设计色彩学：基本概念与管理

要理解色彩管理的基本原理和工作过程，有几个重要的概念必须明确。

设备颜色值：指驱动设备产生颜色刺激的信号值，或组成颜色刺激的三原色数值，是物理量，通常为RGB值或CMYK值。例如，驱动显示器呈现颜色的设备颜色值为RGB数值；数字照相机和扫描仪采集的颜色值也是RGB数值；对于彩色打印机来说，其颜色输出模式不同，设备颜色值的类型也就不同。目前大多数喷墨打印机的颜色输出模式为RGB模式，因此其设备颜色值为RGB数值。而多数激光（静电成像）彩色打印机的颜色输出模式为RGB模式，因此其设备颜色值为CMYK数值。

颜色感觉值：在特定照明和观察条件下定义的CIEXYZ色度值或CIELAB色度值，代表特定条件下设备呈现出的颜色感觉，是对设备产生的颜色刺激的色度表示。任何设备所呈现出的颜色刺激都可以产生特定的颜色感觉，因而可以通过一定的方法将其表示为CIE色度值。

设备相关颜色空间（Device Dependent Colorspace）：某设备取所有颜色值时所能够产生的全部颜色刺激的集合称为该设备的颜色空间，常见的设备颜色空间有RGB（主要用于显示器、数字照相机和扫描仪等设备），CMYK（专用于打印和印刷）和YUV（黑白和彩色电视）颜色空间，如图12.6所示。由于不同设备的呈色原理不同，使用的呈色材料不同，所以表现颜色的特性也不同。相同的设备颜色值在不同设备上可能呈现出不同的颜色刺激，因而产生的颜色感觉也会不同。假如在设备相关颜色空间中定义一个颜色，那么该颜色的外貌只对该设备有效，在其他设备上色貌就会发生变化。设备颜色空间的这种特性称为与设备相关的颜色空间，意为不同设备具有不同的颜色特性。例如，不同厂家生产的扫描仪，由于采用了不同光谱透过率的红、绿、蓝三原色滤色片，不同光谱灵敏度的光电探测元件，使得扫描同一幅原稿所获得的RGB值各不相同；不同的显示器，由于荧光粉的发光特性及色品不同，同样的一组RGB数据（如RGB图像中的数值）所呈现出的颜色感觉不同；同样的CMYK图像，由于所用印刷设备不同、油墨和纸张性能不同，印刷出来的颜色也会不同。因此，所有由设备决定的RGB色空间和CMYK色空间都是与设备相关的颜色空间，与设备相关的颜色空间没有统一的颜色标准，其呈色色貌取决于各设备自身的颜色特性。

图12.6　设备相关的颜色空间

设备无关颜色空间（Device Independent Colorspace）：人眼感觉到的所有颜色值的集合称为设备无关颜色空间，又称为标准色度系统颜色空间，设备无关颜色空间中定义的颜色值称为色度值。设备无关颜色空间不依赖于任何设备的颜色空间，而任何设备所产生的颜色刺激都可以对应一组色度值。设备无关颜色空间中定义的一个颜色在所有设备上都具有相同的色貌，因此只有在设备无关颜色空间中才能唯一、准确地定义一个颜色的外貌。常见的设备无关颜色空间有CIE的各个标准色度系统，如CIEXYZ、CIELAB和CIE—Luv颜色空间，它们都是根据人的视觉系统建立的颜色体系，代表了特定条件下人眼的颜色感觉，因而是与设备无关的颜色空间。同时，任何设备所产生的颜色刺激所对应的CIE色度值也可以通过颜色测量得到。

ICC色彩管理系统的基本原理体现了在特定条件下用与设备无关的色度值来定义设备颜色值的思想，与设备无关的颜色空间成为计算颜色和进行设备之间颜色转换的基准。

颜色空间转换：颜色在不同设备和媒体间的传输，其实质是颜色信息在不同的颜色空间之间转换。图12.7从颜色空间转换的角度描述了一个颜色复制流程，原稿经扫描仪扫描后得到RGB颜色空间的颜色数据，然后转换到显示器RGB颜色空间进行显示，最后再转换到喷墨打印机CMYKcmk颜色空间（c、m、k分别为浅青、浅品和浅黑颜色通道）或印刷机CMYK颜色空间进行打样和输出。

色彩管理中存在着两种类型的颜色空间转换：第一类是设备无关颜色空间之间的转换，例如CIE XYZ与CIELAB颜色空间之间的转换，这类转换可借助CIE推荐的转换公式计算；第二类是设备无关颜色空间与设备相关颜色空间之间的转换，例如CIELAB与CMYK颜色空间之间的转换，这类转换需要借助实验所得的经验模型来实现。但设备相关颜色空间之间的转换则必须借助设备无关颜色空间（即将其作为中间连接空间，参看下一章中关于特性文件连接空间的概念）来完成。

