带你解读 CIE1931色度图

ZUNZHENG

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-看懂视频的色彩管理之 CIE1931色度图
色彩管理测试和分析过程中，以及显示类产品的技术指标中经常会看到一些色域的描述（如72%NTSC等），这些指标依据的标准就是CIE1931色度图。
CIE（http://www.cie.co.at）国际照明委员会，制定了一系列的色度学标准，在视频领域沿用至今。
CIE在1931年定义了标准观察者、标准光源、CIEXYZ基色系统、CIE1931色度图。CIE1931色度图给出了人类正常视觉（1931标准观察者）能感受到的色域。
1960年和1976年该标准进行了更新，1976年CIE国际照明组织定义了两种近似视觉均匀的色彩系统，CIELUV和CIELLAB。这两种系统计算相对复杂，并不能直接应用于视频工程领域。所以至今大部分色彩理论基础还在沿用1931标准。
专业测试软件中，关于色度值的测量是非常重要的：
1

CalMAN色彩管理系统关于CIE1931色度值的测试图

2

LightSpaceCMS色彩管理系统关于CIE1931色度值的测试图

3

尊正TruecolorNavigator色彩管理系统关于CIE1931色度值的测试图

依据色彩管理测试流程（https://gaiamount.com/academy/detail/1236），需要用信号源给被测试的显示设备一组测试信号，由色度计测量显示设备实际的色度值，然后由色彩管理软件计算并给出测试色度的坐标等，用于分析和校正流程。

-CIE1931色度图解读
在CIE色度图上，可见光范围分布呈马蹄形，越靠近马蹄形边缘的坐标饱和度越高，马蹄形左右两边的曲线代表波长380nm-780nm连续变化的单色光称为光谱轨迹。
光谱轨迹的端点（位于红色和蓝色处）是由一条直线连接起来的，这条直线代表紫色，紫色是由红色和蓝色构成的组合颜色。在这个封闭边界的区域包含了所有可以通过混合不同颜色的光而生成的颜色。
距离边界越近的颜色，其饱和度就越大。处于边界线内的颜色越接近图的中心，饱和度越小（白色或灰色）。图中的每一个点代表唯一的一种颜色，可以用其x，y坐标来指定。

在CIE系统里，红、绿和蓝的亮度被转换为三色值，并用大写字母X、Y和Z表示，这些值表示基本色的相对量。CIE1931坐标x,y和z是由X、Y和Z推导而来的，坐标x,y和z称为色度坐标，三者之和恒等于1。
因此z总可以用x,y来表示，为了表示任何颜色，只需要指定x和y的值，相应的构图也可以是二维的。
典型情况下，信号源或显示器指定三个（x，y）的坐标（R、G、B）来定义要使用的三个基本色。由这三个(x，y）坐标形成的三角形围成的色域为该信号源或显示器所能产生的颜色。
这三种颜色组成的集合并不能生成所有可能的颜色。显示器和信号源通常要使用白色的坐标（x，y），因为白色通常并不能被直接采集到或再生。例如HD的参考色域REC709：

亮度信息并不包含于标准的CIE1931色度图中，而是垂直于（x，y）平面的一个轴。颜色越亮，色度取值范围越小。各种视频标准使用的是不同的色度和参考白点值，当信号源和显示器的值不匹配时会发生颜色误差，通过一个查找表或校正矩阵可以在显示设备上得到校正和补偿。显示设备是否能够再现还原视频标准，一方面由显示设备的技术参数决定，另外一方面是否具备色彩管理校正的能力也很重要。

-部分视频及显示标准的色度和参考白点值
REC709（HD高清）：
White坐标：x 0.3127 y 0.3290
Red坐标：x 0.64 y 0.33
Green坐标：x 0.30 y 0.60
Blue坐标：x 0.15 y 0.06

DCI-P3（电影）：
White坐标：x 0.314 y 0.351
Red坐标：x 0.680 y 0.320
Green坐标：x 0.265 y 0.690
Blue坐标：x 0.150 y 0.060

SMPTE-C（SD标清N制）:
White坐标：x 0.3127 y 0.3290
Red坐标：x 0.630 y 0.340
Green坐标：x 0.310 y 0.595
Blue坐标：x 0.155 y 0.070

EBU（SD标清PAL制）:
White坐标：x 0.3127 y 0.3290
Red坐标：x 0.64 y 0.33
Green坐标：x 0.29 y 0.60
Blue坐标：x 0.15 y 0.06

BT2020（UHD超高清）：
White坐标：x 0.3127 y 0.3290
Red坐标：x 0.708 y 0.292
Green坐标：x 0.170 y 0.797
Blue坐标：x 0.131 y 0.046

NTSC:
White坐标：x 0.3101 y 0.3162
Red坐标：x 0.67 y 0.33
Green坐标：x 0.21 y 0.71
Blue坐标：x 0.14 y 0.08

sRGB（显示器）:
White坐标：x 0.3127 y 0.3290
Red坐标：x 0.64 y 0.33
Green坐标：x 0.30 y 0.60
Blue坐标：x 0.15 y 0.06

Adobe RGB:
White坐标：x 0.3127 y 0.3290
Red坐标：x 0.64 y 0.33
Green坐标：x 0.21 y 0.71
Blue坐标：x 0.15 y 0.06
通过分析和测量色度指标可以很好的理解色彩管理的流程，并进一步理解显示设备校正的必要性，增加调色和监看过程中对色彩判断的依据和信心。

美fang

感谢楼主对于色度图详细的解释～学到了好多

ZUNZHENG

美fang 发表于 2018-3-26 15:05
感谢楼主对于色度图详细的解释～学到了好多

marvinhddvd

对于现在广色域，高动态范围显示设备，其实LAB更科学：
http://www.avsforum.com/color-volume-why-it-matters-for-hdr-tvs/