3.4 與設備無關的RGB顏色空間

RGB顏色空間這個詞用得很多，也常引起人們的混淆。

前面提到過掃描儀和數碼相機的顏色響應值均記為RGB，因此，稱其響應顏色空間均為RGB空間。顯示器的顏色控制值也記為RGB，也稱為RGB顏色空間。但應明白，這里的RGB數值及所稱的RGB空間，均是與設備相關的顏色空間。因此，在記法上其RGB前面也沒有特指，不像與設備無關的sRGB顏色空間那樣在RGB前面加了字母s。

除了與設備相關的RGB顏色空間，以及前面介紹的與設備無關的sRGB顏色空間以外，還有許多色光混合呈色的標準系統，對應形成了其他多種標準的、與設備無關的RGB顏色空間，如表3-3所示。為了完整性，表中同時列出了sRGB的情況。

雖然sRGB顏色空間得到了廣泛應用，但其色彩空間相對狹窄，尤其是藍色區域。近十年來影像設備飛速發展，它已經無法滿足更高端的專業色彩需求了。因此，側重不同的應用，產生了多種不同的標準RGB顏色空間。

這里先說明，表中針對每種RGB顏色空間，都給出了一系列表征其顏色體系的性能參數。正是這些參數的制約，或者說是其獨特的光色特性，才構成了它們各自的唯一性和標準含義所在。下面對各參數的意義給予說明。

3.4.1 光色特性

表3-3中的行信息首先給出的是白場（顯示器三個光通道最大發光對應的最亮白）色光混合體系的紅、綠、藍三原色光的色品特性。其中，x、y為色品坐標，Y為亮度因數。紅、綠、藍三個通道的Y之和為1，即對三個原色最大亮度混合時的總亮度進行了歸一。

根據色度學理論，由xyY值可由下式得到對應的CIEXYZ三刺激值：

此外，三個光通道最大光強混合決定的白場三刺激值XWYWZW可表示為：

式中XRYRZR、XGYGZG、XBYBZB分別對應紅、綠、藍光通道各自最大光強色光的三刺激值。

由此，對亮度進行歸一，可得到表3-3中各標準RGB色空間三原色混合色的白場三刺激值XWYWZW。以WideGamut RGB色空間為例，結果如表3-4所示。

這說明，具有該色品特征的紅、綠、藍三原色，當調整到表3-3中給出Y值的相對亮度時，所混合出的顏色為標準照明體D50的白。這就是表3-3中“參考白”一行中所列照明體的含義。

此外，在各個原色發光小于設定的最大發光亮度時，如前所述，可用發光亮度與其最大發光亮度的比值表示實際的發光強度，稱為亮度比例因子。紅、綠、藍色光的情況分別記為r、g、b。

對于代表通用CRT顯示器光色的sRGB，上面式（3-4）表明，r、g、b分別與其對應的數字控制值R、G、B呈指數為2.4的指數關系，并稱這個指數為γ值。表3-3中“γ值”一行的數值便是這個含義。表中給出了各個標準RGB顏色空間的具體γ值，為2.2或1.8。

需要說明的是，對于sRGB的情況，r、g、b與其對應數字控制值R、G、B間的關系是由（3-3）式和（3-4）式分段決定的，（3-3）式階段是簡單的線性關系，（3-4）式階段則為指數關系；而且，（3-4）式中有一些常數項，使得r、g、b與R、G、B間并不是簡單的γ指數關系。通過計算比較發現，（3-3）式和（3-4）式共同決定的r、g、b與R、G、B間的關系與簡單的γ為2.2的指數關系非常接近，因此，稱其γ值近似為2.2。

在RGB表示的加色混合呈色系統中，紅、綠、藍三原色的色品特性、各自最大發光亮度匹配的白場色度，以及輸出亮度受數字控制值的控制關系，成為決定該RGB呈色系統呈色特性的決定因素。

3.4.2 色域比較

表3-3給出了各標準RGB顏色空間的光色特性，明確了三原色、呈色規律，即形成了它可以表現的所有顏色，稱為色域。

那么，這樣所形成的顏色究竟有多少、具體又處于哪個顏色區域呢？由此，對其色域特性的分析便成為一項有意義的工作。

利用這些標準RGB色空間的顏色特性關系，經一定的方法，得到的各標準RGB色空間在CIEL*a*b*空間中的色域圖如圖3-12中（a）～（g）所示（黃色網格），每個標準RGB色域圖中都同時繪出了sRGB色空間的色域（藍色網格），以方便比較。

