3.4 与设备无关的RGB颜色空间

RGB颜色空间这个词用得很多，也常引起人们的混淆。

前面提到过扫描仪和数码相机的颜色响应值均记为RGB，因此，称其响应颜色空间均为RGB空间。显示器的颜色控制值也记为RGB，也称为RGB颜色空间。但应明白，这里的RGB数值及所称的RGB空间，均是与设备相关的颜色空间。因此，在记法上其RGB前面也没有特指，不像与设备无关的sRGB颜色空间那样在RGB前面加了字母s。

除了与设备相关的RGB颜色空间，以及前面介绍的与设备无关的sRGB颜色空间以外，还有许多色光混合呈色的标准系统，对应形成了其他多种标准的、与设备无关的RGB颜色空间，如表3-3所示。为了完整性，表中同时列出了sRGB的情况。

虽然sRGB颜色空间得到了广泛应用，但其色彩空间相对狭窄，尤其是蓝色区域。近十年来影像设备飞速发展，它已经无法满足更高端的专业色彩需求了。因此，侧重不同的应用，产生了多种不同的标准RGB颜色空间。

这里先说明，表中针对每种RGB颜色空间，都给出了一系列表征其颜色体系的性能参数。正是这些参数的制约，或者说是其独特的光色特性，才构成了它们各自的唯一性和标准含义所在。下面对各参数的意义给予说明。

3.4.1 光色特性

表3-3中的行信息首先给出的是白场（显示器三个光通道最大发光对应的最亮白）色光混合体系的红、绿、蓝三原色光的色品特性。其中，x、y为色品坐标，Y为亮度因数。红、绿、蓝三个通道的Y之和为1，即对三个原色最大亮度混合时的总亮度进行了归一。

根据色度学理论，由xyY值可由下式得到对应的CIEXYZ三刺激值：

此外，三个光通道最大光强混合决定的白场三刺激值XWYWZW可表示为：

式中XRYRZR、XGYGZG、XBYBZB分别对应红、绿、蓝光通道各自最大光强色光的三刺激值。

由此，对亮度进行归一，可得到表3-3中各标准RGB色空间三原色混合色的白场三刺激值XWYWZW。以WideGamut RGB色空间为例，结果如表3-4所示。

这说明，具有该色品特征的红、绿、蓝三原色，当调整到表3-3中给出Y值的相对亮度时，所混合出的颜色为标准照明体D50的白。这就是表3-3中“参考白”一行中所列照明体的含义。

此外，在各个原色发光小于设定的最大发光亮度时，如前所述，可用发光亮度与其最大发光亮度的比值表示实际的发光强度，称为亮度比例因子。红、绿、蓝色光的情况分别记为r、g、b。

对于代表通用CRT显示器光色的sRGB，上面式（3-4）表明，r、g、b分别与其对应的数字控制值R、G、B呈指数为2.4的指数关系，并称这个指数为γ值。表3-3中“γ值”一行的数值便是这个含义。表中给出了各个标准RGB颜色空间的具体γ值，为2.2或1.8。

需要说明的是，对于sRGB的情况，r、g、b与其对应数字控制值R、G、B间的关系是由（3-3）式和（3-4）式分段决定的，（3-3）式阶段是简单的线性关系，（3-4）式阶段则为指数关系；而且，（3-4）式中有一些常数项，使得r、g、b与R、G、B间并不是简单的γ指数关系。通过计算比较发现，（3-3）式和（3-4）式共同决定的r、g、b与R、G、B间的关系与简单的γ为2.2的指数关系非常接近，因此，称其γ值近似为2.2。

在RGB表示的加色混合呈色系统中，红、绿、蓝三原色的色品特性、各自最大发光亮度匹配的白场色度，以及输出亮度受数字控制值的控制关系，成为决定该RGB呈色系统呈色特性的决定因素。

3.4.2 色域比较

表3-3给出了各标准RGB颜色空间的光色特性，明确了三原色、呈色规律，即形成了它可以表现的所有颜色，称为色域。

那么，这样所形成的颜色究竟有多少、具体又处于哪个颜色区域呢？由此，对其色域特性的分析便成为一项有意义的工作。

利用这些标准RGB色空间的颜色特性关系，经一定的方法，得到的各标准RGB色空间在CIEL*a*b*空间中的色域图如图3-12中（a）～（g）所示（黄色网格），每个标准RGB色域图中都同时绘出了sRGB色空间的色域（蓝色网格），以方便比较。

