Цветовое пространство CIELAB - CIELAB color space

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) эта статья может быть слишком техническим для большинства читателей, чтобы понять. Пожалуйста помогите улучшить это к Сделайте это понятным для неспециалистов, не снимая технических деталей. (Ноябрь 2010 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) эта статья отсутствует информация об истории предмета. Разверните статью, чтобы включить эту информацию. Дополнительные сведения могут быть указаны на страница обсуждения. (Апрель 2012 г.) эта статья отсутствует информация об использовании предмета. Разверните статью, чтобы включить эту информацию. Дополнительные сведения могут быть указаны на страница обсуждения. (Декабрь 2019 г.) эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью от добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Цветовое пространство CIELAB"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Май 2019) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Цветовое пространство CIELAB, вид сверху

Цветовое пространство CIELAB, вид спереди

CIE 1976 (L*, а*, б*) цветовое пространство (CIELAB), показывающее только цвета, которые соответствуют sRGB гамма (и поэтому может отображаться на обычном экране компьютера). Каждая ось каждого квадрата находится в диапазоне от -128 до 127.

В Цветовое пространство CIELAB (также известен как CIE L * a * b * или иногда неофициально сокращенно «Лаборатория») является цветовое пространство определяется Международная комиссия по освещению (сокращенно CIE) в 1976 году. Цвет выражается тремя значениями: L * для светлоты от черного (0) до белого (100), а * от зеленого (-) до красного (+), и б * от синего (-) до желтого (+). CIELAB был спроектирован таким образом, чтобы одинаковое количество числовых изменений этих значений соответствовало примерно одинаковому количеству визуально воспринимаемых изменений.

Что касается данного белая точка, модель CIELAB не зависит от устройства - она ​​определяет цвета независимо от того, как они создаются или отображаются. Цветовое пространство CIELAB обычно используется, когда графика для печати должна быть преобразована из RGB в CMYK, поскольку гамма CIELAB включает в себя как гаммы из RGB и CMYK цветные модели.

Поскольку измеряются три параметра, само пространство является трехмерным. настоящий номер пространство, которое допускает бесконечно много возможных цветов. На практике пространство обычно отображается в трехмерное целочисленное пространство для цифрового представления, и, таким образом, L *, а *, и б * значения обычно являются абсолютными с заранее определенным диапазоном. Значение легкости, L *, представляет самый темный черный на L * = 0, а самый яркий белый при L * = 100. Цветовые каналы, а * и б *, представляют истинные нейтральные значения серого на а * = 0 и б * = 0. Значение а * ось представляет зелено-красный компонент, зеленый - в отрицательном направлении, а красный - в положительном. В б * ось представляет сине-желтый компонент, с синим в отрицательном направлении и желтым в положительном направлении. Масштабирование и пределы а * и б * оси будут зависеть от конкретной реализации, как описано ниже, но они часто работают в диапазоне от ± 100 или от -128 до +127 (8-битное целое число со знаком).

Цветовое пространство CIELAB было получено из предыдущего «основного» Цветовое пространство CIE 1931 XYZ, который предсказывает, какой спектральные распределения мощности будет восприниматься как один цвет (см. метамерия ), но не особо перцептивно однородный.^[1] Под сильным влиянием Цветовая система Манселла, намерение CIELAB состояло в том, чтобы создать пространство, которое можно вычислить с помощью простых формул из пространства CIEXYZ, но которое будет более однородным с точки зрения восприятия, чем CIEXYZ.^[2] При сохранении значений цвета с ограниченной точностью использование воспринимаемого однородного цветового пространства может улучшить воспроизведение тонов.

Цвета CIELAB определяются относительно белой точки пространства CIEXYZ, из которого они были преобразованы; таким образом, значения CIELAB не определяют абсолютные цвета, если также не указана белая точка. Часто на практике предполагается, что белая точка соответствует стандарту и явно не указывается (например, для «абсолютной колориметрии» намерение визуализации, то Международный консорциум цвета Л * а * б * значения относительно Стандартный осветительный прибор CIE D50, в то время как они относятся к ненапечатанной подложке для других целей визуализации).^[3]

Коррелят яркости в CIELAB вычисляется с использованием кубического корня из относительная яркость.

Преимущества

Пример улучшения цвета с использованием цветового режима LAB в Photoshop. Левая сторона фотографии улучшена, а правая - нормально.

