色彩管理原理

1、色彩管理原理 色彩管理来自于印刷行业对色彩管理的要求。色彩管理来自于印刷行业对色彩管理的要求。如扫描仪有平台如扫描仪有平台CCD型、滚型、滚筒筒PMT型以及数字照相机、视频捕捉卡、型以及数字照相机、视频捕捉卡、Photo CD等。等。输出材料有传统的反转片、负输出材料有传统的反转片、负片、打印纸等，由于各种彩色输出设备的出现，片、打印纸等，由于各种彩色输出设备的出现，如彩色喷墨、热升华、数字打样机、直接制版机、如彩色喷墨、热升华、数字打样机、直接制版机、国际互联网，选择的机会日益增多，所涉及设备国际互联网，选择的机会日益增多，所涉及设备已远远超出了传统的彩色复制。已远远超出了传统的彩色复制。

2、各种设备对色彩的千差万别，造成了彩色复制各种设备对色彩的千差万别，造成了彩色复制的不一致性，使得色彩管理成为迫切的需要。的不一致性，使得色彩管理成为迫切的需要。 色彩管理是运用软、硬件结合的方法在生产色彩管理是运用软、硬件结合的方法在生产系统中自动统一地管理和调整颜色，以保证在整系统中自动统一地管理和调整颜色，以保证在整个过程中颜色的一致性。个过程中颜色的一致性。色彩管理的意义：色彩管理的意义：1、由传统彩色复制的基本要求所决定的，即按、由传统彩色复制的基本要求所决定的，即按纸张、油墨及其他印刷条件进行基本的操作，包纸张、油墨及其他印刷条件进行基本的操作，包括阶调复制、灰平衡及色彩校正等内容；

3、括阶调复制、灰平衡及色彩校正等内容；2、特定于桌面出版系统的自动色彩管理，即以、特定于桌面出版系统的自动色彩管理，即以软件的方式来进行校准，对不同色彩空间进行特软件的方式来进行校准，对不同色彩空间进行特性化，针对不同的输入、输出设备传递颜色以取性化，针对不同的输入、输出设备传递颜色以取得最佳的色彩匹配。得最佳的色彩匹配。1、实现不同输入设备间的色彩匹配，包括各种、实现不同输入设备间的色彩匹配，包括各种扫描仪、数字照相机、扫描仪、数字照相机、Photo CD等；等；2、实现不同输出设备间的色彩匹配，包括彩色、实现不同输出设备间的色彩匹配，包括彩色打印机、数字打样机、数字印刷机、常规印刷机打印机、

4、数字打样机、数字印刷机、常规印刷机等；等；3、实现不同显示器显示颜色的一致性，并使显、实现不同显示器显示颜色的一致性，并使显示器能够准确预示输出的成品颜色；最终实现从示器能够准确预示输出的成品颜色；最终实现从扫描到输出的高质量色彩匹配。扫描到输出的高质量色彩匹配。设备状况：各种设备都有自己的颜色空间，设备的颜色空设备状况：各种设备都有自己的颜色空间，设备的颜色空间是与设备相关的。间是与设备相关的。工作要求：各种设备之间要交换数据，颜色要在各个设备的颜色工作要求：各种设备之间要交换数据，颜色要在各个设备的颜色空间之间转换。空间之间转换。颜色转换的基本原则：同一颜色要在不同设备上保证仍然颜色转换的

5、基本原则：同一颜色要在不同设备上保证仍然是同一个颜色。是同一个颜色。解决方法：选用一个与设备无关的颜色系统来衡量在各设备解决方法：选用一个与设备无关的颜色系统来衡量在各设备上的颜色，这就需要采用上的颜色，这就需要采用CIE Lab颜色空间。颜色空间。 任何一个与设备有关的颜色空间都可以在任何一个与设备有关的颜色空间都可以在CIE Lab颜色颜色空间中测量、标定。如果不同的设备与相关颜色都能对应空间中测量、标定。如果不同的设备与相关颜色都能对应到到CIE Lab颜色空间的同一点，那么，它们之间的转换就颜色空间的同一点，那么，它们之间的转换就一定是准确的。一定是准确的。校准是按照设备的工作参数对设

6、备进行调整；校准是按照设备的工作参数对设备进行调整；特性化是确定校准后设备的色彩空间，建立相应的特性参特性化是确定校准后设备的色彩空间，建立相应的特性参数文件；数文件；转换是在经校准并特性化后的设备之间进行色彩转换以达到转换是在经校准并特性化后的设备之间进行色彩转换以达到最佳色彩匹配。最佳色彩匹配。 在整个过程中，不同的彩色设备具有不同的颜色空间。这在整个过程中，不同的彩色设备具有不同的颜色空间。这个颜色空间由该设备的特征参数文件个颜色空间由该设备的特征参数文件(Profile)来描述。设备来描述。设备的特征参数文件中记录了该设备颜色空间与的特征参数文件中记录了该设备颜色空间与L*a*b*颜色

7、系统颜色系统之间的转换关系，通常由生产厂商提供，也可用测色仪器来之间的转换关系，通常由生产厂商提供，也可用测色仪器来确定。在进行颜色转换时，颜色数据通过设备特征参数描述确定。在进行颜色转换时，颜色数据通过设备特征参数描述文件先转换文件先转换L*a*b*颜色，再根据需要转换成其他设备的颜色。颜色，再根据需要转换成其他设备的颜色。 色彩管理系统色彩管理系统(CMS)是通过建立标准的是通过建立标准的“颜色颜色语言语言”并执行这些标准，进行颜色的传递与通信。并执行这些标准，进行颜色的传递与通信。现代的色彩管理系统是开放式的，系统的兼容性现代的色彩管理系统是开放式的，系统的兼容性高，色彩的标准统一，是连

