Color Management Overview阅读

1 概述

本文档提供了颜色和颜色管理基础知识的一般介绍。阅读本文档以了解：

• Color perception 色彩感知
• Color spaces 色彩空间
• The values used to describe color 用于描述颜色的值
• Color conversion and color matching 颜色转换和颜色匹配
• The role of color management systems 色彩管理系统的作用

色彩管理是在设备之间保持一致色彩的过程。诸如扫描仪，显示器和打印机的不同成像设备在不同的颜色空间中工作，并且每个可以具有不同的色域（设备可以显示的颜色范围）。不同制造商的彩色显示器都使用RGB颜色，但由于设备类型及其使用年限，可能会有不同的RGB色域。打印机和印刷机在CMYK空间中工作，其色域可能会有很大差异，特别是如果他们使用不同的印刷技术。即使是单个打印机的色域也会因使用的墨水或纸张类型而有很大差异。很容易看出，使用特定的墨水和纸张类型将单个显示器上的RGB颜色转换为单个打印机上的CMYK颜色会导致不可预测的结果。

1.1 色彩感知

彩色图像通常包含数百种截然不同的颜色。在彩色外围设备上再现这样的图像是不切实际的。然而，通过三个“主”灯的混合可以在视觉上匹配非常广泛的颜色。这样可以通过红色，绿色和蓝色光或打印机上的青色，品红色和黄色的混合在显示器上再现颜色。墨水或颜料打印黑色以增加对比度并弥补墨水的不足（使CMYK中的黑色​​键或K）。

1.2 色调，饱和度和值（或亮度） Hue, Saturation, and Value (or Brightness)

颜色被描述为具有三个维度:色调，饱和度和值。
色调是颜色的名称，它将颜色放置在光谱中的正确位置。
饱和度是指颜色的强度。中性灰色被认为具有零饱和度。饱和红色的颜色与苹果红相似。粉红色是不饱和红色的一个例子。
值（或亮度）描述了由彩色图像反射或透射的光强度的差异。对象的色调可以是蓝色，但是暗和亮这两个术语区分一个对象与另一个对象的值或亮度。基于色调，饱和度和值的三维颜色空间在HSV和HLS颜色空间中描述。

1.3 添色和减色 Additive and Subtractive Color

加色理论是指混合红色，绿色和蓝色光的过程，每个光约为可见光谱的三分之一。添加色理论解释了如何添加红色，绿色和蓝色光以产生白光。红色和绿色投射在一起产生黄色，红色和蓝色产生洋红色，蓝色和绿色产生青色。使用红色，蓝色和绿色透射光，可以匹配彩虹的所有颜色。
减色理论是指结合减色剂如油墨或染料的过程。在该理论中，各种水平的青色，品红色和黄色吸收或“减去”照射物体的白光光谱的一部分。物体的颜色是未被物体吸收的彩色光的结果。苹果呈红色，因为苹果表面吸收蓝光和绿光。监视器使用加色空间，输出打印设备使用减色空间。

2 颜色空间 Color Space

颜色空间描述了表示，排序，比较或计算颜色的环境。颜色空间定义一维，二维，三维或四维环境，其组件（或颜色分量）表示强度值。颜色分量也称为颜色通道。

Apple的ColorSync技术直接支持多种不同的色彩空间，使您可以方便地使用最适合您需求的任何颜色数据。 ColorSync颜色空间分为几个组或基本族。他们是：

• 灰色空间，用于灰度显示和打印
• 基于RGB的色彩空间，主要用于显示器和扫描仪;
• 基于CMYK的色彩空间，主要用于彩色印刷;
• 与设备无关的色彩空间，如L * a * b，主要用于颜色比较，色差和颜色转换;
• 命名颜色空间，主要用于印刷和图形设计;
• 异构HiFi色彩空间，也称为多通道色彩空间，主要用于新的印刷工艺，包括使用红橙色，绿色和蓝色，以及用于点着色，如金和银金属;

