色差仪中用于颜色量化的常用颜色空间类型
2024-10-22
为了对颜色进行定量的描述，CIE制定了一系列色度学标准用以界定和测量物体表面呈现出的不同颜色，目前色差仪中用于颜色量化的颜色空间主要有CIERGB、CIEXYZ和CIEL*a*b*颜色系统。本文对这三个色度系统做了详细的介绍。
色差仪CIERGB颜色空间：
CIERGB颜色系统建立在笛卡尔坐标系中，是一种加色法模式，即采用红（R）、绿（G）、蓝（B）为三原色，通过R、G、B的不同辐射量实现对颜色的量化。如下图所示，RGB颜色系统以立方体来表征颜色，黑、红、绿、蓝、紫、青、黄、白8种常见颜色分别位于模型的8个顶点。其中，黑色为三维直角坐标系的原点，红、绿、蓝为3个坐标轴，3种颜色成分取值范围均为0～255，数值为0时表示该颜色没有刺激量，数值为255表示颜色的刺激量达到最高值。R、G、B均为255时就合成了白色，全部组合起来可表示2563=16777216 种不同的颜色，完全可用以描述自然界中存在的任一种颜色。
色差仪CIEXYZ颜色空间：
CIE-XYZ颜色系统是国际照明委员会于1931年制定的一套基色系统，其在RGB颜色系统的基础上，采用理想的三原色代替实际的三原色。X、Y、Z分别代表红原色、绿原色和蓝原色，且该三刺激值均可由R、G、B转换获得。通过相加混色或相减混色，进而使用不同量的基色产生任何颜色。该系统通过大量实验达到了人视觉对颜色的响应程度，并将颜色描述的三维空间转换为平面，有助于颜色分类时标准样品与检测样品的匹配。CIE-XYZ颜色系统是与检测设备无关的标准系统，通常被用作色彩描述的基准。
色差仪CIEL*a*b*颜色空间：
CIE-L*a*b*颜色系统由国际照明委员会于 1976年公布，该系统采用L*、a*、b*3个数值以三维坐标形式实现对所有颜色的描述。如下图所示，L*为垂直轴表示亮度，其大小范围为0～100，L*值为0时表示黑色，为100时则为白色，表明L值越高物体颜色亮度越高。a*、b*为水平轴，分别代表红绿值和黄蓝值。a*为正值代表红色系，且a*值越大，红色越深，a*为负值代表绿色系。b*为正值代表黄色系，其数值越大表明黄色越浓，b*为负值代表蓝色系。任何颜色的色彩变化可以用不同的a*、b*值来表示，而任何颜色的层次变化均可以用L*值的高低进行表征，因此 CIE-L*a*b*颜色系统是一个理论上囊括了人眼可见的所有色彩的颜色描述模式。
色差仪RGB、XYZ和L*a*b*的区别：
CIE-RGB颜色系统在使用时对于硬件设备的依赖性过强，且使用过程较为复杂，再者该系统在测量时可能会使用到基色的负值，不利于计算。
CIE-XYZ颜色系统的确立虽然在匹配光谱颜色时确保基色均为正值，但单纯的依据数学比例方式描述颜色构成的三原色比例之间的关系，与人视觉捕获到的颜色可能存在差异，对于颜色细微的差别和变化区分不够明显。
而CIE-L*a*b*颜色系统对颜色的感知更均匀，且允许使用总色差△E这一指标描述两种颜色之间存在的差别，使颜色阈值的区分更为明显。同时，CIE-L*a*b*是一种基于生理特征的颜色系统，也可通过色差仪快速获取样品表面颜色参数。从样品颜色识别精细程度及检测便捷性来看，采用CIE-L*a*b*颜色系统实现烟叶表面颜色的数字化具有一定优势。
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