8、接输入与输出的桥梁。高，色彩的标准统一，是连接输入与输出的桥梁。 彩色管理系统需要管理桌面系统的扫描仪、彩色管理系统需要管理桌面系统的扫描仪、显示器、打印机等设备的颜色，因而需要得到各显示器、打印机等设备的颜色，因而需要得到各种设备特征的标准信息。设备的特征和信息有些种设备特征的标准信息。设备的特征和信息有些是设备给予的标准配置，更多的却是需要调整以是设备给予的标准配置，更多的却是需要调整以获得标准的特征信息，即在一个稳定的工作环境获得标准的特征信息，即在一个稳定的工作环境和可靠的设备稳定性下创建设备的特征参数描述和可靠的设备稳定性下创建设备的特征参数描述文件。文件。 ICC标准是采用标准是采

9、用CIE颜色空间，建立一套可以包含各种颜色空间，建立一套可以包含各种色彩模型、与设备无关的色彩翻译系统。这个标准系统是色彩模型、与设备无关的色彩翻译系统。这个标准系统是以以L*a*b*为模型的为模型的Profile色彩描述文件。色彩描述文件。ICC Profile 是一是一个标准格式文件，描述了一个设备在个标准格式文件，描述了一个设备在CIE颜色空间中的位颜色空间中的位置。置。 色彩管理软件通过色彩管理软件通过Profile文件完成颜色的转换、显示和文件完成颜色的转换、显示和管理工作。简单地说，色彩管理系统根据输入设备的管理工作。简单地说，色彩管理系统根据输入设备的ICC Profile 将数

10、据文件转移到将数据文件转移到Profile 的颜色空间，再根据输出设的颜色空间，再根据输出设备的备的ICC Profile把数据文件的色彩信息转移到输出设备的颜把数据文件的色彩信息转移到输出设备的颜色空间，从而保证工作流程中色彩还原的一致性。色空间，从而保证工作流程中色彩还原的一致性。在彩色桌面出版系统中最重要的设备：在彩色桌面出版系统中最重要的设备： 输入设备输入设备(扫描仪、数码相机扫描仪、数码相机)、制作设备制作设备(显示器显示器)和和输出设备输出设备(打印机、激光照排机打印机、激光照排机) 。1、平面扫描仪、平面扫描仪 ICC Profile 的创建的创建平面扫描仪标准色标：目前常用的

11、色标系列是平面扫描仪标准色标：目前常用的色标系列是Koda、Fuji、Agfa的的IT8系列，色标由系列，色标由264个色块个色块组成，代表了整个组成，代表了整个CIE LAB颜色空间的采样，底颜色空间的采样，底部为部为23级中性灰梯尺。级中性灰梯尺。创建扫描仪的创建扫描仪的Profile：先由扫描仪在测试状态下：先由扫描仪在测试状态下进行扫描，将扫描仪产生的色标上的每一块的进行扫描，将扫描仪产生的色标上的每一块的RGB值与原标准色标测量的值与原标准色标测量的 L*a*b* 值进行比较。值进行比较。 彩色管理软件：就在于建立一个扫描仪的转换表。彩色管理软件：就在于建立一个扫描仪的转换表。转换表

12、是一个速查表，可用来将扫描仪上生成的转换表是一个速查表，可用来将扫描仪上生成的RGB文件的某一点对照到文件的某一点对照到L*a*b* 参照颜色空间参照颜色空间中。中。RGB文件与转换表一起用于色彩管理软件，文件与转换表一起用于色彩管理软件，赋予来自扫描仪的图像实际意义。平面扫描仪的赋予来自扫描仪的图像实际意义。平面扫描仪的CCD光电耦合器灵敏度、滤色片的透光率及光源光电耦合器灵敏度、滤色片的透光率及光源都会随着时间的推移而有所降低，因此，扫描仪都会随着时间的推移而有所降低，因此，扫描仪的的Profile文件要定期创建一次，以保证文件的正文件要定期创建一次，以保证文件的正确性。确性。首先要确定操

13、作者使用的显示器类型、工作室光首先要确定操作者使用的显示器类型、工作室光照条件等。照条件等。然后用精密的测色仪对显示屏的然后用精密的测色仪对显示屏的RGB色光进行色光进行测定，并将测量的色度值准确输入到转换表中或测定，并将测量的色度值准确输入到转换表中或对三发射极进行硬件调整，就可创建新的显示器对三发射极进行硬件调整，就可创建新的显示器Profile文件。文件。同时还要考虑印刷使用的油墨、纸张的使用情况，同时还要考虑印刷使用的油墨、纸张的使用情况，测出它们相应的色度值，反馈给显示器，再作适测出它们相应的色度值，反馈给显示器，再作适当的调整，以保证打样、印刷时颜色与显示器上当的调整，以保证打样、

14、印刷时颜色与显示器上所看到的颜色一致性。所看到的颜色一致性。 按原定标准打样，用已经矫正过的扫描仪或测按原定标准打样，用已经矫正过的扫描仪或测色仪读入打样稿的色仪读入打样稿的RGB值，与标准原稿相比较，值，与标准原稿相比较，输入新的参数到输出转换表中，然后进行校准，输入新的参数到输出转换表中，然后进行校准，多次重复，得到准确的色彩信息，生成输出设备多次重复，得到准确的色彩信息，生成输出设备的的Profile文件。文件。 彩色管理系统在编辑和使用这些设备特征化文彩色管理系统在编辑和使用这些设备特征化文件时，均会按照源目标件时，均会按照源目标RGBCMYK图像文件到图像文件到目标显示器目标显示器R

