光谱与色度图的映射

本文内容来自论文 https://doi.org/10.1063/1.5110051

 

首先我们要知道，颜色不是电磁辐射的特性，而是观察者的主观感知。

当光与物体相互作用，光通吸收、反射或折射改变其光谱时，就会观察到颜色。 物体的颜色取决于光源的类型，下图 显示了三种不同的白光光源光谱，通常用于实验或我们的日常生活：三色荧光灯（固体)、白炽灯(点）和白光-emitt 二极管(LED)（虚线）。

 

 

反射光与人眼相互作用，人眼在锥细胞的帮助下感知颜色。 眼睛中存在三种不同波长的锥细胞 峰波长为564-580nm、534-545nm和420-440nm。 因此，人的颜色感知是三种锥细胞刺激的加性组合。 因此，所有的颜色刺激都可以通过混合这三种波长范围的颜色再现，这些值集称为三刺激值。 CIE1931定义了一个颜色空间图，它被描述为一系列物理产生的颜色到三刺激值的映射。同时还定义了颜色匹配函数 作为对观察者光谱灵敏度曲线的数值描述。

 

对于给定的照明光 和反射光谱 的相对光谱功率分布，三刺激值(X，Y，Z)可以通过以下概述的积分关系来计算：

 

 为了提供一个感知的颜色图，CIE创建了一个二维色度图来显示不同的颜色刺激。 图表上的每个点(x，y)表示其三刺激值所描述的颜色。 坐标与三刺激值之间的关系如图所示。 

 

 

1996年，微软公司和惠普公司在一个合作伙伴中创建了一个方便的计算机图形和显示器颜色模型-标准的红绿蓝(sRGB) 。 sRGB是一个加性颜色空间，即sRGB颜色空间中的任何颜色可以用三种原色红色、蓝色、绿色相加而成，sRGB三角形的三个顶点分别表示这三种颜色。如下图所示。

 

RGB颜色空间只覆盖CIE图中相对有限的部分，缺乏特别饱和的蓝色和绿色。 2010年，数字电影倡议组织又定义了DCI-P3颜色空间， 与sRGB颜色空间相比，色域扩展。

另一个广泛使用的颜色模型是CMYK颜色模型，其中四个字母代表青色、洋红、黄色和黑色。 与RGB相反，CMYK是一个减色模型，因为青色，洋红，黄色， 是从白光中分别减去红色、绿色和蓝色得到。 由于其减法性质，CMYK颜色模型最适合于彩色印刷，因为油墨通过吸收可见光谱的某一部分并反映其余部分来渲染颜色。 在彩色印刷中，通常使用黑色墨水代替青色、洋红和黄色(CMY)的组合，因为它更便宜、更准确。

 

利用CIE图可以方便地量化颜色纯度和饱和度。 饱和度是由光谱上的光强度分布多少决定的。 为了说明CIE1931图的效用，在 图(g)-(l)显示了CIE1931色度中谱线宽、色饱和度与坐标点位置 为了说明CIE1931图的效用，在图中。 图1(g)-1(l)显示了CIE1931色度中谱线宽、色饱和度与坐标点位置的关系 图(x，y)的关系。

 

 

 

对于单峰的反射光谱，较窄的线宽表示更饱和的颜色（图中黑色线）。 可以观察到，当颜色完全饱和时，其色度坐标(x，y)位于CIE1931图的外缘。红色线由减高斯光谱形成。