色彩空間

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色彩空間各種色彩的抽象模型集合。人們通過與各種物理設備支持的色彩配置文件相結合，即能實現色彩的復現——無論這種復現涉及模擬信號還是數位訊號。色彩空間可以只通過任意挑選一些顏色來定義，比如像彩通系統就只是把一組特定的顏色作為樣本，然後給每個顏色定義名字和代碼；也可以是基於嚴謹的數學定義，比如 Adobe RGB、sRGB。

色彩模型（Color model）是一種抽象數學模型，通過一組數字來描述顏色（例如RGB使用三元組、CMYK使用四元組）。如果一個色彩模型與絕對色彩空間沒有映射關係，那麼它多少都是與特定應用要求幾乎沒有關係的任意色彩系統。

如果在色彩模型和一個特定的參照色彩空間之間建立特定的映射函數，那麼就會在這個參照色彩空間中出現有限的「覆蓋區」（footprint），稱作色域。色彩空間由色彩模型和色域共同定義。例如Adobe RGB和sRGB都基於RGB顏色模型，但它們是兩個不同絕對色彩空間。

定義色彩空間時，通常使用 CIELAB 或者 CIEXYZ 色彩空間作為參考標準。這兩個色彩空間在設計時便要求包含普通人眼可見的所有顏色。

由於「色彩空間」有著固定的色彩模型和映射函數組合，非正式場合下，這一詞彙也被用來指代色彩模型。儘管固定的色彩空間有固定的色彩模型相對應，這樣的用法嚴格意義上是錯誤的。

## 概念

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許多人都知道在繪畫時可以使用紅色、黃色和藍色這三種原色生成不同的顏色，這些顏色就定義了一個色彩空間。我們將品紅色的量定義為X 坐標軸、青色的量定義為Y坐標軸、黃色的量定義為Z坐標軸，這樣就得到一個三維空間，每種可能的顏色在這個三維空間中都有唯一的一個位置。

但是，這並不是唯一的一個色彩空間。例如，當在電腦監視器上顯示顏色的時候，通常使用RGB（紅色、綠色、藍色）色彩空間定義，這是另外一種生成同樣顏色的方法，紅色、綠色、藍色被當作X、Y和Z坐標軸。另外一個生成同樣顏色的方法是使用色相（X軸）、飽和度（色度）（Y軸）和明度（Z軸）表示，這種方法稱為HSV色彩空間。另外還有許多其它的色彩空間，許多可以按照這種方法用三維（X、Y、Z）、更多或者更少維表示，但是有些根本不能用這種方法表示。

## 注釋

正式定義一個色彩空間時通常採用的標準是CIELAB或CIEXYZ色彩空間，他們是為了涵蓋正常人可見範圍所有色彩所設計提出的，因此是最精確的色彩空間，但過於複雜，不適合於日常使用。

除了上述定義，在一般情況下色彩空間可以不使用色彩模型定義。這類空間，比如潘通（PANTONE），通過一套名稱或者數字來定義，並有實際存在的配套的物理色板。

由於每個色彩空間都是用絕對參考框架的功能來定義顏色，色彩空間及設備檔案可以通過模擬和數字呈現，將顏色再現出來。

### 色彩空間密度

RGB色彩空間根據實際使用設備系統能力的不同，有各種不同的實現方法。截至2006年，最常用的是24-位實現方法，也就是紅綠藍每個通道有8位或者256色級。基於這樣的24-位RGB模型的色彩空間可以表現256³亦即16,777,216種不同顏色。一些實現方法採用每原色16位，能在相同範圍內實現更高更精確的色彩密度。這在寬域色彩空間中尤其重要，因為大部分通常使用的顏色排列的相對更緊密。