基本族中的所有颜色空间通过非常简单的数学公式彼此相关或仅在存储格式的细节上不同。

2.1 灰色空间

灰色空间通常具有单个组件，范围从黑色到白色。 灰色空间用于黑白和灰度显示和打印。 正确绘制的灰色空间应具有百分之五十的值作为其中点。

2.2 基于RGB的色彩空间

RGB空间是三维颜色空间，其组成部分是构成给定颜色的红色，绿色和蓝色强度。基于RGB的色彩空间是计算机图形中最常用的色彩空间，主要是因为大多数彩色显示器和扫描仪都直接支持它们。 RGB颜色空间取决于设备和添加剂。 RGB基本族中的颜色空间组包括：

• RGB空间
• HSV和HLS空间

2.2.1 RGB空间

RGB空间中表示的任何颜色都是三原色的混合物：红色，绿色和蓝色。 大多数基于RGB的色彩空间可以看作立方体，黑色的角落，三个原色（红色，绿色和蓝色），三个辅助色（青色，品红色和黄色），以及白色。

2.2.2 sRGB空间

sRGB色彩空间基于ITU-RBT.709标准。它指定的伽玛值为2.2，白点为6500度K.您可以在国际色彩联盟网站上阅读有关sRGB空间的更多信息。通过提供替代的，独立于设备的颜色定义，该空间为当前的色彩管理系统策略提供了补充解决方案，该定义更易于设备制造商和消费者市场处理。如果未指定或可用其他RGB配置文件，则可以使用sRGB颜色空间。 ColorSync提供对sRGB的完全支持，包括sRGB配置文件。

2.2.3 HSV和HLS颜色空间

HSV空间和HLS空间是RGB空间的变换，可以用艺术家更自然的方式描述颜色。 HSV的名称代表色调，饱和度和值。 （HSB空间或色调，饱和度和亮度与HSV空间同义。）HLS代表色调，亮度和饱和度。

2.3 基于CMY的色彩空间 CMY-Based Color Spaces

基于MY的色彩空间最常用于彩色打印系统。它们本质上取决于设备和减法。 CMY系列中的色彩空间组包括:

• CMY，除低端彩色打印机外不常见
• CMYK，用于模拟油墨或染料的方式，适用于印刷中的纸张

名称CMYK是指青色，品红色，黄色和键（由黑色表示）。青色，品红色和黄色是这个色彩空间中的三原色，红色，绿色和蓝色是三个副色。理论上不需要黑色。但是，当全饱和度青色，品红色和黄色墨水在纸张上均匀混合时，结果通常是深棕色而不是黑色。因此，黑色墨水在较暗的区域叠印，以扩大动态范围并提供更好的外观。使用黑色墨水打印可以使用较少的青色，品红色和黄色墨水。这可以防止饱和，特别是对于不能接受太多墨水的普通纸等材料。使用黑色也可以降低每页成本，因为青色，品红色和黄色墨水通常比黑色墨水更贵。它还可以提供更清晰的图像，因为使用单个黑色墨水点代替其他墨水的三个点。

从理论上讲，CMYK空间中RGB值与CMY值之间的关系非常简单：

青色(Cyan) = 1.0 - 红色  
洋红色(Magenta) = 1.0 - 绿色  
黄色(Yellow) = 1.0 - 蓝色  

（其中红色，绿色和蓝色强度表示为从0到1变化的分数值）。实际上，从RGB空间中表示的颜色导出青色，品红色，黄色和黑色值的过程很复杂，包括特定于设备，墨水特定，甚至特定于纸张的黑色添加量计算暗区（黑色代）和要去除黑色的其他墨水去除量（底色去除）。因此，当ColorSync在CMYK和RGB颜色空间之间进行转换时，它使用精心设计的多维查找表系统，ColorSync知道如何解释。

2.4 与设备无关的颜色空间

某些颜色空间可以以与设备无关的方式表达颜色。尽管RGB颜色随显示器和扫描仪特性而变化，并且CMYK颜色随打印机，墨水和纸张特性而变化，但与设备无关的颜色不依赖于任何特定设备，并且意图是人眼所感知的颜色的真实表示。这些颜色表示，称为与设备无关的颜色空间，由Commission Internationale d'Eclairage（CIE）开展的工作产生，因此也称为基于CIE的颜色空间。