в отличие от RGB и CMYK цветные модели, CIELAB предназначен для приближения человеческого зрения. Он стремится к единообразию восприятия, и его L компонент близко соответствует человеческому восприятию легкости (хотя он не принимает Эффект Гельмгольца – Кольрауша в учетную запись). Таким образом, его можно использовать для точной корректировки цветового баланса путем изменения вывода кривые в а * и б * компоненты или настроить контраст яркости с помощью L * составная часть. В пространствах RGB или CMYK, которые моделируют выходные данные физических устройств, а не визуальное восприятие человека, эти преобразования могут быть выполнены только с помощью соответствующих режимы наложения в приложении для редактирования.

Поскольку CIELAB пространство больше, чем гамма компьютерных дисплеев и принтеров, и поскольку визуальная ширина шага относительно безразлична к области цвета, растровое изображение, представленное в CIELAB, требует больше данных на пиксель для получения такой же точности, как растровое изображение RGB или CMYK. В 1990-х годах, когда компьютерное оборудование и программное обеспечение были ограничены хранением и обработкой в ​​основном 8-битных / канальных растровых изображений, преобразование изображения RGB в Lab и обратно было операцией с очень большими потерями. Поскольку 16 бит на канал и поддержка чисел с плавающей запятой стали обычным явлением, потери из-за квантования незначительны.

CIELAB не требует авторских прав и лицензий. Поскольку это полностью математически определено, модель CIELAB является общественным достоянием. Его можно свободно использовать и интегрировать во всех отношениях (как и систематические таблицы значений цвета CIELAB / HLC).

Большая часть координатного пространства CIELAB не может быть создана с помощью спектральных распределений. Следовательно, эти координаты выходят за рамки человеческого зрения и не являются действительно «цветами».

Где используется CIELAB

Некоторые системы и программные приложения, поддерживающие CIELAB, включают:

• CIELAB D50 доступен в Adobe Photoshop, где он называется «лабораторный режим».^[4][5]
• CIELAB доступен в Affinity Photo путем изменения формата цвета документа на «Лаборатория (16 бит)».
• CIELAB D50 доступен в Профили ICC как пространство для соединения профиля названный «Цветовое пространство лаборатории».^[3]
• CIELAB - это поддерживаемое цветовое пространство в TIFF файлы изображений.^[6]
• CIELAB доступен в PDF документы, где это называется «цветовым пространством лаборатории».^[7][8]
• CIELAB - это опция цифрового измерителя цвета на macOS описывается как «L * a * b *».
• CIELAB доступен в RawTherapee фоторедактор, где он называется «Цветовое пространство лаборатории».^[9]

Координаты CIELAB

Воспроизвести медиа

Воспроизвести медиа

В sRGB гамма (осталось) и видимой гамме при освещении D65 (правильно) нанесенный в цветовом пространстве CIELAB. а и б - горизонтальные оси; L - вертикальная ось.

Три координаты CIELAB представляют яркость цвета (L * = 0 дает черный цвет и L * = 100 означает диффузный белый цвет; зеркальный белый может быть выше), его положение между красным и зеленым (а *, где отрицательные значения указывают на зеленый цвет, а положительные значения - на красный) и его положение между желтым и синим (б *, где отрицательные значения указывают на синий цвет, а положительные значения - на желтый). Звездочки (*) после L, а и б произносятся звезда и являются частью полного имени, поскольку представляют L*, а* и б*, чтобы отличить их от Охотничьих L, а, и б, описано ниже.

Поскольку Л * а * б * Модель имеет три координаты, корректно ее представить можно только в трехмерном пространстве.^[10] Двумерные изображения включают диаграммы цветности: разделы цвет сплошной с фиксированной легкостью. Крайне важно понимать, что визуальные представления полного гамма цвета в этой модели никогда не бывают точными; они существуют только для того, чтобы помочь понять концепцию.

Поскольку красно-зеленый и желто-синий каналы противника вычисляются как разности преобразований яркости (предполагаемых) откликов конуса, CIELAB представляет собой хроматическая ценность цветовое пространство.

Родственное цветовое пространство, CIE 1976 (L*, ты*, v*) цветовое пространство (a.k.a. CIELUV ), сохраняет то же L * так как Л * а * б * но имеет другое представление компонентов цветности. CIELAB и CIELUV также могут быть выражены в цилиндрической форме (CIELCH^[11] и CIELCH_УФ соответственно) с заменой компонентов цветности на корреляты цветность и оттенок.

После работы над CIELAB и CIELUV, CIE включает в себя все большее количество цветовые явления в свои модели, чтобы лучше моделировать цветовое зрение. Эти цвет внешнего вида моделей, из которых CIELAB является простым примером,^[12] завершился CIECAM02.

