数字影像颜色再现原理笔记：颜色再现和色域

所见即所得

WYSIWYG (ˈwɪziwɪɡ)

What You See Is What You Get

这本书最后几章内容有点放飞自我的感觉，也不怎么给参考文献，不是很能看懂，为了内容完整（以及这本书已经续借三次了）还是硬着头皮写完吧。

“属性”

先定义了一堆颜色再现的“属性”：

• 范围 Scope：分为“与颜色再现自身相关”和“颜色再现和源色相关”。没听懂，大部分都是后一种，和喜好颜色有关的是前一种。

大概是指颜色再现的目标是为了在各种程度上还原源色（不论是光谱、三刺激值或是色貌）还是有别的目标。比如拍摄一个低显色灯光下的色卡，是还原出失准的颜色，还是色卡在标准照明体下的颜色。

• 应用 Application：分为与应用相关或独立于应用。这个也没听懂，大部分都是后一种，只有一个创造性颜色再现是前一种。

这个应该比前一种情况更“激进”一些。喜好色或记忆色虽然也是进行了偏离“准确”状态的调整，但仍是符合心理物理现象的（记忆色也算一种色貌现象）。而应用相关可能指为了某种应用场景而进行更创造性和夸张的处理，比如黑白化、艺术性的着色等。

• 基本性质 Nature：分为可以确定性描述（已知颜色再现具有这样的性质）和“理想状态的再现”。这个也不怎么听得懂，大概意思是能够确定的是前一种（使用“相等”，“相对”这种关系描述的），比较含糊的是后一种（记忆色，喜好色之类的）。

• 表现 Expression：分为可以用物理方法定量测量和可以用心理视觉定性测量的。这个就很好理解，书里提到“可以定量测量”与上面的“与源色相关”总是成对出现，但好像既不充分也不必要，比如色貌相等的颜色再现就是源色相关但不能定量测量。

这些属性还有各自的代号（一个大写字母），也没看出有什么关系，这个代号和后面的例子还对不上，我也查不到哪个文献里提到了这些东西。

Hunt 的分类

Hunt 把颜色再现的目标分为几类，出自 The Reproduction of Colour 一书的第 11 章。

光谱颜色再现：源和再现的光谱一致，比如 Lippmann 彩色摄影（1908 年的诺贝尔奖），是通过干涉实现的，洛桑联邦在 2021 年进行了复现和详细的分析 ¹。

正确颜色再现：源和再现的三刺激值（绝对值）一致，意味着在相同观看条件下，绝对色貌（视明度和视彩度）属性一致。

色度颜色再现：源和再现的色坐标（按照对应白色的归一化三刺激值）一致，意味着在相同观看条件下，相对色貌（明度和彩度）属性一致。

以上三种是能够物理测量的，但要注意需要在相同观看条件下，才能获得较好的颜色再现效果，因为他们没有考虑观看条件对色彩感知的影响。一个很好的例子是在自发光屏幕上再现出白炽灯下的白纸，如果三刺激值或色坐标一致，屏幕上的颜色看起来会更黄一些，可能是因为自发光屏幕不会引起折扣光源现象，色适应程度比白炽灯观看环境更低。

等价颜色再现：各自观看条件下，色貌属性绝对量相同，三刺激值则不相同。考虑了观看条件对颜色感知的影响，包括色适应等。

对应色颜色再现：各自观看条件下，色貌属性的相对量相同，色坐标不相同。相机的理想颜色再现应该属于这种情况。

这两种是考虑了色貌的上两种的对应再现。在不考虑同色异谱问题的情况下，理论上能达到“所见即所得”（What you see is what you get）的效果。原文里提到等价颜色再现中，虽然绝对亮度不同，但应该比较接近，但实际上由于高亮度下，视明度的高度非线性，绝对亮度可能相差较多。

喜好颜色再现：为了满足喜好，对颜色进行调整。比如让蓝天更蓝、肤色更红润或更高的明度来满足人们对图片的喜好，可以理解为修图，相机的颜色再现也有大部分属于这种情况。

ICC 的四种显色意图

颜色再现的目标在 ICC 色彩管理系统中被称为显色意图（Rendering Intent），分为四种：

• 感知（Perceptual）：保持图像的总体色貌，当色域大小不匹配时，会进行压缩或扩展，以适应目标色域。会改变图像所有颜色的色调和饱和度，但能保持图像颜色之间的总体视觉关系。
• 饱和色（Saturation）：使得目标图像的饱和度尽可能高，进行色域压缩或扩展时不注重整体色貌匹配。一般来说，比感知意图的目标色域更大。
• 绝对色度（Absolute Colorimetric）：尽可能精确的匹配色度，源色域和目标色域重叠的部分保持不变，目标色域以外的颜色保持色调不变，映射到色度尽可能接近的位置。
• 相对色度（Relative Colorimetric）：与绝对色度显色意图的区别在于，首先将原图的白场和黑场变换到目标色域的白场和黑场，对变换后超出色域的颜色进行保持色调不变的最近位置映射。

此处的白场和黑场仅指代亮度，绝对色度和相对色度都是有色适应的，绝对色度显色意图的绝对亮度也会维持基本不变，即使目标色域有更亮的白场。

色域

色域指的是一个设备或系统能够再现的颜色范围。色域在不同空间有不同的形状，对于显示器这样的加色系统，RGB 色域是一个立方体，在 RGB 上应用非线性（Gamma）后仍然是一个立方体，因为 RGB 是线性无关的，使用从 RGB 到 XYZ 的转换矩阵，将立方体映射到 XYZ 空间后，色域是一个平行六面体。

当我们提及“最近”，“最小差异”，“色调”时，都是在均匀颜色空间中，而从 XYZ 向均匀颜色空间的转换中，包含了非线性步骤，即便是 IPT 或 sUCS 这样简单的均匀颜色空间，也由两步线性变换和夹在其中的一步非线性变换组成。

这个非线性变换会把平行六面体变成一个很复杂的形状，包含曲面和曲线，而且大部分情况下是非凸的。要描述这么复杂的边界，可以使用凸壳或者 $\alpha$-shape 来近似。

确定了色域在均匀颜色空间上的形状后，使用不同的“路径”（等明度、等色调或者是别的斜线），将色域外的颜色沿着“路径”移动到色域内，移动的距离可以由距离作为参数来确定，最简单粗暴的方式是裁切，即只要在色域外就直接移动到色域边界。

完结撒花

这本书的笔记到这里就结束了，有关后两章颜色管理和显示、采集设备的更多内容将在别的工作内介绍（这本书里写的太潦草了）。

从寒假拖延到暑假，也算是重新学习了一遍色彩科学，希望你我都有新的发现和收获。