15、GB形式来表现。显示形式来表现。显示RGB源目标到源目标到目标彩色打印机目标彩色打印机CMYK之间，均以之间，均以CIE Lab 形式形式来进行颜色管理。因此，这些设备特征文件的正来进行颜色管理。因此，这些设备特征文件的正确性和稳定性，直接影响彩色管理系统的工作质确性和稳定性，直接影响彩色管理系统的工作质量。量。 其目的是制作一个合理的互联网的艺术品图像，特别其目的是制作一个合理的互联网的艺术品图像，特别是绘画。彩色成像体系包括可控照明、数码相机和典型的是绘画。彩色成像体系包括可控照明、数码相机和典型的用户计算机系统，它们不过是制造原件的同色异谱匹配。用户计算机系统，它们不过是制造原件的同色异

16、谱匹配。由于观察者的同色异谱，我们是在匹配不相似的介质，所由于观察者的同色异谱，我们是在匹配不相似的介质，所以色彩管理进行的仅是色表的匹配。以色彩管理进行的仅是色表的匹配。为简化数学方法，对此例做了几个假设。为简化数学方法，对此例做了几个假设。1、假设绘画和显示器环境在照明水平上的差别是可以忽略的。、假设绘画和显示器环境在照明水平上的差别是可以忽略的。这样就可以使用所述的用于计算色觉无常指数的色度适应转换。这样就可以使用所述的用于计算色觉无常指数的色度适应转换。2、假设大多数情况下，显示器的色域大于大多数绘图的色、假设大多数情况下，显示器的色域大于大多数绘图的色域。因此我们删除了信道域。因此我

17、们删除了信道“0”和和“1”以外的任何值而不是以外的任何值而不是色域绘图。做了这些假设，我们就不再需要完整的色表模型色域绘图。做了这些假设，我们就不再需要完整的色表模型了，由于其复杂性，未考虑颜色技术中这个方面的内容。了，由于其复杂性，未考虑颜色技术中这个方面的内容。 大多数数码相机的光度学响应（数码计数大多数数码相机的光度学响应（数码计数与照明因数关系）都是非线性的。与照明因数关系）都是非线性的。基于标准化的数字计数和照明因数基于标准化的数字计数和照明因数Y/Yn关系关系的拟合，得到了转换函数的拟合，得到了转换函数f(x).相机红色信号的转换函数：相机红色信号的转换函数： R相机相机 = f

18、 ( dr / dmax) (9-1)式中，式中，0 R相机相机 1。对于绿色和黄色的相。对于绿色和黄色的相机信号可以写出相似的表达式。当使用解机信号可以写出相似的表达式。当使用解析方法或多项式方法，或者建立由经校准析方法或多项式方法，或者建立由经校准的灰度尺的分段线性插值或三次插值得到的灰度尺的分段线性插值或三次插值得到的一维查询表格时，此转移函数通常是合的一维查询表格时，此转移函数通常是合适的。适的。 将经线性化的相机信号转换成三刺激值。最将经线性化的相机信号转换成三刺激值。最简单的是简单的是(33)矩阵转换：矩阵转换： (9-2) 由于大多数三色图像记录装置，例如数码相由于大多数三色图像

19、记录装置，例如数码相机，它们的光谱灵敏度与配色函数不是线性关系，机，它们的光谱灵敏度与配色函数不是线性关系，此时所做的转换就是基于对参照色靶的色度和数此时所做的转换就是基于对参照色靶的色度和数字测量的经验转换。字测量的经验转换。 BGRZYX 332313322212312111 相机相机相机相机相机相机，相机相机相机相机相机相机矩阵系数可采用线性回归式获得。矩阵系数可采用线性回归式获得。 = QPT(PPT)-1 (9-3)式中式中P 是由是由 k 种参照色靶的相机信号组成的种参照色靶的相机信号组成的(3k)矩阵，矩阵，Q 是相应的三刺激值组成的是相应的三刺激值组成的(3k)矩阵。矩阵。实质

20、上，我们得到的是颜色校正矩阵以及主转换实质上，我们得到的是颜色校正矩阵以及主转换矩阵。矩阵。 Z,ZZY,YYX,XXQB,BBG,GGR,RRP k21k21k21k21k21k21332313322212312111 ， 当光谱灵敏度与配色函数有显著差别时，利当光谱灵敏度与配色函数有显著差别时，利用式用式(9-2)估计的三刺激值会有相当大的误差。估计的三刺激值会有相当大的误差。改进性能的技术是加入平方和、协方差项：改进性能的技术是加入平方和、协方差项： BGBRGRBGRBGRZYX 2229, 38, 27, 36, 35, 34, 33, 32, 31 , 39, 28, 27, 26

21、, 25, 24, 23, 22, 21 , 29, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11 , 1 相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机 对那些使测试失去意义的系数，应把它们从对那些使测试失去意义的系数，应把它们从模型中删去，并重复优化步骤。减小非零矩阵系模型中删去，并重复优化步骤。减小非零矩阵系数的数目可以减小噪声。值得注意的是当成像材数的数目可以减小噪声。值得注意的是当成像材料的光谱性质相似时，例如，对扫描照片或本例料的光谱性质相似时，例如，对扫描照片或本例中艺术家所用颜料的色度表征