识别颜色空间内颜色的最常用方法是三维几何。测量三种颜色属性，色调，饱和度和亮度，分配数值，并在颜色空间内绘制。

从RGB颜色空间到CMYK颜色空间的转换涉及许多变量。打印机或印刷机的类型，纸料和使用的墨水都会影响青色，品红色，黄色和黑色之间的平衡。此外，不同的设备具有不同的色域，或者它们可以产生的颜色范围。由于RGB和CMYK规范生成的颜色特定于设备，因此它们被称为设备相关的颜色空间。设备颜色空间允许指定与其在特定设备上的表示直接相关的颜色值。

与设备无关的颜色空间可用作交换颜色空间，以将颜色数据从一个设备的原生颜色空间转换为另一个设备的原生颜色空间。

CIE创建了一组颜色空间，根据人类感知指定颜色。然后，它开发了算法，以得出颜色-X，Y和Z的三个虚构的主要成分，它们可以在不同的水平上组合以产生人眼可以感知的所有颜色。由此产生的颜色模型，CIEXYZ和其他CIE颜色模型构成了所有颜色管理系统的基础。虽然RGB和CMYK值因设备而异，但人类对颜色的感知在各设备之间保持一致。可以在基于CIE的色彩空间中以与任何特定显示或再现设备的特性无关的方式指定颜色。该标准的目标是针对给定的基于CIE的颜色规范，在不同设备上产生一致的结果，直至每个设备的限制。

2.4.1 XYZ空间

有几个基于CIE的颜色空间，但都来自基本的XYZ空间。 XYZ空间允许颜色表示为三个三刺激值X，Y和Z的混合。术语三刺激来自这样的事实：颜色感知由眼睛的视网膜响应三种类型的刺激产生。 在实验之后，CIE建立了一组假设的原色XYZ，它们与眼睛视网膜的行为方式相对应。

CIE定义了原色，使得所有可见光映射成X，Y和Z的正混合，并且Y大致与颜色的表观亮度相关。 通常，用于描述颜色的X，Y和Z组分的混合物表示为0％至100％的百分比，在一些情况下，仅略高于100％。

基于XYZ空间的其他与设备无关的颜色空间主要用于将颜色的某些特定方面或某些感知色差与XYZ值相关联。

2.4.2 Yxy空间

Yxy空间用x和y色度坐标表示XYZ值，有点类似于HSV空间的色调和饱和度坐标。 坐标显示在以下公式中，用于将XYZ转换为Yxy：

Y = Y  
x = X /（X + Y + Z）
y = Y /（X + Y + Z）

请注意，Z三刺激值会合并到新坐标中，并且不会单独出现。 由于Y仍然与颜色的亮度相关，因此颜色的其他方面可以在色度坐标x和y中找到。 这允许Yxy空间中的颜色变化被绘制在二维图上。

2.4.3 L*u*v* 空间和 L*a*b* 空间

使用XYZ和Yxy颜色空间表示颜色的一个问题是它们在感知上是非线性的：根据它们在XYZ或Yxy空间中的相对位置，不可能准确地评估颜色的感知接近度。 在Yxy空间中靠近在一起的颜色可能看起来与观察者非常不同，并且看起来与观察者非常相似的颜色可能在Yxy空间中被广泛分离。

L * u * v * 空间和L * a * b *空间是XYZ三刺激空间的非线性变换。 这些空间被设计成在几何距离和在相同参考光源下看到的颜色之间的感知距离之间具有更均匀的对应关系。

L * u * v * 空间和L * a * b *空间都表示相对于参考白点的颜色，该参考白点是被认为是白光的特定定义，以XYZ空间表示，并且通常基于白色可以由给定设备生成的光。

注意：因为L * u * v * 空间和L * a * b *空间表示相对于白光的特定定义的颜色，所以它们不是完全与设备无关的;两个数值相等的颜色只有相对于相同的白点进行测量才真正相同。

测量与白点相关的颜色允许在各种照明下进行颜色测量。

使用L * u * v * 空间和L * a * b * 空间的主要好处是，如果颜色差异很小，任何两种颜色之间的感知差异与颜色值之间的颜色空间中的几何距离成比例。在必须量化颜色接近度的应用中，例如在比色法，宝石评估或染料匹配中，使用L * u * v * 空间或L * a * b *空间是常见的。

