【TA-霜狼_may-《百人计划》】2.1 色彩空间

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如何描述色彩

设计岗位的悲催

色彩发送器

色彩认知：
光源是出生点，光源发射出光线，光线通过直射、反射、折射等路径最终进入人眼。
但人眼接收到光线后，人眼的细胞差生了一系列的化学反应。
由此把产生的信号传入大脑，最终大脑对颜色产生了认知感知。

2.1.1 光的要素

光源

光源就是产生光的物体。

波长

波长在理论上是无限大的，只是我们人眼可见光是有局限的。

能量分布

光线作为一种真实存在的物质，是具有能量的，其能量单位就是焦耳，我们认知的光就有不同的能量。一束光可以由多个不同波长的光进行合并。

分光光度计

分光光度计用于描述光线的具体能量强度，通过分光光度计我们得知，光线能量主要集中在550nm附近，（对应的颜色为绿色）
由此我们可以知道：

1. 混合波长组成光线，拆分光线则形成单一波长光
2. 能量的主要集中范围
   

光的传播

光经过反射，一部分能量被吸收。
通过能量分布图分析可得：物体吸收光的能量大部分在600nm左右，也就是说物体吸收的光是黄色和绿色的光。

2.1.2 相对亮度感知

黑暗环境点亮一盏灯和明亮环境下点亮一千盏灯的效果完全不同，人眼对亮度的认知相当于从0到1再从1到10。

人眼HDR

人眼既可以分辨出高亮度的云彩的不同层次区别，又可以分辨出阴影中不同物体的异同。但是人眼不能保证两种功能同时生效。

人眼感光细胞分布

对人眼感知色彩的细胞进行简单的划分，分为杆状细胞和椎状细胞
杆状下包负责感知亮度，椎状细胞负责感知色彩；前者对亮度特别的敏感，只要有5~14个光子达到杆状细胞就会产生神经信号，这也可以解释为什么闪光弹能致盲，强光直接干涉了人眼最敏感的感光细胞。

椎状细胞

这种细胞专门用于感知颜色，但是他们被进一步细分为L细胞，M细胞，S细胞。三种细胞负责感知的波长不一，如图所示，L感知红色区间，M感知绿色区间，S感知蓝色区间。
LMS 对应 RGB

人眼的本质

人眼的本质就是光源的接收者。他的作用就是接收外部光线输入，输出神经电信号进入大脑。

人眼接收光线的微积分公式

• C值是人眼这个函数输出的神经电信号
• S（λ）表示LMS这三个感官细胞的感知分布
• I（λ）表示光源的功率谱分布
• R（λ）表示反射物体的吸收功率分布

2.1.3 色彩空间的历史

在19世纪提出多种猜想，主流包括以下三种：

1. 人眼有100多种感受颜色的细胞
2. 人眼有三种分别用于感受RGB的感色细胞
3. 人眼有三种感色细胞，分别是黑白，红绿，黄蓝感色细胞。

Munsell 色彩系统

Munsell通过色卡来描述色彩，旋转角度代表色相，垂直方向代表亮度，由圆心向外表示Munsell饱和度。

CIE 1931 RGB Color Specification System

一个过渡

XYZ Color Specification System

这里的RGB是上一坐标中的值，由此可得色域马蹄图

在此基础上，再将Y（亮度）引入该坐标系，从而组成Yxy色彩空间。
仍然存在诸多不足，二维的马蹄图色彩分布不均匀，于是期望一个更均匀的色彩空间。

2.1.4自定义色彩空间

1. 色域（三个基色的坐标，由此形成三角形）
2. Gamma（如何对三角形内进行切分）
3. 白点（色域三角形的中间点）

Gamma

对色彩进行采样的一种方式。
当gamma =1时，相当于线性切割，方便计算，计算机效率高，方便理解：

但是当计算机储存和显示器硬件还不发达的年代，采用的gamma大多为2.2，如图：

2.1.5 常用色彩空间

色彩模型：使用一定规则描述或排列颜色的方法
举例：RGB、CMYK、LAB
色彩空间：至少满足三个指标：色域、白点、gamma
举例：CIE XYZ、Adobe RGB、sRGB、Japan Color 2001 Uncoated，US web Coated（后两者是基于CMYK模型建立的）

总结

色彩空间是什么？
色彩空间包含三个基本要素：色域、白点、gamma，定义了颜色的范围。
人眼可见光范围是多少？
看图在400nm-700nm之间，百度后结果为312nm至1050nm之间都为人眼可见光波段。平常可见光波段指的是：380nm至780nm。