13、色彩视觉与成像技术解析

色彩视觉与成像技术解析

1. 色彩视觉基础

人类的色彩视觉可视为基于参数的采样过程。它并非直接测量光谱辐射通量，而是关注光谱分布的属性，如总辐射通量（强度）、平均波长（颜色）和光谱分布宽度（颜色饱和度）。若光谱分布宽度窄，颜色纯度高、饱和度高；若光谱分布宽，颜色饱和度低；若光谱分布平坦，则感觉不到颜色。

人类眼睛的视网膜中有三种类型的视锥细胞，它们分别含有不同的光敏色素，具有不同的光谱敏感性，最大敏感度分别在445nm、535nm和575nm处。这三种传感器通道的间隔不均等，且不能简单地线性关联，使得人类眼睛的颜色敏感度不均匀，涉及的非线性因素让色彩视觉科学变得复杂。

2. 三维色彩空间

使用三个颜色传感器时，颜色信号覆盖三维空间，该空间中的每个点代表一种颜色。许多光谱分布（同色异谱色刺激）会映射到这个空间的一个点上。一般来说，具有光谱响应率 (R_i(\lambda)) 的传感器接收到的信号 (s_i) 可表示为：
[s_i = \int R_i(\lambda)\Phi(\lambda) d\lambda]
使用三个原色传感器时，会接收到一组三元值，通常称为三刺激值，用三维向量 (s = [s_1, s_2, s_3]^T) 表示。

3. 原色

颜色测量学中的一个重要问题是如何将颜色表示为一些基本或原色的线性组合。一组三个线性独立的光谱分布 (\Phi_j(\lambda)) 代表一组原色，其响应数组可以用矩阵 (P) 描述：
[P_{ij} = \int R_i(\lambda)\Phi_j(\lambda) d\lambda]
每个向量 (p_j = [p_{1j}