2.5 索引颜色空间 Indexed Color Spaces

在仅使用有限数量的颜色的情况下，直接指定颜色可能不切实际或不可能。如果您的位图每像素只有几位（例如1,2,4或8），则每个像素太小而不能包含完整的颜色规范;必须将其颜色指定为颜色值列表或表的索引。如果在绘图中使用印刷专色或笔颜色，则可以更简单，更精确地将每种颜色指定为颜色列表的索引而不是实际颜色值。此外，如果要限制用户使用一组特定颜色进行绘制，可以将颜色放在列表中并按索引指定。

索引空间是使用间接指定的颜色绘制时使用的颜色空间。索引颜色值（索引颜色空间中的颜色规范）由引用颜色列表中的颜色的索引值组成。

2.6 命名颜色空间

在命名的颜色空间中，每种颜色都有一个名称; 通常对颜色进行排序，使得每个颜色与颜色空间中的邻居具有相等的感知距离。 命名颜色空间提供相对较少数量的离散颜色。

使用命名颜色空间的颜色系统已存在多年。 使用命名颜色系统的图形艺术家和设计师可以通过查看颜色芯片或样本来“看到”真实颜色。 印刷厂可以准确地再现指定的颜色。

命名颜色系统对专色有用，但它们有几个缺点：

• 它们对于需要连续颜色范围的图像无用。
• 它们高度依赖设备和专有。
• 颜色与中等特定配方相关联。
• 使用这些系统的应用程序需要为每个支持的打印机提供特定于设备的数据库，这使得添加其他设备变得困难。

2.7 颜色分量值，颜色值和颜色 Color-Component Values, Color Values, and Color

这里描述的每个颜色空间需要特定格式的一个或多个数值来指定颜色。

颜色空间中的每个维度或组件都具有颜色分量值。 无符号的16位颜色分量值可以在0到65,535（0xFFFF）之间变化，尽管对于不同的颜色空间，该范围的数值解释是不同的。 在大多数情况下，颜色分量强度在数值上被解释为在0和1.0之间变化。 Lab颜色空间的a *和b *通道发生异常，其中0到65,535之间的值在数值上被解释为从-128.0变化到大约128.0。

根据颜色空间，将一个，两个，三个或四个颜色分量值组合在一起以形成颜色值。 对于HiFi颜色，最多八个颜色分量值组合在一起形成一种颜色。 颜色值是一种结构; 它是给定颜色空间中颜色的完整规范。

3 色彩管理系统 Color Management Systems

色彩管理是确保外围设备和操作系统平台之间色彩一致的过程。计算机和出版业的成员开发了色彩管理系统（CMS），以将颜色从一个设备的颜色空间转换为另一个设备的颜色空间。色彩管理系统使用户能够执行色彩匹配，预先查看哪些颜色无法在特定设备上准确再现，模拟一个设备在另一个设备上的颜色范围，以及使用设备配置文件校准外围设备和校准应用程序。

色彩管理系统包括：

• 收集颜色特征。这些集合具有各种名称，例如颜色标签，精确变换或配置文件。
• 色彩管理模块（CMM）。这是一种数学引擎，它执行颜色特征集合之间的颜色匹配和转换。
• 用于调用颜色匹配的系统组件。 ColorSync是Apple实施的ICC规范，提供图像，文档和设备的系统级颜色管理。

3.1 颜色匹配问题

将图像输出到特定设备时，设备仅显示其色域内的那些颜色。同样，当通过扫描创建图像时，原始图像中的所有颜色都会缩减为扫描仪色域内的颜色。具有不同色域的设备无法准确地再现彼此的颜色，但仔细移动一个设备上使用的颜色可以改善图像在另一个设备上显示时的视觉匹配。

在两个设备上显示相同的图像，并且视觉不匹配最小。该问题的解决方案是使用两个设备和一个或多个颜色管理模块的配置文件来匹配图像的颜色。Profile 配置文件是一种结构，它提供了一种在特定状态下定义给定设备的颜色特征的方法。

Color conversion 颜色转换是将颜色从一个颜色空间转换为另一个颜色空间的过程。Color matching 需要颜色转换的颜色匹配是从目标色域中选择最接近源图像的颜色的颜色的过程。颜色匹配总是涉及颜色转换，而颜色转换可能不需要颜色匹配。

