,常用的颜色空间,（,13/14,）,21,American YIQ,颜色空间,Y,：亮度,I,：色差,Q,：色差,应用,NTSC,制式,电视广播系统,常用的颜色空间,（,14/14,）,22,色彩设计（,1/4,）,色彩的情感,色彩的冷暖感,色彩的重量感,色彩的尺寸感,色彩的距离感,色彩的软硬感,色彩的情绪感,23,面向色彩设计的,HSV,模型,H(Hue),：色相,与光波的主波长有直接关系,S(Saturation),：饱和度,定义该颜色光的（主波长的）纯色光与白色光的比例,V(Value),：明度,与光的能量有关,应用,用户调色板,色彩设计,（,2/4,）,24,色彩设计,（,3/4,）,HSV,模型,对应于圆柱坐标系的一个圆锥形子集,白,色浓,纯色,色相,色深,黑,灰,图,8-16 HSV,颜色模型示意图,绿,(120,),红,(0,),青,(180,),黄,(60,),蓝,(240,),品红,(120,),H,O,S,(1,0),V,图,8-15,色相、色浓和色深之间的关系,25,色彩设计,（,4/4,）,数字图像颜色类型,真彩色（,True-color,）,直接用,R,、,G,、,B,值来决定像素的颜色值,伪彩色（,Pseudo-color,）,把整个像素值作为查找表的索引地址进行查找变换,调配色（,Direct-color,）,对,R,、,G,、,B,分量分别单独作为查找表的索引地址进行查找变换,26,颜色再现的五个层次（,Hunt&Fairchild,）,一般颜色再现,Color reproduction,满意色再现,Pleasing color reproduction,色度学色再现,Colorimetric color reproduction,颜色外观色再现,Color appearance reproduction,最喜欢色再现,Preferred color reproduction,颜色再现与色彩管理,（,1/10,）,27,色彩匹配的理想目标,依赖于图像的类型和用户的目的,普通用户,色度学色再现,电子商务,，如网上购物、远程医疗诊断,颜色外观色再现,商业印刷,，如对宣传广告,最喜欢色再现,颜色再现既是一门科学，也是一门艺术,颜色再现与色彩管理,（,2/10,）,28,质量评价常用的指标,色调（,hue,）,亮度（,lightness,）饱和度（,saturation,）,阶调范围（,tonal range,）,对比度（,contrast,）,纹理（,texture,）,灰平衡（,gray balance,）,颜色再现与色彩管理,（,3/10,）,29,颜色再现与色彩管理,（,4/10,）,为什么要进行色彩管理,实现图像色彩在经扫描仪或数码相机、显示器、打印机或印刷设备传递时不发生色彩失真，就必须形成一个环境，使支持这一环境的各种设备、材料在色彩信息的传递方面相互匹配。,色彩管理系统就是管理这一环境的应用系统，是管理各设备、材料间的颜色特性转换关系的一种管理系统。,色彩管理系统,Color Management System简称,CMS,30,颜色再现与色彩管理,（,5/10,）,色彩管理系统应用领域,彩色打印,印刷,印染,摄影,电子商务,远程医疗诊断,31,ICC,标准的产生,International Color Consortium,国际彩色协议组织,1993,年，,Adobe,agfa,Apple,Kodak,Microsoft,Silicon,Graphics,Sun Microsystem,以及,Taligent,颜色再现与色彩管理,（,6/10,）,32,颜色再现与色彩管理,（,7/10,）,ICC,标准的产生和意义,传统的封闭式的色彩管理,扫描仪（二）,扫描仪（三）,数码相机（一）,数码相机（二数码相机（三）,扫描仪（一）,照排机（二）,打印机（一）,打印机（二）,数码印刷（一）,照排机（一）,数码印刷（二）,33,颜色再现与色彩管理,（,8/10,）,ICC,标准的产生和意义,开放式的色彩管理,扫描仪（二）,扫描仪（三）,数码相机（一）,数码相机（二）,数码相机（三）,扫描仪（一）,照排机（二）,打印机（一）,打印机（二）,数码印刷（一）,照排机（一）,数码印刷（二）,色彩管理系统,输入设备,Profile,输出设备,Profile,CIE