Lab色彩空間

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L*a*b* 色彩空間,只展示可充入sRGB色域的顏色(因此可以顯示在典型的計算機顯示器上)。每個正方形的每個軸取值於 -128到128。

Lab色彩空間是顏色-對立空間,帶有維度L表示亮度,ab表示顏色對立維度,基於了非線性壓縮的CIE XYZ色彩空間坐標。

Hunter 1948 L, a, b色彩空間的坐標是L, a和b。[1][2]但是,Lab經常用做CIE 1976 (L*, a*, b*)色彩空間的非正式縮寫(也叫做CIELAB,它的坐標實際上是L*, a*和b*)。所以首字母Lab自身是有歧義的。這兩個色彩空間在用途上有關聯,但在實現上不同。

兩個空間都得出自「主」空間CIE 1931 XYZ色彩空間,它可以預測哪些光譜功率分布會被感知為相同的顏色(參見異譜同色metamerism),但是它不是顯著感知均勻的。兩個「Lab」色彩空間都受到了孟塞爾顏色系統的強烈影響,意圖都是建立可以用簡單公式從XYZ計算出來,但比XYZ在感知上更線性的色彩空間[3]。感知上線性意味著在色彩空間上相同數量的變化應當產生大約相同視覺重要性的變化。在用有限精度值來存儲顏色的時候,這可以增進色調的再生。兩個Lab空間都相對於它們從而轉換的XYZ數據的白點。Lab值不定義絕對色彩,除非還規定了這個白點。實際上白點經常被假定服從某個標準而不明確規定(比如ICC L*a*b* 值是相對於CIE標準光源D50)。[4]

CIELAB使用立方根計算,而Hunter Lab使用平方根計算。[5]。除非數據必須與現存的Hunter L,a,b值相比較,對新應用推薦使用CIELAB。[5]

Lab的好處[編輯]

不像RGBCMYK色彩空間,Lab顏色被設計來接近人類視覺。它致力於感知均勻性,它的L分量密切匹配人類亮度感知。因此可以被用來通過修改a和b分量的輸出色階來做精確的顏色平衡,或使用L分量來調整亮度對比。這些變換在RGB或CMYK中是困難或不可能的,它們建模物理設備的輸出,而不是人類視覺感知。

因為Lab空間比計算機顯示器、印表機甚至比人類視覺的色域都要大,表示為Lab的點陣圖比RGB或CMYK點陣圖獲得同樣的精度要求更多的每像素數據。在1990年代,這時的計算機硬體和軟體通常受限於存儲和操縱8位/通道的點陣圖,從RGB圖象到Lab之間的來迴轉換是有損耗的操作。對於現在常見的16位/通道支持,這就不是問題了。

此外,Lab空間內的很多「顏色」超出了人類視覺的視域,因此純粹是假想的;這些「顏色」不能在物理世界中再生。通過顏色管理軟體,比如內置於圖象編輯應用程序中的那些軟體,可以選擇最接近的色域內近似,在處理中變更亮度、彩度有時還有色相,Dan Margulis聲稱有權在圖象操作的多個步驟之間使用假想色是很有用的。[6]

誰用「Lab」?[編輯]

在軟體和文獻中對這個縮寫的明確使用。

  • Adobe Photoshop中,圖象編輯使用的「Lab模式」是CIELAB D50。[6]
  • ICC Profile中,「Lab色彩空間」用做profile連接空間的是CIELAB D50。[4]
  • TIFF文件中,可以使用CIELAB色彩空間。[7]
  • PDF文檔中,「Lab色彩空間」是CIELAB。

CIE 1976 (L*, a*, b*)色彩空間 (CIELAB)[編輯]

CIE L*a*b*(CIELAB)是慣常用來描述人眼可見的所有顏色的最完備的色彩模型。它是為這個特殊目的而由國際照明委員會(Commission Internationale d'Eclairage的首字母是CIE)提出的。L、a和b後面的星號(*)是全名的一部分,因為它們表示L*, a* 和b*,不同於L, a和b。因為紅/綠和黃/藍對立通道被計算為(假定的)錐狀細胞響應的類似孟塞爾值的變換的差異,CIELAB是Adams色彩值(Chromatic Value)空間。

三個基本坐標表示顏色的亮度(L*, L* = 0生成黑色而L* = 100指示白色),它在紅色/品紅色和綠色之間的位置(a*負值指示綠色而正值指示品紅)和它在黃色和藍色之間的位置(b*負值指示藍色而正值指示黃色)。

已經建立的L*a*b* 色彩模型來充當用做參照的設備無關的模型。要認識到永遠不能精確的在視覺上表示這個模型中顏色的完全色域是至關重要的。它們只是用來幫助理解概念而天生就不精確的。

因為L*a*b* 模型是三維模型,它只能在三維空間中完全表現出來。[8]

「L*a*b*」模型也被表達為「L*C*h(a*, b*)」,它把a* 和b* 變換為輻射表示。[9]

測量差別[編輯]

