色貌理论

色貌模型是一个复杂的数学模型，特别是CIECAM97s模型，具有众多的参数和非线 性变换。从结构上来讲，分为正变换和逆变换两部分。正变换将一个观察条件下的 三刺激值X、Y、Z变换到色貌参数J、C、H（明度、彩度、色调）。逆变换将J、C、 H变换到另一个观察条件下的X’、Y’、Z’。下面对CIECAM97s模型作具体介绍。
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CIECAM97s色貌模型的计算(1)
1). CIECAM97s色貌模型的观察条件
观察条件
c
Nc FLL F
平均（视场角大于4度） 0.69 1.0 0.0 1.0
1. 阈值实验方法 2. 匹配实验方法 3. 分度实验方法
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1. 阈值实验方法
恰可察觉差（just-noticeable difference，简称 JND），它得到是观察者对于刺激变化量的感知性 测定刺激的恰可察觉的变化
绝对阈值（absolute threshold）表示刺激从无到 有人眼的恰可察觉性
色貌理论
第四章
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第四章 色貌理论
前言 §1 视觉心理物理实验的分类
1. 阈值实验方法 2. 匹配实验方法 3. 分度实验方法
§2 色貌属性与色貌现象 §3 色适应及色适应变换 §4 色貌模型
1.早期的色貌模型CIECAM97s色貌模型 2. CIECAM97s色貌模型
§5 色貌模型的应用和发展
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§1 视觉心理物理实验的分类
诱导现象会引起这个刺激在色貌上的漂移。蓝的诱导黄的。这些明显 的色漂移遵循颜色视觉的对立理论即在对比的意义上是沿着对立色的 方向漂移的。 2.色差增强现象 ：当我们在看一个统一背景上的两个颜色相近的刺激 时，若背景的颜色与刺激的颜色也相近时，则感觉到两个刺激的色差 比较大。反之，若背景与刺激的色差较大，则感觉到两个刺激色差较
分度：名义分度 ，顺序分度 ，间隔分度 ， 比例分度
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§2 色貌属性与色貌现象（1）
一、色貌属性:所谓色貌，是与色刺激和材料质地有关的颜色的主观表现。色貌模
型就是对色貌属性作定量计算的数学模型，其中色貌属性包括色调、明度、视明度、 视彩度、彩度等等，其定义如下: 1.视明度（brightness）:是刺激色辐射出光亮的视明度是指观察者对所观察颜色刺 激在明亮程度上的感受强度，或认为多少，过去也曾被称为主观亮度。
带下标E的项代表等能照明体， 而带下标n的项代表适应场的 刺激值， Yn是适应场刺激的 亮度， p 和a 的短波（S）和 长波（L）的形式与pM 式和aM 式相同。指数v等于1/3。a是修 正的von Kries 系数。p 描述 完全von Kries 适应的比例。 当p不等于1.0 时，为不完全适 应。
视明度是一绝对量。
2.明度（lightness）：明度是指观察者对所观察颜色刺激所感知到的视明度相对于 同一照明条件下完全漫反射体视明度的比值，明度是一个相对量。
3.视彩度（colourfulness） 这是英国的Hunt教授在1977年正式提出并作出说明的概念，现在也被CIE所采用。 它是指某一颜色刺激所呈现色彩量的多少或人眼对色彩刺激的绝对响应量。一般情 况下，照度增加，物体变得更明亮。
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1 色貌模型发展回顾
1981~1995: Nayatani模型
(Nayatani et al,Osaka Electro-Communication Univ.)
1982~1995: Hunt模型(Hunt, R.W.G. , City Univ., London)
1990~1994: RLAB模型(Fairchild et al, Munsell lab,USA)
2°视角的圆环区域。 背景（Background）:从近场的边缘再向四周延伸10°视角。当近场与背景的颜
色相同时，背景常可被认为是从色元边缘开始延伸。 周边（Surround）:指背景以外的区域。 适应场（Adapting Field）:色元所在的整个环境，包括近场、背景和周边，从色
元边缘一直延伸到视野边缘。 如果色元是一个视场张角大于4°的区域，模型 中的有关色度量则应用CIE 1964补充标准色度 系统; 如果色元视场张角小于4°， 则应用CIE 1931标准色度系统。
色貌的预测，分为相关色模型和非相关色模型：所谓相关色，是指呈现在复杂背景 上的颜色刺激，我们日常生活中所看到的颜色刺激大多是以相关色的形式出现。非 相关色是指孤立存在的颜色刺激，有两种表现形式：一种是边界无限的黑背景中有 一孤立颜色; 另一种指观察者整个视觉区域是均匀的单色。光源通常被认为是非相关 色。CIECAM97s是关于相关色的色貌模型。
色貌属性与色貌现象(2)
5.色调（Hue）:色调是颜色的三属性之一， 该视觉属性表示所感觉 到的物体所具有的颜色特征， 如： 红、黄、绿或蓝； 或者是它们任 意两种的混合色。
6.相关色（related color）:相关色是指与背景相关的颜色。 7.非相关色（unrelated color）:非相关色是指与背景无关的颜色。 二、色貌现象 1.同时对比或称色诱导现象。当改变了某个颜色的背景， 同时对比或色
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2 CIECAM97s色貌模型(2)
2).CIE-CAM97s色貌模型的计算
输入量
测试观察条件下的选用白（照明光源的白场）（adopted white）: XwYwZw
测试观察条件下的背景（background）:
XbYbZb
测试观察条件下的色样（sample）:
XYZ
测试适应场（adapting fiels）的亮度(cd/m2) :
激（X2,Y2,Z2）的色貌相匹配，那么（X1,Y1,Z1），（X2,Y2,Z2）和它们的观察条件一起组成了一
对对应色。色适应是预测对应色的一种能力。对于一些与颜色有关的工业来说色适应是很重要的。