XYZ,或,L,*,a,*,b,*,34,色彩管理的基本流程,设备校准（,Calibration,）,设备特征化（,Characterization,）,对设备建立,Profile,文件的过程,颜色空间转换（,Conversion,）,4,种色域压缩方法,感觉法,相对色度法,突出饱和度法,绝对色度法,颜色再现与色彩管理（,9/10,）,35,色彩管理软件,独立的软件,Canon,的,CMM Pro,随扫描仪或打印机等外设捆绑销售的软件,Linotype-Hell,公司的,LinoColor,Agfa,的,ColorTone,和,PhotoFlow,Canon,的,ColorGear,、,WCC 2,、,CCM,内置在应用软件中的软件,Kodak,的,Kodak Precision,内置在,PhotoCD,和,PageMaker,里,Photoshop,Illustrator,颜色再现与色彩管理（,10/10,）,36,基于,ICC Profile,的色彩管理（,1/6,）,Profile,颜色特征描述文件,ICC Profile,的类型,输入设备,Profile,显示设备,Profile,输出设备,Profile,设备连接,Profile,色彩空间,Profile,抽象,Profile,指定色彩,Profile,37,基于,ICC Profile,的色彩管理（,2/6,）,ICC Profile,的文件结构,38,基于,ICC Profile,的色彩管理（,3/6,）,基于,ICC Profile,的颜色空间变换,从RGB,到,CIE XYZ,色彩空间的转换,一维变换线性查找表,(gamma,表,),3,3,矩阵，包括源空间到,特征连接空间白点的缩放比例,R,RedTRCTag,GreenTRCTag,BlueTRCTag,X,redMatrixColumnTag,greenMatrixColumnTag,blueMatrixColumnTag,G,B,Y,Z,39,基于,ICC Profile,的色彩管理（,4/6,）,基于,ICC Profile,的颜色空间变换,从,CIE XYZ,到,CMYK,色彩空间的转换,X,3,3,矩阵,三维查找表,CLUT,C,M,Y,K,Z,Y,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,40,基于,ICC Profile,的色彩管理（,5/6,）,基于,ICC Profile,的颜色空间变换,从,CMYK,到,CIE XYZ,色彩空间的转换,C,M,Y,K,四维查找表,CLUT,X,Y,Z,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,1LUT,41,基于,ICC Profile,的色彩管理（,6/6,）,ICC Profile,的局限性,大多数的图像文件格式不能支持,Profile,的嵌入,增大了文件的尺寸，而导致系统额外的开销,不同色彩管理系统之间的,Profile,不完全兼容,42,色彩匹配,Color Matching,CMSs,的核心技术,目标,实现,颜色的“所见即所得”,(WYSIWYG),CMS,CMS,色彩匹配（,1/7,）,43,色彩匹配的难点问题,色域不匹配（,Color gamut mismatch,）,混色原理不同,颜色的设备依赖性,色彩匹配（,2/7,）,44,影响打印质量的因素,打印机的机械特性,墨水特性,纸张特性,墨水纸张之间的相互作用,原色墨水输出的先后顺序以及墨水层间的相互作用,半色调技术,色彩匹配（,3/7,）,45,常用的色彩匹配方法,Neugebauer,方程法,多维查找表和插值法,实验建模,Masking,方法,基于神经网络的色彩匹配,基于科学发现的色彩匹配,色彩匹配（,4/7,）,46,为什么引入黑色,K?,引入,K,后,需要解决的问题：,如何产生,K,？,墨量增加问题？,如何获取正确的灰度平衡关系？,色彩匹配（,5/7,）,47,UCR,(Under Color Removal),GCR,(Gray Component Replacement),+,+,=,+,+,20%C 50%M 50%Y 0%C 30%M 30%Y 20%K,用黑色代替产生中性灰的颜色组合,120%,80%,典型的,GCR,色彩匹配（,6/7,）,48,如何获取灰度平衡关系？,逐一比较，建立灰度平衡关系的查找表,学习算法,色彩匹配（,7/7,）,