從各圖中可以大略比較出各個標準RGB色空間的色域大小，即所能呈現的顏色多少，以及所覆蓋顏色的區域位置。

粗略來看，WideGamut RGB的色域相對最大，而ColorMatch RGB 、Apple RGB、sRGB，以及PAL/SECAM RGB的色域相對最小，且比較接近。此外也看到，色域大小關系中，即便是相差較大時，也并不一定是完全覆蓋，總有一些相互不及的顏色存在。

為精確描述色域的大小，可以計算這個三維區域的體積，稱為色域的體積。這便是表3-3中“色域體積”一行各數據的含義。從數據看出，WideGamut RGB的相對最大，Apple RGB的相對最小。這也許是“廣色域RGB-WideGamut RGB”名稱的由來。

這些標準RGB空間的特點和比較如下。

WideGamut RGB（寬色域RGB）色空間是由波長分別為700nm、525nm和450nm的三個單色紅、綠、藍光作為加色三原色而形成的一個色空間，使用D50白點。它較Adobe RGB和sRGB等其他色空間，記錄了更寬泛的視覺顏色，占CIELAB視覺色空間的77.6%，而Adobe RGB和sRGB分別只占50.6%和35.0%，從圖3-12（a）中與sRGB色空間的比較也可看出，其表現的顏色遠多于sRGB。

CIE RGB色空間則是我們非常熟悉的CIE1931-RGB色空間，由波長分別為700nm、546.1nm和435.8nm的三個單色紅、綠、藍光作為加色三原色而形成的色空間，使用E光源為白點。它較WideGamut RGB表現的顏色范圍稍小些。

Adobe RGB 1998是Adobe System公司于1998年提出的實用性RGB空間，專門為Photoshop所制定，在Photoshop 5.0以前的版本中稱為SMPTE-240M。其三原色不屬于單波長的光譜色，這一點從表3-3中三原色的色品坐標也能表現出來，因而，較WideGamutRGB和CIERGB色域要小。但從圖3-12（c）中可以看出，它已經包含了所有的sRGB顏色。這個較大的顏色范圍，能夠適應印刷及高級CMYK彩色設備輸出的需要。例如，圖3-13所示給出了Adobe色域與JapanColorCoated膠印印刷輸出色域的比較。從中看到，Adobe色域幾乎包含了所有這一日本標準的膠印印刷色。相比之下，sRGB卻做不到這點，如圖3-14所示，許多印刷色超出了sRGB的色域。

ColorMatch RGB也是一種顏色業界中保證顏色質量的一個知名空間。其色域比Adobe RGB色域要小，但比sRGB和Apple RGB的稍大些。該色空間較sRGB包含的CMYK打印輸出色更多，因此常用于CMYK打印輸出前的工作空間。

Apple RGB可能是蘋果公司開發的最早基于老式的Apple Trinitron彩色顯示器RGB色空間，其色域與sRGB類似。目前，對于不使用老式Apple顯示器的人來說，不建議使用這個色彩空間。

NTSC RGB和PAL/SECAL RGB為兩個電視系統采用的RGB色空間。NTSC RGB由美國國家電視標準委員會制定。NTSC是National Television Standards Committee的縮寫，其標準主要應用于日本、美國，加拿大、墨西哥、韓國以及中國臺灣。PAL/SECAL RGB是原聯邦德國在1962年制定的彩色電視廣播標準，被原聯邦德國、英國等一些西歐國家及其他一些國家所使用。在顏色表現方面，從圖3-12（f）看到，NTSC RGB的色域在綠色調區域明顯大于sRGB色域，而在暗調的紅色區域則不及后者，但從圖3-12（g）看到，PAL/SECAL RGB卻幾乎與sRGB相同。

最后需要說明的是，這些標準的RGB色空間是在一定條件下提煉出來的，不是隨便哪個設備就可以實現的。比如，一個顯示器件，當它的物理發光性能能夠滿足sRGB標準的發光特性時，它的RGB控制值可以控制顯示出sRGB決定的CIEXYZ色度的光色。但不管你給它怎樣的RGB數值，它都可能沒有能力呈現出Adobe RGB決定的所有顏色。所以，上述標準RGB色空間色的真實實現，需依賴于具有相應能力的物理器件。

思考題

1．何為設備顏色語言？不同類型設備的顏色語言是如何形成的？

2．設備顏色值中的RGB和CMYK通常怎樣取值？

3．何為與設備相關的顏色空間，何為與設備無關的顏色空間？

4．為什么輸出設備有CMYK和RGB類型之分？它們在顏色控制方式上有何區別，如何實現？

5．何為設備的色域？常在什么色空間中表現？

6．如何理解標準RGB色空間的標準含義？

7．標準RGB色空間在顏色表現方面有怎樣的特點和差異？