如何测量彩色图像信号的准确性？

这一节用以下几个量来定义彩色图像：

—RGB

—CMYK

—XYZ

—Lab

—Lch

RGB值^[21]是灰度为0，1的通道8～16位的二进制值。RGB和Lab颜色空间及二者之间的关系与颜色显示的系统设备有关系。对于CMYK的网点面积百分比也是如此。例如sRGB定义了CRT显示的系数a_ij（i=1，2，3；j=1，2，3）。Adobe RGB应用于有着较大色域的LCD显示器，如式（7-8）所示。

测量彩色图像信号比较准确的物理方法是测量颜色的光谱波长。以可见光400～700nm的光谱发出辐射能量作为波长。当然，不同的光谱可能产生相同的视觉效果，这个现象叫做同色异谱现象。

人眼视觉系统颜色感受器官是锥体细胞，用来感受3种不同波长范围。同样的，颜色通常以通过三个滤色片的三个数值来测量。在三滤色片测量中，滤色片是红、绿、蓝分色片或与人眼一致的光谱三刺激值的三色滤片。滤色片传输光谱范围变化小于100nm之内，人眼三刺激值感受颜色在整个可见光谱范围之内。

分色片应用于分色设备和密度计。不同数码照相机的感光方式都不同，但是其感光方式和分色片相似。彩色图像制备、显示设备、印刷品的彩色信号都是基于分色片感光机理。

目前由数码照相机生成的分色值或者通过三色滤色片在胶片或纸张上测量彩色图片而得到的分色值都可用于印刷。分色是把可见光分成红、绿、蓝三种成分。把这三种光以一定比例混合可以得到所有的可见光。当没有三原色光时即为黑色，当R、G、B为100%时得到白色。在印刷中，起始点是未印刷的白纸。印刷油墨Y、M、C是与色光R、G、B是互补的颜色。青墨吸收可见光谱中的红光，品红墨吸收绿光，黄墨吸收蓝光。R、G、B与C、M、Y的关系如式（7-9）所示：

C、M、Y染料因为含有杂质不可能100%吸收，所以印刷中需要颜色校正来确保准确复制印刷颜色。颜色校正对于每一个印刷过程和每种纸都是必须过程。颜色校正通常叫作色彩特性文件的制作。

从理论上来说，C、M、Y足以印刷任何颜色。然而在印刷中黑墨作为第四种墨用来增加动态范围，增加图像的锐化度。K值通过C、M、Y来计算。K版量的计算目前没有统一的算法，因为K值与印刷中的底色去除有很大关系。底色去除即灰色成分用黑色来代替。印刷品中灰色成分由C、M、Y套印来形成。(www.xing528.com)

印刷品复制的客观颜色和人眼看到的主观颜色存在一定差异。所以在印刷复制过程中通过分色生成的颜色（客观色）要与人眼感受到的颜色三刺激值（主观颜色）要尽量保持一致。颜色可以通过色度、明度、饱和度来表示。色度用图像的主波长来表示的，可以通过主波长来判断是红色还是蓝色。明度是指图像反射的光总量。饱和度是指发射光占白光的总量。

目前最常用的是CIE、DIN和孟塞尔表色系统。CIE系统^[22]是1931年定的国际标准，目标在于表示人眼感受主观的颜色。在CIE颜色空间，表达视觉颜色样本点，可以通过基于三色滤色片工作机理的分光光度计来测量。可以用X、Y、Z来表示颜色，定义为光谱三刺激值，计算如式（7-10）所示：

R（λ）是人眼视觉系统指数。通常情况下CIE颜色系统是呈现在二维平面内，如式（7-11）所示：

省掉的第三个维度z由x和y来计算，z=1-（x+y）。

在CIE中人眼感受颜色的方法存在一定不足。因为人眼对颜色的变化的识别能力是有限的，所以在x—y平面内当颜色差别很小的时候，人眼察觉不到颜色的变化。我们把人眼能够刚好识别出来的色差称之为JND。每一个颜色在色度图上就是一个点，当这个点发生微小变化，人眼无法识别，但是颜色实际发生了变化，颜色存在不均匀性，定义为McAdams椭圆。

为了弥补上述不足，对CIE进行了修正。例如“rubber sheet”操作的修正。目前最成功的是CIE Lab和CIE Luv颜色系统。CIE Lab主要应用于印刷品的颜色表征；CIE Luv应用于显示屏的颜色表征。CIE Lab应用最为广泛。其中明度L^∗和色度a^∗、b^∗计算如式（7-12）所示。

其中，X_ref，Y_ref，Z_ref是反射平面或者光源的X、Y、Z值。光源将在第9章的9.2、9.3节详述。a^∗和b^∗的色品坐标值可以与笛卡尔坐标系统互相转换。色度值h^∗和饱和度c^∗是人眼视觉相关的颜色值，计算如式（7-13）所示：

图7-2展示了CIE Lab坐标系统。色度h^∗范围为0到360°，饱和度c^∗为0。

图7-2 CIE Lab颜色系统

DIN系统的原理与CIE相同，DIN值可以根据CIE值计算。在DIN系统中，色度范围为0～24，饱和度为0～15，明度为0～10。

孟塞尔显色系统是以颜色的视觉特性来制定颜色分类和标定系统。孟塞尔表色系统的颜色值可以通过光谱曲线计算、也可以通过XYZ值计算。