CIE 1976 L*a*b* 直接基於了CIE 1931 XYZ色彩空間,它嘗試使用MacAdam橢圓所描述的顏色差異度量建立線性化的顏色差異的感知。L*, a* 和b* 的非線性關係意圖模仿人眼睛的非線性響應。色彩信息參照於這個系統的帶有下標n的白點的顏色。[10]

在L*a*b* 模型中均勻改變對應於在感知顏色中的均勻改變。所以在L*a*b* 中任何兩個顏色的相對感知差別,可以通過把每個顏色處理為(有三個分量:L*, a*, b* 的)三維空間中一個點來近似,並計算在它們之間的歐幾里得距離[10]在L*a*b* 空間中的這個歐幾里得距離是ΔE(經常叫做「Delta E」,更精確的是ΔE*ab)。

使用L*a*b* 中的兩個顏色({L_1}^*,\ {a_1}^*,\ {b_1}^*)({L_2}^*,\ {a_2}^*,\ {b_2}^*):

\Delta {E^*}_{ab} = \sqrt{ ({L_2}^*-{L_1}^*)^2+({a_2}^*-{a_1}^*)^2 + ({b_2}^*-{b_1}^*)^2 }\,

一個有關的色彩空間,CIE 1976 (L*, u*, v*)色彩空間,遵從和L*a*b* 同樣的原理但有不同的u* 和v* 分量表示(保持相同的L*)。

RGB和CMYK轉換[編輯]

RGBCMYK值與L*a*b* 之間沒有轉換的簡單公式,因為RGB和CMYK色彩空間是設備依賴的。RGB或CMYK值首先必須被變換到特定絕對色彩空間中,比如sRGBAdobe RGB。這種調整將是設備依賴的,但是變換的結果數據是設備無關的,允許把數據變換成CIE 1931色彩空間並接著變換成L*a*b*。

XYZ與CIE L*a*b*(CIELAB)的轉換[編輯]

正向變換[編輯]

L^* = 116\,f(Y/Y_n) - 16
a^* = 500\,[f(X/X_n) - f(Y/Y_n)]
b^* = 200\,[f(Y/Y_n) - f(Z/Z_n)]

這裡的

f(t) = t^{1/3}\,對於 t >(6/29)^3\,否則
f(t) = \frac{1}{3} \left( \frac{29}{6} \right)^2 t + 16/116

這裡的X_n \,, Y_n \,Z_n \,是參照白點的CIE XYZ三色刺激值。(下標n暗示了「normalized」)。

f(t) \,函數被分成兩個定義域是為了防止在t=0 \,處的無限斜率。在某個t=t_0 \,之下f(t) \,被假定是線性的,並被假定匹配函數的t^{1/3} \,部分在t_0 \,的值和斜率。換句話說:

t_0^{1/3}\, =\, a t_0 + b\, (匹配值)
1/(3t_0^{2/3})\, =\, a\, (匹配斜率)

b的值被選擇為16/116。上面兩個方程對at_0有解:

a\, =\, 1/(3\delta^2)\, = 7.787037\cdots
t_0\, =\, \delta^3\, = 0.008856\cdots

這裡的\delta=6/29 \,。注意16/116=2\delta/3 \,

反向變換[編輯]

反向變換如下(\delta=6/29 \,如上):

  1. 定義f_y\ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\  (L^*+16)/116
  2. 定義f_x\ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\  f_y+a^*/500
  3. 定義f_z\ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\  f_y-b^*/200
  4. 如果f_y > \delta\,Y=Y_nf_y^3\,  否則Y=(f_y-16/116)3\delta^2Y_n\,
  5. 如果f_x > \delta\,X=X_nf_x^3\,  否則 X=(f_x-16/116)3\delta^2X_n\,
  6. 如果f_z > \delta\,Z=Z_nf_z^3\,  否則 Z=(f_z-16/116)3\delta^2Z_n\,

參考文獻[編輯]

  1. ^ Richard S Hunter, abstract, Journal of the Optical Society of America, 38:661 (1948).
  2. ^ Richard S Hunter, abstract, Journal of the Optical Society of America, 38:1094 (1948).
  3. ^ handprint.com explanation of this history: http://www.handprint.com/HP/WCL/color7.html#CIELUV
  4. ^ 4.0 4.1 International Color Consortium, Specification ICC.1:2004-10 (Profile version 4.2.0.0) Image technology colour management—Architecture, profile format, and data structure, (2006).
  5. ^ 5.0 5.1 Hunter L,a,b Versus CIE 1976 L*a*b* (PDF)
  6. ^ 6.0 6.1 Dan Margulis. Photoshop Lab Color: The Canyon Conundrum and Other Adventures in the Most Powerful Colorspace, ISBN 0-321-35678-0. 
  7. ^ TIFF: Revision 6.0. Adobe Developers Association, 1992
  8. ^ See here for 3D representations of the L*a*b* gamut.
  9. ^ See [1] for information on L*C*h and conversion formulas.
  10. ^ 10.0 10.1 "Anil K. Jain". "Fundamentals of Digital Image Processing". New Jersey, United States of America: Prentince-Hall Inc. 1989: p. 68, 71, 73. ISBN 0-13-336165-9. 

外部連結[編輯]