22、，使用更高次幂的中艺术家所用颜料的色度表征，使用更高次幂的矩阵效果最好。矩阵效果最好。 BGBRGRBGRBGRZYX 2229,38,27,36,35,34,33,32,31 ,39,28,27,26,25,24,23,22,21 ,29, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11 , 1 相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机 有时使用颜色校正矩阵会使无彩色略微有色，称作灰度有时使用颜色校正矩阵会使无彩色略微有色，称作灰度平衡误差。可在对颜色校正矩阵的系数进行优化或限制的时平衡误差。可在对

23、颜色校正矩阵的系数进行优化或限制的时候，对明度尺度进行加权来避免。候，对明度尺度进行加权来避免。限制：限制： 1, 1 + 1, 2 + 1, 3 = Xn 2, 1 + 2, 2 + 2, 3 = Yn 3, 1 + 3, 2 + 3, 3 = Zn 1, 4 + 1, 5 + + 1, 9 = 0.0 2, 4 + 2, 5 + + 2, 9 = 0.0 3, 4 + 3, 5 + + 3, 9 = 0.0 (9-5)式式(9-5)的限制所基于的假设是对于中性刺激，相机信号经的限制所基于的假设是对于中性刺激，相机信号经式式(9-1) 转换变得相等，即转换变得相等，即R相机相机 = G相机相

24、机 = B相机相机。 线性回归计算的另一个局限性是有关平方和线性回归计算的另一个局限性是有关平方和三刺激值误差的最小化。因为三刺激值差与视觉三刺激值误差的最小化。因为三刺激值差与视觉差别是非线性关系，所以颜色校正矩阵可能不会差别是非线性关系，所以颜色校正矩阵可能不会产生最好的视觉准确性。如果可能的话，使用产生最好的视觉准确性。如果可能的话，使用CIE 94或或CIE 2000色差公式进行优化应该能够使色差公式进行优化应该能够使平均色差达到最小。平均色差达到最小。 从相机信号到三刺激值的转换定义了相机的从相机信号到三刺激值的转换定义了相机的色度表征。下一步是使用勃莱福色度适应转换将色度表征。下一

25、步是使用勃莱福色度适应转换将三刺激值从绘图照明下的三刺激值转化成显示器三刺激值从绘图照明下的三刺激值转化成显示器白场。白场。 由于绘画和显示环境的色度值是匹由于绘画和显示环境的色度值是匹配的，所以相机和显示器的三刺激值变配的，所以相机和显示器的三刺激值变得相等。得相等。 ZYXZYX , c, c, c 相机相机相机相机相机相机显示器显示器显示器显示器显示器显示器相机相机相机，, c, c, cZYX 使用使用CRT色度表征把三刺激值转换成数字计数：色度表征把三刺激值转换成数字计数： (9-7) (9-8)对于绿色和蓝色信道使用与式对于绿色和蓝色信道使用与式(9-8)相似的表达式。相似的表达式

26、。其中，其中， 是考虑了色度适应之后的三刺激值是考虑了色度适应之后的三刺激值 (使用下标使用下标c表示表示)。 ZYXZZZYYYXXXBGR 1maxbmaxgmaxrmaxbmaxgmaxrmaxbmaxgmaxr 显示器显示器显示器显示器显示器显示器，显示器显示器显示器显示器显示器显示器 1R0 kRkdd ro/1rgmaxrr 显示器显示器，显示器显示器， 首先定义艺术品的照明条件。艺术家所用的典首先定义艺术品的照明条件。艺术家所用的典型颜料型颜料(材料材料)的色表会根据它们被自然的白昼光的色表会根据它们被自然的白昼光（例如透过窗户的光或白热光，典型的昼光）照（例如透过窗户的光或白热

27、光，典型的昼光）照明而发生变化。明而发生变化。 关键问题是艺术家想要在什么样的条件下使关键问题是艺术家想要在什么样的条件下使他的绘画作品被观察他的绘画作品被观察? 例如，印象主义者能够敏例如，印象主义者能够敏锐地意识到照明对色表的影响。但是，他们是否锐地意识到照明对色表的影响。但是，他们是否关心他们的画将怎样被观看，或者是否关心他们关心他们的画将怎样被观看，或者是否关心他们的画在工作室里看上去如何呢的画在工作室里看上去如何呢? 因为要回答这个因为要回答这个问题是不可能的，所以我们使用相关色温为问题是不可能的，所以我们使用相关色温为5000K的白昼光，作为白热光和工作室里的自然的白昼光，作为白热

28、光和工作室里的自然照明的折中。照明的折中。 我们将使用色靶得到经验的相机色度表征。我们将使用色靶得到经验的相机色度表征。理想的情况是色靶应该包含无光谱选择性的明度理想的情况是色靶应该包含无光谱选择性的明度尺度及均匀分布在色空间的大量彩色样品，反射尺度及均匀分布在色空间的大量彩色样品，反射率尽可能为率尽可能为0100。色靶的彩色样品应当与待。色靶的彩色样品应当与待成像的艺术品具有相同的光谱性质。成像的艺术品具有相同的光谱性质。 对于此例，使用了对于此例，使用了Gretag Macbeth颜色方格颜色方格色再现图。尽管此色靶所含的彩色样品数很少，色再现图。尽管此色靶所含的彩色样品数很少，但是它对于

29、这种应用是非常有效的。使用光谱光但是它对于这种应用是非常有效的。使用光谱光度计对色靶中每一小块彩色样品进行测量，然后度计对色靶中每一小块彩色样品进行测量，然后算出它们在照明体算出它们在照明体D50和和1931标准观察者下的色度标准观察者下的色度坐标（使用排除了镜反射成分且具有大的测量孔坐标（使用排除了镜反射成分且具有大的测量孔的积分球）。的积分球）。 接着，使用好的成像方法接着，使用好的成像方法 (如对非均匀照明的如对非均匀照明的校正，使信噪比达到最大，使光斑、镜反射最小校正，使信噪比达到最大，使光斑、镜反射最小化等化等) 对颜色方格进行成像。只要图画中不含荧对颜色方格进行成像。只要图画中不含