3.2 配置文件Profiles

跨不同颜色空间的颜色匹配或颜色转换需要使用所涉及的每个设备的配置文件。配置文件提供了解特定设备如何再现颜色所需的信息。配置文件可能包含最轻和最暗可能的音调（称为白点和黑点），特定“目标”与实际捕获的内容之间的差异，以及红色，绿色，蓝色，青色，洋红色的最大密度，和黄色。这些测量值一起代表描述特定色域的数据。

配置文件是包含数据的文档，这些数据描述了如何将颜色从设备颜色空间转换为中间颜色空间。此文件格式允许描述各种设备，并定期更新。如果需要，您可以扩展数据格式以适合您的软件目的。

配置文件可以包含不同类型的信息。例如，扫描仪配置文件和打印机配置文件具有不同的最低要求标签和元素数据集。它们还可以包含可选和私有标记元素，这些元素可以包含特定颜色管理模块使用的自定义信息。但是，所有配置文件至少都有一个标题，后跟一个必需的元素标记表。例如，所需标签可以表示查找表。各种配置文件类的必需标签在国际色彩联盟配置文件格式规范中描述。

3.2.1 来源和目标配置文件

与图像关联并描述创建图像的设备的特征的配置文件称为源配置文件。显示图像需要使用与输出设备相关联的另一个配置文件，例如显示器。该设备的配置文件称为目标配置文件。如果图像指定用于显示，则颜色匹配需要使用显示器的配置文件（目标配置文件）以及图像源配置文件以使图像颜色与显示色域匹配。如果打印图像，颜色匹配必须使用打印机配置文件将图像颜色与打印机匹配，包括生成黑色并在适当的情况下删除过多的颜色密度（称为底色去除或UCR）。

3.2.2 配置连接空间

profile connection space 配置文件连接空间（PCS）是与设备无关的颜色空间，用作从一个依赖于设备的颜色空间转换为另一个颜色空间时的中间设备。配置文件连接空间通常基于从CIE颜色空间派生的空间。 ColorSync支持其中两个空间，XYZ和L * a * b。

3.2.3 配置文件类

有各种类别或类别的配置文件，每个类别在颜色匹配过程中起作用。他们包括：

• 设备配置文件
• 色彩空间配置文件
• 抽象配置文件
• 设备链接配置文件
• 命名颜色空间配置文件

device profile设备配置文件表征特定设备：即，它描述特定状态下的物理设备的颜色空间的特征。例如，显示器可能具有单个配置文件，或者可能具有多个配置文件，基于伽玛值和白点的差异。打印机可能对其使用的每种纸张类型或墨水类型具有不同的配置文件，因为每种纸张类型和墨水类型构成不同的打印机状态。从广义上讲，有三种设备配置文件 - 输入，显示和输出。输入设备配置文件表征扫描仪和数码相机。显示设备配置文件表征显示器和LCD面板。输出设备配置文件表征打印机，印刷机和电影录像机。

color space profile 颜色空间配置文件包含在PCS和非设备颜色空间之间转换颜色值所需的数据（例如L * a * b到L * u * v或从L * u * v或XYZ到Yxy或从Yxy转换），用于颜色匹配。颜色空间配置文件为CMM在不同的非设备配置文件之间进行转换提供了便利的方法。

Abstract profiles 抽象配置文件允许应用程序执行特殊的颜色效果，而不依赖于渲染效果的设备。例如，应用程序可以选择实现在所有设备上增加黄色色调的抽象配置文件。抽象配置文件允许应用程序的用户对图像或图形对象进行主观颜色更改。

device link profile设备链接配置文件表示设备之间的单向链接或连接。它可以从一组多个配置文件创建，例如与创建和编辑图像相关联的各种设备配置文件。它不代表任何设备型号，也不能嵌入到图像中。

named color space profile 命名颜色空间配置文件包含命名颜色列表的数据。配置文件为列表中的每种颜色指定设备颜色值和相应的CIE值。

3.2.4 嵌入式配置文件

配置文件可以嵌入图像中。例如，配置文件可以嵌入JPEG，EPS，TIFF和PICT文件以及应用程序使用的专用文件格式中。嵌入的配置文件允许在彩色图像从一个设备传输到另一个设备时自动解释颜色信息。在图像中嵌入配置文件可确保图像可以在不同的系统上正确呈现。尽管配置文件可以是几百KB甚至更大，但典型的RGB配置文件大约为500字节。

