人类的彩色世界

aero

上一帖中，为了解释其中出现的Cr，Cg，Cb以及x，y，讲述了一些 CIE XYZ色彩空间的内容。现在就来详述这个另外一个三维的色彩空间。

CIE XYZ色彩空间是由CIE RGB色彩空间经过数学运算抽象得来的。现在基本上作为所有色彩空间的基础。

CIE RGB色彩空间其实已经足够好了。但是，负数是让人讨厌的，尤其是在凭手工和计算尺运算的1931年。

因此，以上图Cr, Cg, Cb为色原点（虽然不存在这样的色彩，因为已经在人眼的色域之外），构建新的色彩空间。因为和RGB已经没有关系了，所有这次用X, Y, Z表示。

aero

tom_xx_hu@yahoo 发表于 2012-01-19 13:57
顶上来呼唤帽哥。
帽哥，我感觉XYZ还是没有明白。又去看了些Wiki，觉得也没有看得很明白。很有可能还是XYZ ...

我也理解了很久，觉得很难说明白。最近忙着换尿布，没有更新帖子。

aero

接上帖。

上帖中，我们经过数学变换。重新选定了新的抽象的XYZ三点来表述色彩，以避免RGB的局限性。并且完成了x'(la), y'(la), z'(la)（英文字符集的限制，你们应该明白我在说哪几个函数）的曲线绘制。要补充一点的是由于三个函数之间是相互的比例关系，因此CIE在设定标准的时候取了一下巧，设定y'(la) = V(la)。还记得V(la)吗？就是前面提到的等能亮度曲线。这样好了，所有曲线都在la轴上方，而且绿色（我是说线是绿色的）的y'(la)曲线整整好好是之前的等能亮度曲线！所以在由XYZ来表示色彩的时候，三个值就不单单是无意义的抽象比例了，Y具有了亮度的特性。

色彩，都是三种原色XYZ的不同比例混合，是一种比例关系。因此在转换矩阵中多乘一个系数，是无关痛痒的。因此CIE规定了标准的转换方程，其主要目的是将XYZRGB这六个值都控制在0～1之间。



再来详细说一下上面x'(la), y'(la), z'(la)曲线的绘制。参照r(la), g(la), b(la)三个函数的定义，前面有详述。注意大小写和上标。



由此绘出上帖的曲线。

aero

今天再更新一帖。因为从内容上讲可以暂告一段落。也许前面的帖子使您看得枯燥，但这一帖您一定要看。这一帖是前面帖子的一个结论，同时是下面帖子的原因。大多数网上的内容其实是从这帖子往下开始的。

CIE使用XYZ来表示色彩空间，因为它能在正值范围内覆盖所有的色域，所以一般认为是标准色彩空间。XYZ中，Y值是有意义的，表示相对的亮度。两组XYZ比较，如果Y值相同，那么这两种颜色的亮度相同。如果XZ相同（按比例）,Y值不同（按比例），则认为是同一色彩的不同亮度（其实，严格说，不同亮度也是不同色彩）。

由于X值，Z值的关系不直观，因此CIE提出了xyY色度图。其中x，y即是上帖中计算出的x，y，分别代表X占(X+Y+Z)的比例和Y占(X+Y+Z)的比例。其实，用z似乎更加合理些，但是CIE就是用了(x, y)。z可以用x、y计算出来，也都是一样。

所以用xyY三个值，也可以表示唯一的颜色。其实，这也可以看作是另一个基于XYZ的色彩空间，不过这个映射关系非常简单而已。用(x, y)为坐标，绘制出人类所能见到的色域图如下，即常说了CIE标准色度图。其中Y表示亮度，我们把(x, y)称为色度坐标。

这个CIE标准色度图，研究颜色很常见。tom帖子中的普朗克白狐也是在这个色度图中画出来的。图中的三角形是CIE RGB色彩空间，就是那个用实验得出的色彩空间。RGB三点落在色域的边缘上，即都是单一波长的单色光。E点是标准色度图的白点，坐标为（0.33，0.33）。在之后定义的其他色彩空间中，我们也可以选择其他的点作为白点。哈哈，对，白点是可以自己选择的，并不一定是物理上的白。白，其实可以很主观，可以有传说中的纯白，和不怎么白。

