什么是顏色空間？顏色空間，又稱彩色模型或顏色坐標(biāo)系，它是在某些標(biāo)準(zhǔn)下使通過可接受的數(shù)學(xué)方式表示顏色的一種方法。色差儀作為顏色量化工具，其內(nèi)部配置了多個(gè)顏色空間。本文對色差儀七個(gè)常用顏色空間做了介紹。

什么是顏色空間？

顏色空間是表現(xiàn)彩色圖像的一種輔助工具，因此針對顏色空間的研究也成為了一個(gè)必然的趨勢。顏色空間又稱彩色模型，彩色空間或者彩色系統(tǒng)，顏色空間是由組成顏色的三個(gè)分量構(gòu)成的一個(gè)三維空間，它的用途是在某些人為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)下對色彩加以抽象表示，或者說是色彩在不同的標(biāo)準(zhǔn)下的簡化描述形式，本質(zhì)上，彩色模型是坐標(biāo)系統(tǒng)和子空間的表述，處于各種形式的坐標(biāo)系統(tǒng)中的每個(gè)點(diǎn)都有唯一對應(yīng)的值表示，即盡可能直觀地用空間中三個(gè)分量值的不同來表示對應(yīng)顏色的差異。

人類對顏色抽象和主觀視覺上的感受被顏色空間轉(zhuǎn)化為對應(yīng)三個(gè)顏色分量空間的具體位置表示，現(xiàn)在采用的顏色模型大多數(shù)都是面向硬件和面向應(yīng)用的基礎(chǔ)上提出來的，顏色空間從提出到現(xiàn)在已經(jīng)有很多種表現(xiàn)形式，很大一部分只是做了一些局部的改變，而一部分顏色空間也只是專用于某一種領(lǐng)域，每種顏色空間都有著自己獨(dú)有的特點(diǎn)和局限性，因此，在不同的顏色空間表示的彩色圖像也具有不同的特點(diǎn)，顏色空間的選擇是否合適對彩色圖像的處理效果的好壞也有著關(guān)鍵的決定作用。其中，常用的有RGB、CIEXYZ、CIELAB顏色空間，其中的RGB顏色空間可以說是這些顏色空間中進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一座橋梁。

顏色空間的類型：

顏色空間有很多種，一般情況下按照顏色感知角度進(jìn)行分類，可以將顏色空間分為三大類：

1.混合型顏色空間，如RGB、CMY（K）和XYZ等；

2.亮度顏色空間，此類方法主要應(yīng)用于黑白圖像。如L*a*b*、L*u*v*、YUV和YIQ等；

3.亮度/飽和度/色度型顏色空間，常見的有HIS、HSL、HSV和LCH等。

在以上顏色空間中，目前廣泛應(yīng)用于色差儀的顏色空間有CIELAB、XYZ、Yxy、LCh、CIELUV、RGB、HunterLab等，下文將為大家進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

色差儀七個(gè)常用顏色空間介紹：

1.RGB顏色空間

RGB顏色空間以紅（R）、綠（G）和藍(lán)（B）三種基本顏色為基礎(chǔ)，三種顏色進(jìn)行不同程度的疊加，能夠產(chǎn)生豐富的顏色，因此 RGB顏色空間又被稱為三基色模型。在該模型中，R、G、B分別位于3個(gè)角上，黑色位于原點(diǎn)處，白色位于離遠(yuǎn)點(diǎn)最遠(yuǎn)的對角點(diǎn)處，灰度級沿著這兩點(diǎn)的連線分布。在該模型中，不同的顏色處在立方體上或者在其內(nèi)部，并且可以用從原點(diǎn)分布的向量來定義。即每一種顏色可以用紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色分量的坐標(biāo)來表示，如（0，0，0）表示黑色，（160，32，24）表示紫色，（0，255，0）表示綠色，（255，255，255）表示白色等。若將顏色值進(jìn)行歸一化，原立方體就變成一個(gè)單位立方體，所有的R、G、B值都取值范圍在[0，1]內(nèi)。

RGB顏色空間采用物理三原色對顏色進(jìn)行表示，這種方式比較簡單，但給定任意一個(gè)R、G、B值，無法準(zhǔn)確知道所表述的顏色，并不符合人的視覺特點(diǎn)。而且RGB顏色空間不是一個(gè)均勻的顏色空間，即空間坐標(biāo)上等距離的兩點(diǎn)并不能表示出顏色的差異性，因此，RGB顏色空間并不適合用作色差檢測。

2.CIEXYZ顏色空間

CIEXYZ顏色空間，也稱CIE1931顏色空間。CIE希望通過該顏色空間下的三個(gè)分量（X，Y，Z）能夠描述人顏色視覺系統(tǒng)所能察覺的任意一種顏色，其中X和Z定義為顏色的色度，Y為顏色的亮度。