图12.7　颜色空间转换示意图

可以将设备相关颜色空间中的颜色值比喻成方言，而将标准色度系统颜色空间中的色度值比喻成普通话。因此颜色空间转换可比喻为方言和普通话间的一个翻译过程，而标准颜色空间则在其中充当翻译的作用。例如，扫描仪扫描得到的一个颜色可通过打印机复制出来：先将该颜色从扫描仪颜色空间RGB转换到标准色度系统颜色空间CIELAB；然后再将其从CIELAB转换到输出设备颜色空间CMYK。因此，一个简单的颜色复制过程本质上包括2个颜色空间转换过程，如图12.8。

图12.8　扫描仪到打印机的颜色空间转换过程

色域和色域映射：色域是指颜色的表现范围，通常用设备无关颜色空间中的一个三维有界体积来描述，如图12.9所示。按照描述对象的不同，色域可分为设备色域和图像色域。设备色域指设备在某一介质上所能表现的最大颜色范围。例如打印机的色域是指打印机在纸上能打印出的颜色范围，因而包含了纸张、色料等的综合影响。不同显色设备的色域大小相差很大。一般来说，显示器色域要大于印刷色域，如图12.10所示；当然不同档次的显示器能够显示的色域也不一样；喷墨打印的色域要大于传统印刷；多色印刷的色域要大于4色印刷的色域。

图12.9　CIELAB颜色空间中的一个三维色域(www.xing528.com)

图12.10　不同的色域范围

需要注意的是，不同类型设备的色域再现能力是不同的，即使是同类型设备，由于工作状态（参数设置）不同，所用介质不同等，其色域再现能力也是不同的。例如，对于EPSON Pro r270彩色喷墨打印机来说，在打印参数一定时，使用不同打印介质所能再现的色域范围是不同的，如图12.11。

图12.11　三种打印介质所能再现的色域范围对比

掌握设备的色域大小是有重要实际意义的，因为设备无法记录或再现设备色域以外的颜色。例如在PhotoShop图像处理软件的“拾色器”对话框中，有的颜色在用鼠标选择后，会在色块上方出现一个“！”符号，表示这个颜色虽然在显示屏幕上可以显示出来，但超出了打印机的色域（Photoshop“颜色设置”对话框中CMYK工作空间中指定的打印机ICC特性文件的色域，参看后面章节），因此无法印刷出来，如图12.12所示。

图12.12　PhotoShop拾色器对话框

图像色域则是指一幅具体的彩色图像所包含的颜色范围。不同图像因为有不同的颜色特征而具有不同的色域，如图12.13所示。

图12.13　不同图像的色域

了解了色域概念后，就会发现一个问题。当设计人员在一台普通LCD显示器上完成了颜色设计后准备使用打印机将该颜色打印出来，如果打印机的色域小于显示器色域，那么就会出现颜色再现的失真。当一台大色域显示器上显示的图像转移到一台小色域显示器显示时，同样可能出现颜色失真的问题。这就涉及色域映射的问题：即当颜色信息将从较大色域的颜色空间转换到较小色域的颜色空间时，利用输出颜色空间的色域尽可能逼真地还原输入颜色空间中的颜色，减少颜色失真，即色域映射技术。按照对色域外颜色的不同处理方法，又可以把色域映射技术分为色域裁剪和色域压缩。前者是将色域外颜色映射到距离该颜色最接近的目标色域边界，后者则是将色域外颜色按比例压缩到目标色域内部，如图12.14，有关色域映射更为详尽的内容，请参考下一章内容。

图12.14　色域压缩和色域裁剪

色彩管理系统：即管理颜色信息的系统，是保证颜色信息在不同设备和媒体间正确传输和再现的系统。既然是系统，就包括了很多组件，如色彩管理软件（如颜色特征化软件、颜色转换软件等）和硬件（如扫描仪、显示器、打印机等成像设备和分光光度计、密度计等颜色测量仪器）。它的功能是：保证颜色信息经不同的设备或媒体之间传输后，在输出设备上能够对原稿颜色进行一致性的再现和复制。要实现这个目标，色彩管理系统需要完成以下三件事。

（1）色彩管理系统需要用描述人眼颜色感觉的CIE标准色度值（CIEXYZ值或CIELAB值）来定义所有设备的颜色值，即色彩管理系统必须指出RGB和CMYK颜色值所代表的是什么样的颜色感觉，也就是说要给RGB或CMYK设备值赋予一个CIE色度值（知道方言对应什么普通话）。这个过程对应着设备颜色值向CIE色度值转换的过程。

（2）当然还需要知道一个CIE标准色度值需要用什么样的设备颜色值表示。因为相同的设备颜色值可能在不同设备上产生不同的颜色感觉，所以为了让各设备呈现出相同的颜色感觉，即各设备呈现颜色的色度值都相同，就必须给不同设备发送不同的设备颜色值，使不同设备使用不同的RGB值或CMYK值而呈现出相同的色貌。这个过程对应着CIE色度值（CIEXYZ值或CIELAB值）向设备颜色值（RGB值或CMYK值）的转换（就像知道普通话对应什么方言）。

（3）颜色空间转换和色域映射：实现颜色信息在不同设备之间的传输和再现，在颜色转换过程要保证颜色感觉的一致性。如果将设备颜色值比喻成方言，将CIE颜色感觉值比喻成普通话，那么颜色空间转换过程就类似于不同方言之间借助普通话进行翻译的过程。