可以看出，CIE RGB色彩空间，原色的选择非常武断，其正值只可以表示这个三角形内部的色彩，而外部的色彩，则必须用负值来表示。但由随意选取的RGB值，实验得出的CIE RGB色彩空间，经过数学运算和抽象，我们最终得到了用CIE XYZ和(x, y)色度图表示的看起来比较舒服的人类色域。

另附一张图，有利于理解Y在xyY坐标系中的作用，Y是亮度。注意，所有的数值都是相互依赖的比例关系。

aero

这其实是一个色彩空间转换的问题。当然是色域覆盖广的硬件好，但色准，当然是经过较验的好些。回头我要再仔细讲讲色彩空间转换的问题。

aero

确实两难，我倾向可自己较色的。

aero

一介村夫 发表于 2012-01-24 00:17
我跟你相反。原因是：
有了厂家标准的ICC，即使有个体差异，误差也不会很大，至少色域是完整的。
而对于 ...

所以说两难。如果不可以自己调校，厂家的ICC是否准确是一个问题。

其实，80%的色域表现已经相当不错了，已经比很多色彩空间（比如sRGB，Adobe RGB）要大了。

当输入源的色彩空间有限的时候，足够用了，没必要100%色域。

至于是否出彩，我现在也只是理论研究，其实都没有实际看过那么多的颜色。。。。。。

aero

一介村夫 发表于 2012-01-25 11:16
所谓全色域，是相对于NTSC标准而言的。
MS定义的sRGB肯定是不够用的，Apple用的是adobeRGB，这也是为什么 ...

晕，以为你说的全色域是只人类识别色域呢，原来是NTSC标准，怪不得有108%这样奇怪的数字。

我的观点还是这样：如果厂家的ICC是完全可信任的，那么当然色域越广越好。但如果ICC不精确，我宁愿要一个可以自己校准的。宁缺勿滥。

aero

tom_xx_hu@yahoo 发表于 2012-01-25 11:00
我还是没有理清XYZ的思路——它这样定义的色彩空间的思路。有时间要再看看资料。

tom，实在不行就这样简单理解。XYZ就是人类的三色刺激值，对应三种视锥细胞。这样虽然不对，但是好理解。就好象经典牛顿力学是相对论力学中宏观低速情况下的极好近似一样。

XYZ的取值比例，就决定一种色彩。其中一种细胞，Y，用来感受颜色的亮度。这样，用所有可能的XYZ组合，就能组合出所有人类可见的色彩。

由前所述，由XYZ推出xyY并不难。其中xy是色度坐标，Y同XYZ中的Y一样，为亮度。将这样的三维色彩空间，简化为二维图，就是我们常见的标准色度图。

总之，XYZ是认识其他色彩空间的基础。可以认为，XYZ就是颜色中的标准。

aero

tom_xx_hu@yahoo 发表于 2012-01-25 23:35
谢谢你帮我滤清思路。
一旦XYZ作为公理体系接受下来，后面的事情倒也简单，我所纠结还不明白的是，XYZ这 ...

tom，你不会也没认真看前面的帖子吧？15楼讲述得哪里不清楚啦？

手机看帖子，没办法打那么多字。今天刚弄到电脑。

前面讲述的所有内容，其实就是XYZ的来历。这个也是我当时思考的难点。

简单来说，就是定义一个RGB，然后实验得出全部色域，然后将其非负化。非负化就是从一个特定的RGB空间，转换到了XYZ空间。

对于15楼的CIE RGB色彩空间图来说，任选其他的三角形包含所有人类色域，也可以得出一个三维色彩空间，不是XYZ，可能OPQ。OPQ也是不存在的原色点。

CIE选择了XYZ，所有没有了OPQ什么的。只用XYZ色彩空间作为标准色度了。

说它是标准也不过是人为规定。抽象意义上讲，XYZ色彩空间，和其他RGB什么别的没什么区别。


如果采用存在（即人类可见）的原色点作为RGB来生产三维色彩空间，那么这个色彩空间总是无法在非负状态下表述所有的人类色域。CIE RGB即是这样一个色彩空间。