文組生也能看懂的色度學:淺介CIE 1931與1976

前言

這篇不專業科普的標題沒有任何歧視意味(最好是)。不過如果你和我一樣身為文組生,卻連色彩三要素都不知道……請果斷退出,惡補完基礎色彩學再點進來。我等你 — —

CIE之前:LMS空間

人眼有三種視錐細胞,分別稱為「L、M、S」,能夠感知不同波長的光。而使用它們接收到的「三刺激值」(Tristimulus Value),來描述任一顏色的色彩空間,則被稱作「LMS空間」 — — 換句話說,可以將人眼接收到的LMS數據視作空間座標的三軸來看待,會比較容易理解。

CIE XYZ

不過相較於LMS,常被拿來當作標準的色彩空間其實是「CIE 1931 XYZ」。它的三刺激值並不單純只是人眼對不同波長的反應,而是一組再經過數學轉換的函數「X、Y、Z」。由於具備這種不受限於設備差異的特性,XYZ空間也成為其他色彩空間的發展基石。有趣的是,XYZ空間中還存在著一些肉眼無法觀察的「禁色」(Impossible Color),令人不禁聯想起「宇宙恐怖」大師洛夫克拉夫特對於「星之彩」的設定。

xyz≠XYZ

在此釐清特別容易混淆的一點:XYZ空間所採用的座標x、y、z」「不等於」前述的三刺激值函數X、Y、Z」。

CIE Yxy與CIE xy色度圖

由於使用者無法只靠座標「x、y、z」就回推函數「X、Y、Z」,再加上函數XYZ無法詮釋色彩三要素 — — 又一次經過數學轉換的色彩空間「CIE 1931 Yxy」應運而生。Yxy空間和XYZ空間不同之處在於,它「能夠」詮釋色彩三要素。將代表明度的函數Y拿掉之後,原本是三維空間的Yxy空間,便成了大家熟知的「馬蹄圖」 — — 平面的「CIE xy色度圖」。

CIE xy Chromaticity Diagram

CIE 1931的缺點報你知

  • CIE 1931無法讓人識別「同色異譜」(Metamerism)的顏色。只要兩色座標相同,就算組成光譜不同也無從辨認。
  • CIE 1931並非等量均質(例如:馬蹄圖上,兩色的直線距離不等於實際色差),因此無法對色彩進行數學計算。

CIE LAB與Delta E

為了修正CIE 1931的缺陷,國際照明委員會在1976年制定了新的色彩空間 — — 「CIE 1976 LAB」。需要注意的是,這裡的「a*軸」是紅色-綠色,「b*軸」是黃色-藍色。當時在CIE LAB之中,兩色的直線距離公式被稱為「ΔE*76」。時間來到2000年,經過修訂的「ΔE*76」成了「ΔE*00」 — — 而套用此公式所得出的數值,正是各大顯示器廠商最喜歡強調的「Delta E」。只要Delta E小於等於2,肉眼便難以分辨螢幕顯色和真實顏色之差異。

CIE LAB

CIE LCH

由於使用CIE LAB進行溝通有些不易(大家還是習慣色彩三要素),國際照明委員會發展出了更直觀的「CIE 1976 LCH」空間。CIE LCH又被稱作「圓柱形的LAB」(Cylindrical CIE LAB)。

在 D65照明下,CIE LCH的可見色域範圍

小結

新的色彩空間如同新產品,必須持續提升易用性。不過這種「產品開發」就屬於神仙打架的領域了,我等凡人只要理解如何「用得巧」便是(苦笑)。

發表留言