二、色适应变换（chromatic-adaptation transform, CAT）
通过视觉实验来获得不同观察条件下的对应色数据是有限的，所以期望有一个基于数学模型的色 适应变换来预测每个（X1,Y1,Z1）所对应的（X2,Y2,Z2）。描述色适应的数学模型我们就称为色适 应变换。我们用它来预测每个（X1,Y1,Z1）所对应的（X2,Y2,Z2）。
4.彩度（chroma） ：是相对量，等于视彩度（colorfulness） 与同样照明条件下 的白色物体的视明度（brightness） 之比。
5.色饱和度（saturation）：也是一种相对量，等于色刺激的视彩度 （colorfulness ）与视明度（brightness） 之比。
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以Fairchild 色适应模型为例，说明之。

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§3 色适应及色适应变换 （3）
Fairchild 色适应模型: 第一步：从CIE 三刺激值X1Y1Z1 到初始刺激值L1M1S1。 第二步： von Kries色适应转换的修
正形式 ：从L1M1S1到L1′M1′ 11
S1′。
色适应变换计算对应色流程图
小。
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色貌属性与色貌现象(3)
3.扩散效应现象:当刺激在空间频率上增加或刺激的尺寸变小时，同时对比效应会随 之消失，替代的是扩散效应。扩散效应是一个刺激与它周边环境在表观上的 混合。
4.Bezold - Brücke 色调漂移现象:当一个光谱色的亮度发生变化时， 感觉到它的色 调也随之产生漂移。这一想象启示我们人眼的视觉细胞对于所接收的能量与 产生的色视觉之间是一种非线性的信息处理过程。

Hale Waihona Puke 色适应变换，或者叫做色适应模型，不包括明度、彩度和色调等色貌属性，它仅仅提供从一个观察条
件下的三刺激值到另一个观察条件下匹配的三刺激值的变换公式。色适应变换是在大量视觉匹配实验
的基础上，通过归纳演绎后总结出的一个模拟人的视觉感知适应变换过程的数学模型。

为了更精确地模拟色适应的生理机制，色适应变换被设计为预测对三个初始锥体信号L，M，S（红、
记忆匹配（memory matching）：观察者被要求 得到一种与以往他记忆中的刺激相同的匹配 例如：用记忆匹配去得到理想白、中性灰或理想的
色调如红、绿、蓝单色色调等。 用于研究色适应和色貌
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3. 分度实验方法
实验目的：量化知觉的大小，所以分度实验 中所采用的数学方法是衡量实验准确度的关 键

人眼对某一色光适应后，观察另一物体的颜色时，不能立即获得客观的颜色
印象，而带有原适应色光的补色成分，需经过一段时间适应后才会获得客观
的颜色觉，
这过程就是
色适应的过
程。
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§3 色适应及色适应变换 （2）

在色适应的基础上可以获得大量的“对应色”视觉数据。对应色就是在不同观察条件下色貌匹配的两
个刺激。例如，如果在一组观察条件下的一个刺激（X1,Y1,Z1,），与另一组观察条件下的另一个刺

上一节所讨论的色貌现象可以认为是人眼视觉的二级效应，色刺激
到达人眼后的一级色貌现象应是人眼的色适应现象。

一、色适应（chromatic adaptation）
色适应是产生色貌现象的根本原因，也是建立色貌模型的核心基础。色
适应是人的视觉系统在观察条件发生变化时，自动调节视网膜三种锥体细胞 的相对灵敏度，以尽量保持对一定物理目标表面的颜色感知即色貌保持不变 的现象。它用于连接两个媒体和两种不同照明观察条件。
1995:
ATD模型 (Guth,USA)
1996:
LLAB模型 (Luo.M, Derby Uni. UK)
1996~1998: CIECAM97s模型(相关色、cone 响应)
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2 CIECAM97s色貌模型（1）
1).观察视野的结构：
色元（Color Element）:指2°视场张角内的区域 。 近场（Proximal Field）:与色元直接相邻的区域，通常指由色元边缘向四周延伸