Lecture 20: Color and Perception¶

Physical Basis of Color¶

颜色是由光的波长决定的。可见光谱范围大约在400nm到700nm之间，不同波长的光对应不同的颜色。例如，约400nm的光被感知为紫色，约700nm的光被感知为红色。

谱功率分布（SPD）描述了光源在不同波长上的能量分布。不同光源（如太阳光、白炽灯、荧光灯）具有不同的SPD，这影响了我们感知到的颜色。

人类的眼睛通过视锥细胞感知颜色。人眼有三种类型的视锥细胞，分别对红色、绿色和蓝色光敏感。这三种视锥细胞的响应可以组合起来，形成我们对各种颜色的感知。

同色异谱现象指的是不同的光谱分布可以被人眼感知为相同的颜色。这是因为人眼只能感知三种颜色通道（红、绿、蓝），因此不同的光谱组合可能在这三种通道上产生相同的响应。

加色法是通过将不同颜色的光叠加在一起来产生新的颜色。常见的加色模型是RGB模型，其中红色、绿色和蓝色光的不同组合可以产生各种颜色。加色法主要用于显示设备，如计算机屏幕和电视。

减色法是通过吸收某些颜色的光来产生新的颜色。常见的减色模型是CMY（青、品红、黄）模型，通常用于打印技术。通过混合不同的墨水颜色，可以吸收特定波长的光，从而显示出所需的颜色。

CIE RGB颜色空间是由国际照明委员会（CIE）定义的标准颜色空间，基于人类视觉系统的响应。它使用三种原色（红、绿、蓝）来表示颜色，并通过数学模型将颜色映射到一个三维空间中。

也就是说，是通过三个基色的线性组合来表示颜色的。

CIE XYZ颜色空间是另一个由CIE定义的标准颜色空间，旨在提供一个与人类视觉系统更一致的颜色表示方法。XYZ颜色空间使用三个虚拟的基色（X、Y、Z），其中Y通道表示亮度信息。

CIE XYZ颜色空间的优点是它包含了所有人类可见的颜色，并且可以通过线性变换与其他颜色空间（如RGB）进行转换。

色域是指一个颜色空间能够表示的所有颜色的范围。不同的颜色空间具有不同的色域。

HSV颜色空间是一种基于人类感知的颜色表示方法，使用色调（Hue）、饱和度（Saturation）和明度（Value）三个参数来描述颜色。HSV颜色空间更符合人类对颜色的直观理解，常用于图像处理和计算机图形学中。

CIE Lab颜色空间是一种基于人类视觉感知的颜色表示方法，使用亮度（L）、红绿轴（a）和黄蓝轴（b*）三个参数来描述颜色。

特点是轴两端的颜色互为补色。

CMYK颜色空间是一种用于印刷的颜色表示方法，使用青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Key）四种颜色来描述颜色。CMYK颜色空间基于减色法，通过混合不同的墨水颜色来吸收特定波长的光，从而显示出所需的颜色。