Различия в восприятии

Нелинейные соотношения для L *, а *, и б * предназначены для имитации нелинейной реакции глаза. Кроме того, равномерная замена компонентов в Л * а * б * цветовое пространство стремится соответствовать однородным изменениям воспринимаемого цвета, поэтому относительные различия в восприятии между любыми двумя цветами в Л * а * б * можно аппроксимировать, рассматривая каждый цвет как точку в трехмерном пространстве (с тремя компонентами: L *, а *, б *) и взяв Евклидово расстояние между ними.^[13]

Преобразования RGB и CMYK

Нет формул для преобразования между RGB или CMYK ценности и Л * а * б *, поскольку цветовые модели RGB и CMYK зависят от устройства. Сначала необходимо преобразовать значения RGB или CMYK в определенные абсолютное цветовое пространство, такие как sRGB или Adobe RGB. Эта настройка будет зависеть от устройства, но результирующие данные преобразования не будут зависеть от устройства, что позволит преобразовать данные в Цветовое пространство CIE 1931 а затем преобразовался в Л * а * б *.

Диапазон координат

Как упоминалось ранее, L* диапазон координат от 0 до 100. Возможный диапазон а* и б* Координаты не зависят от цветового пространства, из которого выполняется преобразование, поскольку в приведенном ниже преобразовании используются X и Z, которые поступают из RGB.

Преобразование между координатами CIELAB и CIEXYZ

От CIEXYZ к CIELAB

${ displaystyle { begin {align} L ^ { star} & = 116 f ! left ({ frac {Y} {Y _ { mathrm {n}}}} right) -16 a ^ { star} & = 500 left (f ! left ({ frac {X} {X _ { mathrm {n}}}} right) -f ! left ({ frac {Y} {Y _ { mathrm {n}}}} right) right) b ^ { star} & = 200 left (f ! Left ({ frac {Y} {Y _ { mathrm {n }}}} right) -f ! left ({ frac {Z} {Z _ { mathrm {n}}}} right) right) end {align}}}$

где, будучи t = Y / Yn:

${ displaystyle { begin {align} f (t) & = { begin {cases} { sqrt [{3}] {t}} & { text {if}} t> delta ^ {3} { frac {t} {3 delta ^ {2}}} + { frac {4} {29}} & { text {иначе}} end {case}} delta & = { гидроразрыв {6} {29}} end {align}}}$

Вот, Икс_п, Y_п и Z_п являются CIE XYZ трехцветные значения эталона белая точка (индекс n означает «нормализованный»).

Под Осветитель D65 с нормализацией Y = 100, значения

${ displaystyle { begin {align} X _ { mathrm {n}} & = 95,0489, Y _ { mathrm {n}} & = 100, Z _ { mathrm {n}} & = 108,8840 end {выровнено}}}$

Значения для источника света D50 являются

${ displaystyle { begin {align} X _ { mathrm {n}} & = 96,4212, Y _ { mathrm {n}} & = 100, Z _ { mathrm {n}} & = 82,5188 end {выровнено}}}$

Разделение домена ж функция на две части была сделана, чтобы предотвратить бесконечный наклон на т = 0. Функция ж считалось линейным ниже некоторого т = т₀, и предполагалось, что оно соответствует т^1/3 часть функции на т₀ как по величине, так и по наклону. Другими словами:

${ displaystyle { begin {align} t_ {0} ^ {1/3} & = mt_ {0} + c & { text {(соответствие по значению)}} { frac {1} {3}} t_ {0} ^ {- 2/3} & = m & { text {(совпадение по наклону)}} end {выровнено}}}$

Перехват ж(0) = c было выбрано так, что L* будет 0 для Y = 0: c = 16/116 = 4/29. Два вышеуказанных уравнения могут быть решены относительно м и т₀:

${ displaystyle { begin {align} m & = { frac {1} {3}} delta ^ {- 2} & = 7.787037 ldots t_ {0} & = delta ^ {3} & = 0.008856 ldots end {выровнены}}}$

где δ = 6/29.^[14]

От CIELAB к CIEXYZ

Обратное преобразование проще всего выразить, используя обратную функцию ж над:

${ displaystyle { begin {align} X & = X _ { mathrm {n}} f ^ {- 1} left ({ frac {L ^ { star} +16} {116}} + { frac { a ^ { star}} {500}} right) Y & = Y _ { mathrm {n}} f ^ {- 1} left ({ frac {L ^ { star} +16} {116 }} right) Z & = Z _ { mathrm {n}} f ^ {- 1} left ({ frac {L ^ { star} +16} {116}} - { frac {b ^ { star}} {200}} right) конец {выровнен}}}$

где

${ displaystyle f ^ {- 1} (t) = { begin {cases} t ^ {3} & { text {if}} t> delta 3 delta ^ {2} left (t- { frac {4} {29}} right) & { text {иначе}} end {case}}}$

и где δ = 6/29.

