色彩空间

如何看到颜色

光从光源发射，通过直射、反射、折射等路径进入人眼，人眼感知到光线产生对颜色的认知。

光本质是不同波长的电磁辐射，不同波长的光有不同的折射率，光是由多个波长组成起来的波形。通过光感知到的颜色并不是光的一种根本属性，而是属于人的感知。因此人们只能看到一定范围波长内的光，这个范围大概为780~400nm之间，还有一些人能感知到880~380nm之间的波长。

可见光范围：

晶状体捕捉并折射进入瞳孔的光线，最后打到视网膜上最终感光。而我们的视网膜的感光细胞又分为Rod cells（视杆细胞）和Cone cells（视锥细胞），视杆细胞形态为棒状，数量较多，用来感知光的强度。视锥细胞形态为锥形，数量较少，主要用于辨别颜色。不过不同的人的视锥细胞的分布是大不一样的。视杆细胞与视锥细胞：

那视锥细胞具体是如何感知光的颜色的呢：视锥细胞具体又分成了S-视锥细胞，M-视锥细胞，L-视锥细胞，不同的视锥细胞对不同波长的光敏感度不同，于是不同视锥细胞的信号强度等于其对所有波长的光的响应的积分：

色彩空间的历史

19世纪，关于颜色的猜想有三种：

第一种是人身上有一百多种感受颜色的细胞，

第二种是人有三种分别感受红色、绿色、蓝色的感色细胞，

第三种是人有三种分别感受黑白、红绿、黄蓝的感色细胞。

1905 Munsell 色彩系统

由艺术家Albert Henry Munsell提出，在1930年被优化改良。

他通过主观认识的色相、饱和度、亮度的HSL模型，以色卡来描述颜色。

CIE 1931 RGB Color Specification System

CIE建立的一宗基于物理的量化色彩系统。给定一块白板，左边一半用主光照射，主光RGB都是单一波长的光，右边用待测光照射，调整三种主色的强度相加得到的颜色说明这种颜色就可以用(R,G,B)这三个标量来表示。

这样我们就能用颜色匹配函数来描述三种主光各自多少强度加起来会获得和测试光一样的颜色。但是这样就存在一个问题，即测得的系数中是存在负数的。

XYZ颜色规范系统

为了简化上面的上面的颜色匹配函数，将(x,y,z)归一化使得x+y+z=1，然后对(x,y)做枚举，获得一张二维图像，表示在亮度固定的情况下，不同X，Z对应的不同颜色，这样就能保证没有负数且能覆盖所有的可见光。最后构成一张我们所知的色域马蹄图。

色彩空间

什么是色彩空间，用三基色坐标构成一个三角形，对一个色域以白点也就是最亮的点为中心向外采样，用Gamma值来界定切分的方法，切分出来的结果就是一个色彩空间，即色彩空间由色域、白点、Gamma值三个指标来定义。

线性空间下的切分就是Gamma值为1的时候的切分。sRGB空间下的Gamma值约为2.2。线性空间下计算更加方便，sRGB空间则更加符合人对亮度的感官变化。

被切分的色彩空间：

常用的色彩空间如CIE XYZ、Adobe RGB、sRGB、US web Coated：

色彩空间RGB转HSV

色彩空间HSV转RGB

 扩展作业

——色彩空间的定义？

　　什么是色彩空间，用三基色坐标构成一个三角形，对一个色域以白点也就是最亮的点为中心向外采样，用Gamma值来界定切分的方法，切分出来的结果就是一个色彩空间，即色彩空间由色域、白点、Gamma值三个指标来定义。

——人眼可见光的范围？

　　人们只能看到一定范围波长内的光，这个范围大概为780~400nm之间，还有一些人能感知到880~380nm之间的波长。

参考

GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪-Lecture 20 Color and Perception

【技术美术百人计划】图形 2.1 色彩空间介绍

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