CIEXYZ顏色空間主要應(yīng)用于分光光度計(jì)和數(shù)字顏色分析器等分析儀器，它為這一類儀器提供了待分析樣本所需的透射或折射的三色光信號(hào)。雖然 CIEXYZ顏色空間在分析化學(xué)中的相關(guān)應(yīng)用也頗為廣泛，但是它所表示的顏色與人眼感知不太一致，導(dǎo)致在不同顏色對比中存在一定缺陷。因此，該顏色模型往往只是用于線性轉(zhuǎn)換到其他顏色空間的過渡顏色空間。

3.CIEYxy顏色空間

三刺激值XYZ對定義顏色非常有用，但卻不易直接目視其結(jié)果，為此CIE于1931年規(guī)定了Yxy色空間，它是在二維圖上描述顏色，但與亮度無關(guān)。Y為物體的反射比，用%數(shù)表示（與反射比為100%的理想漫反射相比較）。它對應(yīng)于顏色三要素的明度其值就等于三刺激值的Y值。色度坐標(biāo)x、y對應(yīng)于色三要素的色調(diào)和彩度。x、y色度坐標(biāo)可由下式算得：x=X/（X+Y+Z）y=Y/（X+Y+Z）（其中X、Y、Z為三刺激值）X軸色度坐標(biāo)相當(dāng)于紅基色的比例；Y軸色度坐標(biāo)相當(dāng)于綠基色的比例，圖中沒有Z軸色度坐標(biāo)（即藍(lán)基色所占的比例）。因?yàn)楸壤禂?shù)x+y+z=1，Z的坐標(biāo)值可以推算出來，即z=1-x-y。

4.CIELab顏色空間

CIELab顏色空間是色差儀最常用的一種顏色空間，是基于生理特征的均勻顏色空間，是由明度（L）和兩個(gè)色度分量a、b共三個(gè)分量構(gòu)成，L表示顏色的明度，也常被稱作亮度，取值范圍在[0，100]，表示從純黑到純白。a表示從綠色到紅色，-a最小表示綠色，+a最大表示紅色，取值范圍在[-128，127]，-a到+a是綠色到紅色顏色漸變的過程。b表示從藍(lán)色到黃色的范圍，同樣原理，-b到+b是由藍(lán)色逐漸過渡到黃色的過程，取值范圍在[-128，127]。CIELab顏色空間是顏色量化最均勻的顏色分布，在樣品色差評比系統(tǒng)中，很多公式都是依賴該顏色空間的，它是顏色差異的規(guī)范化空間，能夠解決顏色量化的等距度量，其均勻性較好。該顏色空間兩點(diǎn)之間的幾何距離，與人眼觀察物體的色差大小相同。

5.CIELch顏色空間

LCH顏色空間是Lab空間變形后得到的圓柱形顏色空間。該顏色空間由L、C、H表示?？v坐標(biāo)L*值同樣對應(yīng)于顏色三要素的明度，取值0-100；C*代表彩度，即某一顏色的坐標(biāo)位置與原點(diǎn)的距離，取值0-181，圓心處顏色的飽和度C*值為0，離圓心越遠(yuǎn)C*的值越大；H*為色調(diào)，取值0°-360°，h*代表色調(diào)角，是某一顏色坐標(biāo)在色品平面內(nèi)的投影點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)的連線與a軸的夾角。規(guī)定h*從正a軸（紅）開始為0°，逆時(shí)針為正，正b軸（黃）為90°，負(fù)a軸（綠）為180°，負(fù)b軸（藍(lán)）為270°。

6.CIELuv顏色空間

CIELUV顏色空間是CIE1976L*u*v*均勻顏色空間的簡稱，在CIELUV空間中，L*為明度，u*、v*為色品指數(shù)。三者相互垂直構(gòu)成色空間來描述相對應(yīng)的亮度和色度量：垂直的軸是明度L*，位于水平面且互相垂直的是色品指數(shù)u*和 v*。

CIELUV顏色空間與CIELAB顏色空間相似，L*，u*，v*是X，Y，Z通過非線性變換得到的，同樣用兩點(diǎn)間的距離表示顏色之間的色差。CIEL*u*v*和CIEL*a*b*有一些共同的特點(diǎn)。首先，它們的顏色空間雖然距完全均勻仍有距離，但基本上是均勻的。其次，由于是基于顏色測量的CIE系統(tǒng)，CIEL*u*v*和CIEL*a*b*都是與設(shè)備無關(guān)的顏色空間。與CIELAB顏色空間不同，CIELUV顏色空間更多地應(yīng)用于光源色和自發(fā)光色領(lǐng)域。

7.HunterLab顏色空間

Hunter Lab系統(tǒng)分別以L、a、b 表示物體反射光的三個(gè)量，其中L表示反射光的明度，a表示反射光中紅色與綠色的成分，b表示反射光中黃色與藍(lán)色的成分。該系統(tǒng)的L，a，b值的表示及其色差公式為：

式中 X，Y，Z 為樣品的三刺激值。Hunter Lab系統(tǒng)常用于陶瓷工業(yè)、塑料工業(yè)和紡織工業(yè)。