色彩空间(Color Space)

news/2025/3/13 0:09:08/文章来源:https://www.cnblogs.com/edver/p/18699558

我们为何需要色彩空间?

一方面,光来自太阳或其他辐射源,被介质(水、大气、玻璃)折射,并被表面漫反射或镜面反射。另一方面,在这个世界上,颜色并不像光那样以有形的方式存在。
颜色是我们感知周围世界的一部分。光线进入眼睛,被光感受器(视锥和视杆)处理,然后通过视神经发送到大脑进行进一步处理和解读。光的波长不同,我们的眼睛和大脑将其解读为不同的颜色和强度。所以我们对颜色的感知是由亮度信息和色度信息两部分组成的。
颜色的命名带着人们走出了狭隘的颜色感知领域,进入了更大的文化和语言的解释和分类领域,从而进入了更大的哲学、美学、神学和形而上学的考虑。

颜色科学的黎明

1.1 牛顿的光谱实验(1666)

  • 棱镜分解白光揭示连续光谱
  • 首次建立光的波长与颜色对应关系

1.2 杨-亥姆霍兹三色理论(1802)

  • 发现人眼视网膜存在三种视锥细胞
  • 红、绿、蓝三原色理论的生物学基础

CIE RGB系统的诞生与局限

2.1 颜色匹配实验(1920s)

实验设计:用红(700nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)三原色混合匹配任意颜色
惊人发现:某些颜色需要「负光强」才能匹配(如蓝绿色需"负红")
image

2.2 系统缺陷

负值无法物理实现
色域覆盖不完整
不同实验室数据差异大

CIE 1931 XYZ的数学革命

3.1 设计目标

所有可见色坐标为正值
Y分量直接对应亮度
包含完整可见光谱

3.2 关键推导步骤

转换矩阵设计原理:
X = 2.769×R + 1.752×G + 1.130×B
Y = 1.000×R + 4.591×G + 0.061×B
Z = 0.000×R + 0.057×G + 5.594×B
色度坐标归一化:
x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)
z = Z / (X + Y + Z)

3.3 划时代意义

首次建立与设备无关的绝对颜色标准
马赫带效应与视觉非线性补偿
色度图上的马蹄形光谱轨迹

从XYZ到现代RGB空间的转换

4.1 转换核心原理

通用转换公式:

4.2 sRGB的进化(1996)

HP与微软联合制定显示标准
Gamma校正公式(非线性转换):

4.3 不同RGB空间对比

特性 Adobe RGB DCI-P3 Rec.2020
色域覆盖率 50% CIE 45% CIE 75% CIE
典型应用 印刷 影院 8K电视

参考文章:
https://ciechanow.ski/color-spaces/
https://ninedegreesbelow.com/photography/xyz-rgb.html
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1963/1/012102/pdf

参考视频:
Color Spaces: Explained from the Ground Up - Video Tech Explained
https://www.youtube.com/watch?v=99v96TL-tuY
@橙与青 | 色彩空间为什么那么空?色度系统、色度图、色域、伽马、白点…
https://www.bilibili.com/video/BV19e4y1y7Mo/?spm_id_from=333.788.videopod.sections&vd_source=027b05cd44fca47e93f4f08854130dab

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