30、荧光着色剂，照明的光谱性质就不重要。如果可能光着色剂，照明的光谱性质就不重要。如果可能的话，优选使用氙闪光灯，因为氙的光谱功率分的话，优选使用氙闪光灯，因为氙的光谱功率分布与布与D50很接近，这样就会潜在地导致色度表征更很接近，这样就会潜在地导致色度表征更加准确。加准确。 此例中使用了每信道此例中使用了每信道12位的位的IBM Pro3000，30004000像素的数码相机。照明采用相关色温像素的数码相机。照明采用相关色温接近接近3200K的钨卤素灯。对于这种使用线性检测的钨卤素灯。对于这种使用线性检测器配置以及扫描和三个连续的图像记录仪器配置以及扫描和三个连续的图像记录仪(每个颜每个颜色信号

31、一个色信号一个)的相机来说，用闪光光源是不可能的。的相机来说，用闪光光源是不可能的。样样 品品XYZdrdgdb暗皮肤暗皮肤11.6310.064.8437329587亮皮肤亮皮肤38.2734.5918.841088899284蓝天空蓝天空16.8318.0825.58420490378叶纹叶纹10.6013.235.70367411108蓝花蓝花24.1422.8432.85570581470蓝绿蓝绿30.6741.7935.148831179520橙橙39.6231.034.85115377790略带紫色的蓝略带紫色的蓝11.9010.9826.95308342425样样 品品XYZdr

32、dgdb中等红中等红30.8020.4310.72828501185紫色紫色8.486.4810.52257207159黄绿黄绿33.2842.388.6211321232147橙黄橙黄48.9043.626.2515261203122蓝蓝7.205.6621.24189212351绿绿14.2222.317.54557721147红红22.9813.354.51673365107黄绿黄绿59.6660.538.1518261611143样样 品品XYZdrdgdb深红深红30.2919.7122.09791503341青青12.9217.8229.16350542461白白85.5688.7

33、373.20238023751096中性中性854.4456.4646.5715251522702中性中性6.533.9735.2429.07968966446中性中性518.9719.6816.23562561259中性中性3.58.548.867.31281280129黑黑3.033.152.5913213261 相机灰度平衡评价是非常重要的。由于特殊的校准，相机相机灰度平衡评价是非常重要的。由于特殊的校准，相机具有特别好的中性具有特别好的中性(所有样品都有相等的色度坐标所有样品都有相等的色度坐标)，相机的色，相机的色度可用灰度平衡来评价：度可用灰度平衡来评价： r相机相机 = dr /

34、(dr+ dg + db) ， g相机相机 = dg / (dr+ dg + db) 下表表明相机具有特别好的灰度平衡下表表明相机具有特别好的灰度平衡样样 品品xyr相机相机g相机相机白白0.3460.3590.4100.410中性中性80.3460.3590.4100.410中性中性6.50.3460.3590.4100.410中性中性50.3460.3590.4100.410中性中性3.50.3460.3590.4100.410黑黑0.3460.3590.4100.410 将相机信号转换成近似的比色信号的转换矩阵，将相机信号转换成近似的比色信号的转换矩阵，如果可能的话，这应该与光度性质和定

35、标是无关如果可能的话，这应该与光度性质和定标是无关的。首先将比色数据除以的。首先将比色数据除以D50和和1931年观察者的照年观察者的照明体三刺激值明体三刺激值 (Xn = 96.42，Yn = 100.，Zn = 82.49) 进行标准化。对于中性样品，各样品经标准化的进行标准化。对于中性样品，各样品经标准化的比色数据几乎是相同的。比色数据几乎是相同的。 证实了该相机具有良好的灰度平衡之后，我们证实了该相机具有良好的灰度平衡之后，我们得到了能把数字计数转化为标量得到了能把数字计数转化为标量(实质上是相机的实质上是相机的三刺激值三刺激值)的线性方程，它具有与标准化的比色数的线性方程，它具有与标

36、准化的比色数据相同的数据范围，式据相同的数据范围，式(9-10)： YYn = o + 1 dr (9-10)式中，式中， o是补偿项；是补偿项； 1是斜率。对于绿色和蓝色是斜率。对于绿色和蓝色信号可以写出相似的表达式。信号可以写出相似的表达式。用黑色和白色样品来解联立方程：用黑色和白色样品来解联立方程： R相机相机 = 3.8110-4 dr 1.8610-2 G相机相机 = 3.8210-4 dg 1.8910-2 B相机相机 = 3.2710-4 db 1.8910-2 (9-11) 对于中性样品，由式对于中性样品，由式(9-11)得到的相机信号与标准化的三得到的相机信号与标准化的三刺激

37、值相等。刺激值相等。样品标准化的色度数据与每一个样品几乎是一样的样品标准化的色度数据与每一个样品几乎是一样的 样样 品品X / XnY / YnZ / Zn白白0.8874 0.88730.8874中性中性80.56460.56460.5646中性中性6.50.35230.35240.3524中性中性50.19670.19680.1968中性中性3.50.08860.08860.0886黑黑0.03140.03150.0314样样 品品X/Xn Y/Yn Z/Zn R相机相机 G相机相机 B相机相机暗皮肤暗皮肤0.12 0.10 0.06 0.12 0.09 0.05亮皮肤亮皮肤0.40 0.

