视觉感知基础上的色彩管理.pdf

视觉感知基础上的色彩管理 贾凤美，顾泽苍 南开大学信息学院光学所，天津（300071 ） E-mail ：nanxning@ 摘 要：色彩学的重要历史意义之一就是表色基础上的颜色再现。或者说，是如何管理色彩 的问题。本文从人类对色彩的视觉感知入手，综述了色彩管理软件中常用的色彩空间。然后 结合实例，给出了数码相机、显示系统以及硬拷贝情况下，如何根据自己的目的管理色彩， 以更好的进行颜色再现。 关键词：色感机理，色彩模式，颜色再现 1. 引言 大自然给我们的世界是丰富多彩的：蓝蓝的海水，金黄的沙滩，五彩的云霞……人们在 生活中，不知不觉地用着各种颜色信息。例如，用来指挥交通的三色红绿灯，画面鲜艳的彩 色电视，让人身临其境的风景照片等等。所有这些东西，均含有色彩的存在。 色彩：简单的说，物体或发射或反射或通过其它途径发出的光线进入人眼，并被人眼感 知，被视神经处理。色彩的构成要素包括：被观察的物质、光的存在、观测者的感受。当没 有物质或光的存在时，我们的感觉如同被置于暗房之中感受不到任何色彩的存在。人的感觉 同样重要，因为色彩感觉如同味觉、触觉、嗅觉等其他感觉一样，每个人对色彩的感受会因 光源、个人经验、视觉能力差等因素影响而略有不同。纵使我们以相同的方法看色彩，依然 会因为情绪、社会、文化的不同而给色彩以不同的诠释。同时，在图形图像处理中，同一色 彩文件采用不同的色彩模式、在不同的显示器上显示也会有或大或小的差别；硬拷贝输入到 纸介质上时可能产生的色彩差别就更大了。 在这种情况下，色彩管理就成了一个非常复杂的问题。人的眼睛能看到多大的色彩范 围？原稿的色彩范围有多大？如何将原稿的色彩范围按照不同的设备特性压缩到印刷所能 反映的色彩范围？一系列问题随之而来。 2. 人眼的色感机理 色感，也就是对颜色的感觉。模型如图1[1] 。 图1 色感模型 -1- 第一层为锥体层，外界的光刺激锥体细胞，使锥体细胞感光，从锥体细胞获得响应信号。 所以可以认为该层为视觉系统的输入层。具有各种波长的光信号刺激某个锥体细胞从而被其 吸收，该锥体细胞的输出只包含了被其吸收的光量子数的信息，而无法传递吸收了什么样的 波长。也就是说，光刺激的光谱放射分布的多个变量，经过锥体细胞之后，变成了被吸收的 光量子数这一单个变量。我们将其称为单一变量原理（principle of invariance ）。根据这一原 理，因在人类视网膜上的分光感度的不同，锥体细胞可以分为三种。所以光刺激的多锥光谱 信息可以由表示三种锥体细胞相应的变量来描述。这就与所谓的“所有颜色都可以由独立的 [1.4.5] 三色混合而成”的杨--亥姆霍兹（Young—Helmholtz ）三原色理论有直接的关系 。 三种锥体细胞中，按照对波长的最大敏感度的不同，称对短波长敏感的锥体细胞为 S 锥体细胞，对中波长敏感的为M 锥体细胞，对长波长敏感的为L 锥体细胞。有时也称作红 色锥体细胞、绿色锥体细胞和蓝色锥体细胞。但是，由于三种锥体细胞最敏感的波长并不是 严格的红绿蓝，所以以颜色命名锥体细胞显然不是很确切，所以目前都是以S 锥体（S-cone）、 M 锥体（M-cone ）、L 锥体（L-cone ）来命名。这些锥体细胞在视网膜上镶嵌式的分布，种 类不同，个数也不同。Vos 与Walraven 的研究报告中给出的锥体比数为L:M:S=32:16:1[2] 。 对于这个比率的准确性，目前还没有确定性结果。 第二层是反射层。这层中，将从锥体细胞接收到的信息进行简单的处理运算之后，进行 编码处理。在这里所对应的是可见颜色的处理。颜色的反色性是由赫林（Herring ）在心理 学领域中提出来的。赫林认为：对可见颜色的分类，存在着四种基本颜色。这四种