从各图中可以大略比较出各个标准RGB色空间的色域大小，即所能呈现的颜色多少，以及所覆盖颜色的区域位置。

粗略来看，WideGamut RGB的色域相对最大，而ColorMatch RGB 、Apple RGB、sRGB，以及PAL/SECAM RGB的色域相对最小，且比较接近。此外也看到，色域大小关系中，即便是相差较大时，也并不一定是完全覆盖，总有一些相互不及的颜色存在。

为精确描述色域的大小，可以计算这个三维区域的体积，称为色域的体积。这便是表3-3中“色域体积”一行各数据的含义。从数据看出，WideGamut RGB的相对最大，Apple RGB的相对最小。这也许是“广色域RGB-WideGamut RGB”名称的由来。

这些标准RGB空间的特点和比较如下。

WideGamut RGB（宽色域RGB）色空间是由波长分别为700nm、525nm和450nm的三个单色红、绿、蓝光作为加色三原色而形成的一个色空间，使用D50白点。它较Adobe RGB和sRGB等其他色空间，记录了更宽泛的视觉颜色，占CIELAB视觉色空间的77.6%，而Adobe RGB和sRGB分别只占50.6%和35.0%，从图3-12（a）中与sRGB色空间的比较也可看出，其表现的颜色远多于sRGB。

CIE RGB色空间则是我们非常熟悉的CIE1931-RGB色空间，由波长分别为700nm、546.1nm和435.8nm的三个单色红、绿、蓝光作为加色三原色而形成的色空间，使用E光源为白点。它较WideGamut RGB表现的颜色范围稍小些。

Adobe RGB 1998是Adobe System公司于1998年提出的实用性RGB空间，专门为Photoshop所制定，在Photoshop 5.0以前的版本中称为SMPTE-240M。其三原色不属于单波长的光谱色，这一点从表3-3中三原色的色品坐标也能表现出来，因而，较WideGamutRGB和CIERGB色域要小。但从图3-12（c）中可以看出，它已经包含了所有的sRGB颜色。这个较大的颜色范围，能够适应印刷及高级CMYK彩色设备输出的需要。例如，图3-13所示给出了Adobe色域与JapanColorCoated胶印印刷输出色域的比较。从中看到，Adobe色域几乎包含了所有这一日本标准的胶印印刷色。相比之下，sRGB却做不到这点，如图3-14所示，许多印刷色超出了sRGB的色域。

ColorMatch RGB也是一种颜色业界中保证颜色质量的一个知名空间。其色域比Adobe RGB色域要小，但比sRGB和Apple RGB的稍大些。该色空间较sRGB包含的CMYK打印输出色更多，因此常用于CMYK打印输出前的工作空间。

Apple RGB可能是苹果公司开发的最早基于老式的Apple Trinitron彩色显示器RGB色空间，其色域与sRGB类似。目前，对于不使用老式Apple显示器的人来说，不建议使用这个色彩空间。

NTSC RGB和PAL/SECAL RGB为两个电视系统采用的RGB色空间。NTSC RGB由美国国家电视标准委员会制定。NTSC是National Television Standards Committee的缩写，其标准主要应用于日本、美国，加拿大、墨西哥、韩国以及中国台湾。PAL/SECAL RGB是原联邦德国在1962年制定的彩色电视广播标准，被原联邦德国、英国等一些西欧国家及其他一些国家所使用。在颜色表现方面，从图3-12（f）看到，NTSC RGB的色域在绿色调区域明显大于sRGB色域，而在暗调的红色区域则不及后者，但从图3-12（g）看到，PAL/SECAL RGB却几乎与sRGB相同。

最后需要说明的是，这些标准的RGB色空间是在一定条件下提炼出来的，不是随便哪个设备就可以实现的。比如，一个显示器件，当它的物理发光性能能够满足sRGB标准的发光特性时，它的RGB控制值可以控制显示出sRGB决定的CIEXYZ色度的光色。但不管你给它怎样的RGB数值，它都可能没有能力呈现出Adobe RGB决定的所有颜色。所以，上述标准RGB色空间色的真实实现，需依赖于具有相应能力的物理器件。

思考题

1．何为设备颜色语言？不同类型设备的颜色语言是如何形成的？

2．设备颜色值中的RGB和CMYK通常怎样取值？

3．何为与设备相关的颜色空间，何为与设备无关的颜色空间？

4．为什么输出设备有CMYK和RGB类型之分？它们在颜色控制方式上有何区别，如何实现？

5．何为设备的色域？常在什么色空间中表现？

6．如何理解标准RGB色空间的标准含义？

7．标准RGB色空间在颜色表现方面有怎样的特点和差异？