38、35 0.23 0.40 0.32 0.22蓝天空蓝天空0.17 0.18 0.31 0.14 0.17 0.29叶纹叶纹0.11 0.13 0.07 0.12 0.14 0.07蓝花蓝花0.25 0.23 0.40 0.20 0.20 0.37蓝绿蓝绿0.32 0.42 0.43 0.32 0.43 0.41橙橙0.41 0.31 0.06 0.42 0.28 0.06略带紫色的蓝略带紫色的蓝0.12 0.11 0.33 0.10 0.11 0.33样样 品品X/Xn Y/Yn Z/Zn R相机相机 G相机相机 B相机相机中等红中等红0.32 0.20 0.13 0.30 0.17 0.13

39、紫色紫色0.09 0.06 0.13 0.08 0.06 0.11黄绿黄绿0.35 0.42 0.10 0.41 0.45 0.10橙黄橙黄0.51 0.44 0.08 0.56 0.44 0.08蓝蓝0.07 0.06 0.26 0.05 0.06 0.27绿绿0.15 0.22 0.09 0.19 0.26 0.10红红0.24 0.13 0.05 0.24 0.12 0.07黄绿黄绿0.62 0.61 0.10 0.68 0.60 0.10样样 品品X/Xn Y/Yn Z/Zn R相机相机 G相机相机 B相机相机深红深红0.31 0.20 0.27 0.28 0.17 0.26青青0.1

40、3 0.18 0.35 0.11 0.19 0.36白白0.89 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89中性中性80.56 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56中性中性6.50.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35中性中性50.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20中性中性3.50.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09黑黑0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 R相机相机、G相机相机、B相机相机 和和XXn、YYn、ZZn 之间的转换使用了四种不同的优化方法。之间的转换使用了四种不同的优化方法。优化优

41、化1：使平方和三刺激值误差达到最小的典型：使平方和三刺激值误差达到最小的典型的逆计算是由式的逆计算是由式(9-3)得到的得到的(33)的转换矩阵。的转换矩阵。优化优化2：也是典型的逆计算，但是增加了式：也是典型的逆计算，但是增加了式(9-5)的限制的限制定标的描述见公式定标的描述见公式(9-10)，其中，其中 1, 1 + 1, 2 + 1, 3不等于不等于Xn 而改为而改为0。优化优化3：也产生了一个被限制的：也产生了一个被限制的(33)转换矩阵，转换矩阵，但使平均但使平均CIE 94色差达到最小。色差达到最小。优化优化4：转换产生了如式：转换产生了如式(9-4)所示被限制的所示被限制的(3

42、9)转换矩阵，该矩阵也是基于转换矩阵，该矩阵也是基于CIE 94色差的最小化色差的最小化而得到的。而得到的。 通过用灰度尺的亮度因数对数字计数作图，得通过用灰度尺的亮度因数对数字计数作图，得到这种相机的光度特性图。中性样品的亮度因数到这种相机的光度特性图。中性样品的亮度因数对绿色信道的数字计数具有线性的光度响应，对对绿色信道的数字计数具有线性的光度响应，对于红色和蓝色信道也发现具有线性关系，说明这于红色和蓝色信道也发现具有线性关系，说明这种特殊的相机具有线性良好的光度响应。种特殊的相机具有线性良好的光度响应。样样 品品Opt.1 Opt.2 Opt.3 Opt.4暗皮肤暗皮肤1.3 1.3 1

43、.3 0.6亮皮肤亮皮肤1.0 1.0 0.9 0.9蓝天空蓝天空1.7 2.2 2.5 2.4叶纹叶纹1.0 1.1 0.6 0.6蓝花蓝花2.1 2.5 3.0 3.3蓝绿蓝绿1.3 1.7 1.3 0.7橙橙1.1 1.2 0.6 0.1略带紫色的蓝略带紫色的蓝1.9 1.5 0.6 0.5中等红中等红1.3 1.4 1.5 1.4紫色紫色3.1 3.1 2.6 2.3黄绿黄绿0.6 0.5 1.3 0.0橙黄橙黄1.2 1.2 1.8 1.8样样 品品Opt.1 Opt.2 Opt.3 Opt.4蓝蓝3.4 3.1 1.9 0.5绿绿1.6 1.4 2.0 2.0红红2.2 2.3 2

44、.3 3.1黄绿黄绿0.6 0.7 0.1 0.9深红深红1.1 1.0 0.9 0.7青青0.6 0.6 0.8 0.0白白0.7 0.0 0.0 0.0中性中性80.5 0.2 0.2 0.2中性中性6.50.5 0.2 0.2 0.2中性中性50.4 0.2 0.2 0.2中性中性3.50.4 0.2 0.2 0.2黑黑0.3 0.1 0.1 0.1平均值平均值1.2 1.2 1.1 1.0最大值最大值3.4 3.1 3.0 3.3四种优化方法的比色性能存在着两个倾向。四种优化方法的比色性能存在着两个倾向。1、为了保持灰度平衡，限制矩阵是很重要的。、为了保持灰度平衡，限制矩阵是很重要的。

45、2、这四种优化方法所得到的性能是相似的。、这四种优化方法所得到的性能是相似的。 该相机的设计使其光谱灵敏度与配色函数非常该相机的设计使其光谱灵敏度与配色函数非常接近，所得到的优良性能说明该设计是成功的。接近，所得到的优良性能说明该设计是成功的。对于光谱灵敏度与配色函数有显著差异的相机，对于光谱灵敏度与配色函数有显著差异的相机，优化方法的选择对平均误差和最大误差有显著影优化方法的选择对平均误差和最大误差有显著影响。这个比色准确度水平将会产生与原图像无法响。这个比色准确度水平将会产生与原图像无法区别的复制图。但是，要正确地表明相机的准确区别的复制图。但是，要正确地表明相机的准确度需要独立的证实度需