3.3 色彩管理模块 Color Management Modules

颜色管理模块（CMM）使用配置文件将给定设备上给定颜色空间中的颜色转换或匹配到另一个颜色空间或设备，或者可能是与设备无关的颜色空间。当在具有不同色域的设备上显示与一个设备的色域一致的颜色时，CMM会尝试最小化两个设备之间显示的颜色的感知差异。 CMM通过将超出色域的颜色映射到目标设备可以生成的颜色范围来实现此目的。 CMM使用查找表和算法进行颜色匹配，预览，一个设备在另一个设备上的颜色再现功能，以及检查无法再现的颜色。

3.3.1 渲染意图

渲染意图是指当CMM将图像的颜色映射或转换为目标设备的色域时采用的方法 - 即，渲染意图指定色域匹配策略。 ICC规范为四个渲染意图中的每一个定义了一个简档标记：感知匹配，相对色度匹配，饱和度匹配和绝对色度匹配。

Perceptual matching 感知匹配通常用于摄影内容。一个色域的所有颜色都缩放以适应另一个色域。颜色保持其相对位置。对于逼真的图像（例如扫描的照片），感知匹配通常比比色匹配产生更好的结果。眼睛可以补偿色域差异，并且当在CMYK设备上打印时，图像可能看起来与RGB设备上的原始图像类似。副作用是可以改变原始空间的大多数颜色以适应新空间。

Relative colorimetric matching 相对色度匹配通常用于专色。落在两个设备的重叠色域内的颜色保持不变。例如，要将RGB色域中的图像与CMYK打印机色域匹配，只会改变RGB色域中落在打印机色域之外的颜色。允许两个图像中的某些颜色完全相同，这在颜色必须定量匹配时很有用。缺点是许多颜色可能映射到单一颜色，导致色调压缩。例如，打印机色域外的所有颜色都将转换为色域边缘的颜色，从而减少图像中的颜色数量并可能改变其外观。色域外的颜色通常在色域边缘转换为具有相同亮度但饱和度不同的颜色。最终图像可能比原始图像更亮或更暗，但空白区域将重合。

Saturation matching 饱和度匹配通常用于商业图形。保持颜色的相对饱和度，并且可以从色域到色域实现。目标空间色域之外的颜色通常转换为具有相同饱和度的源空间的颜色，但在色域的边缘具有不同的亮度。当显示的实际颜色不如其生动性重要时，对于某些图形图像（如条形图和饼图）非常有用。

Absolute colorimetric matching 绝对色度匹配最常用于校样。此类匹配保留源图像的本机设备白点，而不是映射到D50相对。绝对色度匹配最常用于模拟或校样操作，其中设备试图模拟另一设备和介质的行为。例如，在具有绝对色度意图的监视器上模拟新闻纸将允许白色空间在屏幕上显示为黄色背景，因为两个设备之间的白点不同。

3.4 ColorSync

ColorSync是Apple独立于平台的色彩管理系统，可为快速，一致，准确的色彩校准，校样和复制提供基本服务。在OS X中，ColorSync完全集成到操作系统中。在大多数情况下，颜色匹配发生在幕后，无需任何应用程序的任何工作。只要设备连接到计算机，OS X就会为设备注册至少一个配置文件。 ColorSync使用已注册的配置文件确保整个数字工作流程中的颜色匹配。

ColorSync Manager是OS X中颜色匹配服务的应用程序编程接口（API）。只有那些需要超出OS X提供的颜色匹配支持的开发人员才需要使用此API。使用ColorSync Manager API的一些典型原因包括：

• 您是硬件供应商，希望为扫描仪，相机或打印机注册配置文件。
• 您的应用程序支持色彩保真度至关重要的创意专业人士。您的应用可能需要支持软打样，印刷机材料准备或其他自定义颜色任务。

您可以通过阅读OS X上的技术说明TN2035 ColorSync on OS X，找到有关ColorSync在OS X中如何工作的详细信息，以及有关您的应用程序是否需要使用ColorSync Manager API的指导。