## 部分色彩空間列表

CIE 1931 XYZ色彩空間是第一次基於人眼對於色彩感知度量建立色彩空間的嘗試，它是幾乎所有其它色彩空間的基礎，CIE色彩空間的變體有：

- CIELUV色彩空間 - 修改來更加方便的顯示顏色差異，替代：
- CIE 1964 U×V×W×統一色彩空間
- CIELAB色彩空間

### 利用原色相混的比例表示的色彩空間

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- RGB採用加法混色法，因為它是描述各種「光」通過何種比例來產生顏色。光線從暗黑開始不斷疊加 產生顏色。RGB描述的是紅綠藍三色光的數值。RGBA是在RGB上增加阿爾法通道實現透明效果。
- 基於RGB模式的普通色彩空間有sRGB，Adobe RGB和Adobe Wide Gamut RGB。
- CMYK印刷過程中使用減法混色法，因為它描述的是需要使用何種油墨，通過光的反射顯示出顏色。它是在一種白色介質（畫板，頁面等）上使用油墨來體現圖像。CMYK描述的是青、品紅、黃和黑四種油墨的數值。根據不同的油墨，介質，和印刷特性，存在多種CMYK色彩空間。（可以通過色點擴張或者轉換各種油墨數值從而得到不同的外觀）

### 利用不同的概念表示的色彩空間

- HSV（色相：Hue、飽和度：Saturation、明度：Value），也稱HSB（B指Brightness）是藝術家們常用的，因為與加法減法混色的術語相比，使用色相、飽和度等概念描述色彩更自然直觀。HSV是RGB色彩空間的一種變形，它的內容與色彩尺度與其出處——RGB色彩空間有密切聯繫。
- HSL（色相：Hue、飽和度：Saturation、亮度：Lightness／Luminance），也稱HLS或HSI（I指Intensity）與HSV非常相似，僅用亮度（Lightness）替代了明度（Brightness）。二者區別在於，一種純色的明度等於白色的明度，而純色的亮度等於中度灰的亮度。

### 電視常用色彩空間

- xvYCC是一個新的國際數位影片顏色空間標準，基於孟塞爾顏色系統創造，並已被國際電子技術委員會接受。

一旦你決定採用何種色彩模式，只要你是用電腦工作，就必須先聲明定義色彩空間編碼問題。

### 商用色彩空間

- 孟塞爾顏色系統
- 色票
- 美國的PMS色票（Pantone Matching System®）
- 瑞典的NCS色票（Natural Color System®）
- 德國的RAL色票（Reichsausschuß für Lieferbedingungen）
- 日本的DIC色票（大日本油墨化工）

### 特殊用途的色彩空間

- RG Chromaticity是用於電腦視覺的色彩空間，它可以顯示光線的顏色，如紅、黃、綠等，但是不能顯示它的亮度如暗與亮。

### 過時的色彩空間

早期的色彩空間有兩個成分，大部分放棄了藍色的成分這是因為三個成分將會使得處理過程變得複雜，但是得到的結果僅僅是圖像真實度的少許提升，而不能象從單色到兩個成分彩色那樣有大幅提升。

- 早期Technicolor電影用的RG
- 早期彩色列印用的RGK

## 設備的色彩空間

每台設備（如顯示器或印表機）都有自己的色彩空間並只能生成其色域內的顏色。將圖像從某台設備移至另一台設備時，因為每台設備按照自己的色彩空間解釋 RGB 或 CMYK 值，所以圖像顏色可能會發生變化。為了保證圖像在不同設備上顯示效果一致，必須使用色彩管理。

## 參考文獻

### 來源

- R. W. G. Hunt, The Reproduction of Colour in Photography, Printing & Television, 5th Ed. Fountain Press, England, 1995. ISBN 0863433812
- Mark D. Fairchild, Color Appearance Models, Addison-Wesley, Reading, MA (1998). ISBN 0-201-63464-3
- Charles A. Poynton, Introduction to Video Colour Spaces

## 外部連結

- Charles Poynton's Color FAQ
- Dan Bruton's Color Science
- Color-Scheme - open source color space management package written in Scheme
- RGB-Color Mixer Java Applet Java-Plugin required
- Color Space Conversion Formulas
- Color Space Conversion : conceptual understanding for photographers using detailed visualizations
- yaflaColor: HSL-RGB Conversion and exploration
- Color Space Visualization