人类的彩色世界

tom_xx_hu@yahoo

aero 发表于 2012-01-15 16:07
是这样的。由于R=700nm, G=546.1nm, B=435.8nm的波长规定，小雨540nm的单一波长光颜色，的确无法用正数 ...

我想我应该这样来理解：小于540nm的光，即使全用G和B（而R=0）也不能表达，也就是说540nm以下的色彩还有超越（CIE1931）RGB的成分。我认为这是其中一个原色（700nm）选取不当所致。700nm，已经是肉眼可见红色的边缘，视锥的响应已经很弱，把一个原色选到这个“偏僻”的地段，使得CIE1931 RGB在可见光区明显偏“暖”，其代表性（代表人眼可见光色彩的能力）大打折扣。

从第二象限色域（波长小于540nm）中任意选取一点，任意画出一条穿越此点的曲线，都无法相交于第一象限的r和g值。

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。

waker

虽然不知道楼主在说些什么,但感觉很XX的样子

tom_xx_hu@yahoo

顶起支持。
这样的帖子，干货多，不容易咽下，要配饮料。我配一杯饮料，是不久前看到的科技新闻，说某处某科学家（忘了）发明全新照相技术，镜头的光圈聚焦这些东西都抛弃了，快门时间也不那么重要了。新闻报道没有详细交代，从字里行间分析，那基本上就是一个分光光谱仪，因此颜色也要事后加上去。信息量惊人，后期运算量也惊人，但据说可以（或者有这个潜力）后期聚焦，也就是后期中再指定焦平面出图——这就可以出多层图了。
科技发展，匪夷所思，全是aero这样XX的人在推动！

tom_xx_hu@yahoo

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与感性认知相差太远，猪脑子转不过弯来。
继续学。

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。

一介村夫

既然军帽的课暂告一段落了，我就插句嘴。
我觉得这些理论太抽象了，应该与实际应用多多挂钩才好。
比如，LED背光总是号称自己的色域再现能力大于CCFL（如在百度百科中），可是为什么对显示器在实验室中实测的结果是两者不分高下、半斤八两？现阶段我们该如何选择显示器？
也许是因为我最近正在挑选显示器的缘故吧，对这些问题比较头疼。1万元以下的100%色域以上的CCFL显示器都停产了，取而代之的是最高82%色域的LED背光“升级”型号的“专业”显示器，又一个劣币驱逐良币的例子。


PS：顺便提醒大家，要换显示器的，抓紧CCFL尾货吧！

tom_xx_hu@yahoo

一介村夫 发表于 2012-01-20 00:06
比如，LED背光总是号称自己的色域再现能力大于CCFL（如在百度百科中），可是为什么对显示器在实验室中实测的结果是两者不分高下

老实说，商家的这类宣传，往往不能当真，就像平板扫描仪的dpi指标一样。厂家的色域，究竟指什么，得要他们来看看帽哥的帖子以后再说。我看了（还不敢说看懂）帽哥的帖子，对色域有一个新的认识，就是色域除了“广度”以外，还有一个特性“密度”。CIE色域中，在任意两点画一道直线，其上任何一点的色彩，都可以由这两个端点色彩按不同比例组合出来。同样，三（原色）点可以组合出一个三角形RGB色域。因此，理论上，只要获得色域中三个足够远离（至达XYZ之外最好）而且相关度足够小（即不在一个直线上）的色彩，就可以复制整个色域（给我一个支点，我就可以撬起地球啊）。LED目前分两种，三色混合和荧光漫射机制，当然都在色域之内，决定了只能获得CIE XYZ色域的子集，但是只要三色选取足够宽光（远至近红外和近紫外），是可以获得很宽的色域。但是有两个局限：

1. 注意到色域边缘是外凸弧线，所以其上每点（单频光色）都是不可能用色域内的两点来组合的。（开玩笑，傅立叶频谱分量当然是正交独立的，要能组合出来那就不是独立分量），这就决定了LED的致命弱点：缺色。荧光LED对此有所改善，但是要达到CCFL的光谱密度，散热就太大，又失去LED的优势了。

2. 不同色彩的理论上可以按连续可变的不同比例混合，但实际上当然不行，这就在实现的色域中留下很多“空洞”，如果这些空洞过于密集，形成的色域密度就不够，所出的图色彩就不丰富，过渡不细腻。