46、要独立的证实即使用色靶而不是颜色方即使用色靶而不是颜色方程来评价准确度。程来评价准确度。 为了用比色法表征数码相机、扫描仪以及高为了用比色法表征数码相机、扫描仪以及高幂矩阵转换对图像噪声的影响，基于此类优化方幂矩阵转换对图像噪声的影响，基于此类优化方面的经验，这里选择了第三种优化方法。式面的经验，这里选择了第三种优化方法。式(9-12)给出了经验矩阵：给出了经验矩阵： (9-12)在估测在估测Z时，只有时，只有B具有统计意义；因此，此转换具有统计意义；因此，此转换的最后一行的前两个系数被设为的最后一行的前两个系数被设为0。 BGR0000. 10000. 00000. 00162. 07759

47、. 02079. 01379. 0468. 21106. 1Z/ZY/YX/X nnn 相机相机相机相机相机相机建立相机的色度表征方法的最后一步是使用照明建立相机的色度表征方法的最后一步是使用照明体体D50和和1931年标准观察者的三刺激值重新测量年标准观察者的三刺激值重新测量被估计的三刺激值：被估计的三刺激值： (9-13)根据等式根据等式(9.13)，R、G、B的值为的值为1、1、1的图像的图像具有完全反射漫射体的色度坐标，而具有完全反射漫射体的色度坐标，而R、G、B的值为的值为0、0、0的图像具有全黑的色度坐标。的图像具有全黑的色度坐标。 )X/X(42.96X n )Y/Y(100Y

48、n )Z/Z(49.82Z n 建立了对于照明体建立了对于照明体D50和和1931年标准观察者的年标准观察者的相机色度表征方法之后，需要定义一个典型的客相机色度表征方法之后，需要定义一个典型的客户计算机系统、显示器和观察环境：户计算机系统、显示器和观察环境：选择显示器的白场等于照明体选择显示器的白场等于照明体D65的色度。的色度。在一个使用与在一个使用与D65没有较大差异的照明体的全照没有较大差异的照明体的全照明房间对其进行观察。明房间对其进行观察。显示器、周围照明和观察者之间的物理关系是使显示器、周围照明和观察者之间的物理关系是使得从显示器的面板上反射出来的、射向观察者的得从显示器的面板上反

49、射出来的、射向观察者的光很少。光很少。绘画和显示环境绘画和显示环境(周围和显示器周围和显示器)的照明水平的不的照明水平的不同并不影响色感知。表明环境完全符合色度适应，同并不影响色感知。表明环境完全符合色度适应，其色度与照明体其色度与照明体D65的色度相等。的色度相等。 使用勃莱福色度适应转换，把相机的三刺激值使用勃莱福色度适应转换，把相机的三刺激值从照明体从照明体D50转换成转换成D65。具体式子为：。具体式子为： (9-14)Rc = 0.94 R勃莱福勃莱福Gc = 1.02 G勃莱福勃莱福 (9-15) Bc = 1.33B勃莱福勃莱福0.98 (9-16)注意：如果注意：如果B为负值，

50、则为负值，则Bc也要为负值。也要为负值。 100/Z100/Y100/X0000. 10685. 00389. 00367. 07135. 17502. 01614. 02664. 08951. 0BGR 勃莱福勃莱福勃莱福勃莱福勃莱福勃莱福 BGR96849. 004004. 000853. 004929. 051836. 043231. 015996. 014705. 098699. 0ZYX cccccc 最后，我们使用最后，我们使用sRGB (IEC 61966-2-1)的显示的显示系统。显示器采用标准化等色度的荧光粉，其白系统。显示器采用标准化等色度的荧光粉，其白场与照明体场与照明体

51、D65的色度相等。的色度相等。sRGB显示器荧光粉显示器荧光粉(ITU-RBT709-2) 从从 到显示到显示R、G、B的转换矩阵：的转换矩阵： cccZYX、 ZYX1006. 11004. 21056. 51016. 41088. 11069. 91099. 41054. 11024. 3BGR ccc1234423322 显示器显示器显示器显示器显示器显示器信信 道道 x y信信 道道 x y红红 0.6400 0.3300蓝蓝 0.1500 0.0600绿绿 0.3000 0.6000白白 0.3127 0.3290 对于对于1931标准观察者，高清晰度彩色电视机的色度标准标准观察者，

52、高清晰度彩色电视机的色度标准(ITU-RBT709-2)，假设白色信道的光亮度，假设白色信道的光亮度(Y)是其他信道的光度的总是其他信道的光度的总和，高彩色的三刺激值可能会超过显示器的色域。此时，显示器和，高彩色的三刺激值可能会超过显示器的色域。此时，显示器的的R、G、B的值可能大于定值或小于的值可能大于定值或小于0。式。式(9-18)是一种是一种“色域绘色域绘图图”的粗略方法。的粗略方法。 如果如果 R显像显像 l ，则，则R显像显像 1 如果如果 R显像显像 0 ，则，则R显像显像 0 (9-18)相似的表达适用于绿色和蓝色信道。相似的表达适用于绿色和蓝色信道。 计算机的影像查询表、数字到

