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光矢量变换色矢量白平衡分析

【摘要】:复频谱所有颜色特征数值色相H、色彩强度C、亮度L、饱和度S及白度W都是由这四个分色矢量解析推导出来的。用CIE的RGB三个基本色,在匹配光谱色时,真正起作用的不是基本色给出的光量的大小,而是每个基本色映射在复频谱中隐藏在光量中人眼看不见的色矢量的大小。表6-1三基色RGB在复频谱色度图上的色相在两个色矢量之间的夹角固定的情况下,合成中间色色相的位置按照正弦定理取决于两个色矢量模的大小比例。

不同的色光或色料混合在一起,会产生新的颜色。人们一般把这种混合分为加法混合(additive mixing)和减法混合(subtractive mixing)。色光混合属于加法混合;色料混合则属于减法混合。这两种混合表面看起来有很大不同,其实质既有不同的一面,也有相同的一面。

几种色光混合在一起,在复频谱上是这些色光中白色与白色在能量层级上标量相加,白色越多,整体颜色则越加越亮;色矢量与色矢量相加,产生中间色。色光加法混合就是相加,计算比较简单。色料则不同,每种色料对入射光有选择性吸收的性能。把这些色料混合在一起,每种色料都力图从其他色料出射光中吸收掉它该吸收的部分色光。混合的色料越多,吸收的也越多,亮度也越低。但是所有的色料吸收后剩余的色光进入人的视觉系统,仍然是按照色光加色混合的规律显示颜色。因此,从颜色视觉来说,加色混合的规律是基本规律,而色矢量则是揭示加色规律的关键因子。

在《颜色测量技术》15页有这样一段话:“大量证据表明,由锥体细胞输出的信号,与被吸收的光量不成正比例,而更近似于其平方根。”我们知道,光的概率振幅的平方正比光的能量。反过来说,光的相对能量的平方根则正比于光的振幅。复频谱分光光度计测量颜色,输入分光光度计的是某个频率的光在能量层级上的相对值。而在复频谱色度图上记录的却是该频率对应相位输入值的平方根,即这个相位的色矢量r(θi)。这里θi是相位,对应的是光的频率。是不是可以说,光在进入人眼以前仍然是光,而从视网膜锥体细胞输出的则是将光的能量转变为色矢量信号了。

复频谱色度计算原理并不复杂,就是将所有不同相位的色矢量一一相加,集成为四个分色矢量:X+、X-、Y+、Y-。复频谱所有颜色特征数值色相H、色彩强度C、亮度L、饱和度S及白度W都是由这四个分色矢量解析推导出来的。这就是复频谱能在二维复平面上推导出颜色一切性能的原因了。

复频谱理论的核心观点是光的复振幅在时域具有动态相矢量的本征特性,映射在复频谱上则变成静态色矢量了。由此可以说由光产生的颜色的一切变化,如颜色合成、颜色分解、颜色平衡,都可以用色矢量进行计算。

1931CIE-RGB系统标准色度观察者是利用红(R)、绿(G)和蓝(B)三个基本色准单色光,通过实验在人眼视觉中匹配任意一个光谱色所用光量的相对比值称三刺激值。

用CIE的RGB三个基本色,在匹配光谱色时,真正起作用的不是基本色给出的光量的大小,而是每个基本色映射在复频谱中隐藏在光量中人眼看不见的色矢量的大小。下面把CIE所用的RGB三个基本色按照它们各自波长所对应的频率投影到复频谱坐标平面上,每一个基本色所处的相位即它的色相H,如表6-1所示。(www.chuimin.cn)

表6-1 三基色RGB在复频谱色度图上的色相

在两个色矢量之间的夹角固定的情况下,合成中间色色相的位置按照正弦定理取决于两个色矢量模的大小比例。中间色靠近哪个基本色,该基本色模的量就大,另一个就小。这与格拉斯曼中间色规律是一致的。按照矢量合成原理,若想合成出可见光的全部光谱色,则在复频谱上至少应该有三个基本色,且其中任意一个色矢量不能由另外两个色矢量合成出来。三基色RGB的复频谱色相图如图6-1所示。

图6-1 三基色RGB复频谱色相图

三个基本色RGB两两之间的三个夹角分别是:φrg=113.151°,φgb=130.259°,φbr=116.59°。理想情况下,三个夹角应该均等,都为120°,实际上却做不到,不过由于差别不是很大,也不至于给色矢量合成结果带来很大影响。