53、类比转换器、影像信号发生计算机的影像查询表、数字到类比转换器、影像信号发生器、显示器电子枪放大器的增益和补偿以及真空管内在的非器、显示器电子枪放大器的增益和补偿以及真空管内在的非线性，这些性质的综合结果等价于下式：线性，这些性质的综合结果等价于下式：如果如果R显像显像 0.00304 ，dr =25512.92 R显像显像 否则否则R显像显像 0.00304 ，dr =255(1.055R显像显像1/2.4 0.055 ) 相似的表达适用于绿色和蓝色信道。相似的表达适用于绿色和蓝色信道。样样 品品 dr dg db样样 品品 dr dg db暗皮肤暗皮肤 119 78 64蓝蓝 41 68 1

54、52亮皮肤亮皮肤 194 145 126绿绿 76 150 80蓝天空蓝天空 79 118 154红红 183 60 74叶纹叶纹 84 109 71黄黄 238 198 44蓝花蓝花 117 123 171深红深红 186 87 147蓝绿蓝绿 82 189 172青青 0 131 169橙橙 220 122 46白白 240 242 243略带紫色的蓝略带紫色的蓝 68 93 165中性中性8 196 198 199中等红中等红 195 86 104中性中性6.5 159 160 162紫色紫色 94 60 100中性中性5121 122 124黄绿黄绿 159 187 63中性中性3.5

55、 83 84 86橙黄橙黄 234 165 50黑黑 49 50 52 在在CRT比色法方面你将会认识到关于观测条件比色法方面你将会认识到关于观测条件的假设方面存在谬误，其中假设从显示器反射出的假设方面存在谬误，其中假设从显示器反射出来的周围闪光的量是可以忽略的。但是，图像记来的周围闪光的量是可以忽略的。但是，图像记录和图像显示系统都是无闪光系统。录和图像显示系统都是无闪光系统。IBM Pro300数码相机使用复制品代替照明，而且，相机数码相机使用复制品代替照明，而且，相机周围的所有表面都用黑色毛毡覆盖，因此，图像周围的所有表面都用黑色毛毡覆盖，因此，图像记录系统几乎是无闪光的。当在画廊或工作

56、室观记录系统几乎是无闪光的。当在画廊或工作室观看绘画时，会发生闪光；光线不是高度平行的，看绘画时，会发生闪光；光线不是高度平行的，因此，实际上是在存在闪光的条件下观察图画以因此，实际上是在存在闪光的条件下观察图画以及及CRT显示作品的。计算中假设两个环境中的闪显示作品的。计算中假设两个环境中的闪光量是相同的。光量是相同的。 这个简化的例子仍然分了好多步。当我们考这个简化的例子仍然分了好多步。当我们考虑更为复杂的显示器观察环境时，其中显示器和虑更为复杂的显示器观察环境时，其中显示器和周围照明是不匹配的，就会由于周围闪光的不同周围照明是不匹配的，就会由于周围闪光的不同导致需要更复杂的色度表征，以及

57、需要进行色域导致需要更复杂的色度表征，以及需要进行色域绘图，这样就容易理解为什么数码彩色成像方法绘图，这样就容易理解为什么数码彩色成像方法需要比本书内容更加深入的信息。最后告诫同学，需要比本书内容更加深入的信息。最后告诫同学，这个例子要比用于记录自然景物的数码相机的颜这个例子要比用于记录自然景物的数码相机的颜色管理简单得多，这也超出了本书讨论的范围。色管理简单得多，这也超出了本书讨论的范围。 20世纪世纪90年代苹果电脑推出了年代苹果电脑推出了ColorSync l.0色色彩管理软件，但仅局限于苹果设备之间的色彩控彩管理软件，但仅局限于苹果设备之间的色彩控制。制。 ColorSync采用采用I

58、CC标准，以标准，以CIE Lab色空间色空间模式作为色彩参照标准，是在模式作为色彩参照标准，是在Macintosh操作系操作系统下应用的系统级色彩管理软件，能够为图像、统下应用的系统级色彩管理软件，能够为图像、出版和印刷行业提供快速、一致和精确的桌面色出版和印刷行业提供快速、一致和精确的桌面色彩校准、检验与复制基本工具。彩校准、检验与复制基本工具。CIE Lab是国际是国际通用的色彩标准模式，其定义与设备无关，因此，通用的色彩标准模式，其定义与设备无关，因此，ColorSync在实现色彩管理及描述时更具开放性，在实现色彩管理及描述时更具开放性，得到了广大软、硬件开发商的大力支持。得到了广大软

59、、硬件开发商的大力支持。1、ColorSync Manager (API) API即是即是Application Programming Interface，中文译作编写程序界面。中文译作编写程序界面。ColorSync 是一个编程是一个编程界面，让软、硬件开发商利用它编写界面，让软、硬件开发商利用它编写 ColorSync支持或色彩管理的应用软件及驱动器（支持或色彩管理的应用软件及驱动器（Device driver）。利用）。利用ColorSync Manager可进行色彩转可进行色彩转换、色彩配对、色域检视、特征文件管理等，甚换、色彩配对、色域检视、特征文件管理等，甚至可制作色彩管理模块至

60、可制作色彩管理模块(CMM)，由它提供色彩管，由它提供色彩管理服务。理服务。 ColorSync System Profile 控制台在苹果系统的控制台在苹果系统的 Control Panels 内，只让用户设定系统色彩内，只让用户设定系统色彩(System Profile)。新版。新版ColorSync 系统的系统的ColorSync 控制台除了可以设定系统色彩外，还控制台除了可以设定系统色彩外，还让用户选择预设让用户选择预设CMM、选择、选择RGB及及CMYK等预等预设色彩，提供更完整的设定。新版设色彩，提供更完整的设定。新版 ColorSync 还还有一个名为有一个名为 Monitors