Лаборатория охотников

Цветовое пространство Hunter Lab, определенное в 1948 году.^[15][16] от Ричард С. Хантер, это еще одно цветовое пространство, которое иногда называют «лабораторией». Как и CIELAB, он также был разработан для вычисления с помощью простых формул из пространства CIEXYZ, но чтобы быть более однородным по восприятию, чем CIEXYZ. Хантер назвал свои координаты L, а, и б; пространство CIELAB, определенное годами позже в 1976 году, назвало его координаты L *, а *, и б * чтобы отличить их от координат Хантера.

L является коррелятом легкость, и вычисляется из Y трехцветный значение с использованием приближения Приста к Манселл ценность:

${ displaystyle L = 100 { sqrt {Y / Y _ { mathrm {n}}}}}$

где Y_п это Y трехцветное значение указанного белого объекта. Для приложений с нанесением цвета поверхности указанный белый объект обычно (хотя и не всегда) является гипотетическим материалом с единичной отражательной способностью, которая следует Закон Ламберта. Результирующий L будет масштабироваться от 0 (черный) до 100 (белый); примерно в десять раз больше, чем значение Манселла. Обратите внимание, что средняя яркость 50 получается при яркости 25, поскольку ${ displaystyle 100 { sqrt {25/100}} = 100 cdot 1/2}$

а и б называются цвет противника топоры. а представляет, грубо говоря, покраснение (положительное) по сравнению с зеленым (отрицательное). Он рассчитывается как:

${ displaystyle a = K _ { mathrm {a}} left ({ frac {X / X _ { mathrm {n}} -Y / Y _ { mathrm {n}}} { sqrt {Y / Y_ { mathrm {n}}}}} right)}$

где K_а - коэффициент, зависящий от источника света (для D65, K_а 172,30; см. приблизительную формулу ниже) и Икс_п это Икс трехцветное значение указанного белого объекта.

Другая цветовая ось противника, б, является положительным для желтых цветов и отрицательным для синих цветов. Он рассчитывается как:

${ displaystyle b = K _ { mathrm {b}} left ({ frac {Y / Y _ { mathrm {n}} -Z / Z _ { mathrm {n}}} { sqrt {Y / Y_ { mathrm {n}}}}} right)}$

где K_б - коэффициент, зависящий от источника света (для D65, K_б составляет 67,20; см. приблизительную формулу ниже) и Z_п это Z трехцветное значение указанного белого объекта.^[17]

И то и другое а и б будет нулевым для объектов, которые имеют одинаковые цветность координаты как указанные белые объекты (т. е. ахроматические, серые, объекты).

Приближенные формулы для K_а и K_б

В предыдущей версии Hunter Лаборатория цветовое пространство, K_а было 175 и K_б было 70. Лаборатория Hunter Associates обнаружила^{[нужна цитата ]} это лучшее соответствие может быть достигнуто с другими показателями цветового различия, такими как CIELAB (см. выше), если эти коэффициенты зависят от источников света. Примерные формулы:

${ displaystyle K _ { mathrm {a}} приблизительно { frac {175} {198.04}} (X _ { mathrm {n}} + Y _ { mathrm {n}})}$

${ displaystyle K _ { mathrm {b}} приблизительно { frac {70} {218.11}} (Y _ { mathrm {n}} + Z _ { mathrm {n}})}$

что приводит к исходным значениям для Illuminant C, оригинальный источник света, с которым Лаборатория использовалось цветовое пространство.

Как хроматическое валентное пространство Адамса

Цветовые пространства хроматической валентности Адамса основаны на двух элементах: (относительно) равномерной шкале яркости и (относительно) однородной цветность масштаб.^[18] Если мы возьмем за единообразную шкалу яркости приближение Приста к шкале ценностей Манселла, которая будет записана в современных обозначениях как:

${ displaystyle L = 100 { sqrt {Y / Y _ { mathrm {n}}}}}$

и, как координаты однородной цветности:

${ displaystyle c _ { mathrm {a}} = { frac {X / X _ { mathrm {n}}} {Y / Y _ { mathrm {n}}}} - 1 = { frac {X / X_ { mathrm {n}} -Y / Y _ { mathrm {n}}} {Y / Y _ { mathrm {n}}}}}$

${ displaystyle c _ { mathrm {b}} = k _ { mathrm {e}} left (1 - { frac {Z / Z _ { mathrm {n}}} {Y / Y _ { mathrm {n}) }}} right) = k _ { mathrm {e}} { frac {Y / Y _ { mathrm {n}} -Z / Z _ { mathrm {n}}} {Y / Y _ { mathrm {n }}}}}$

где k_е - настроечный коэффициент, получаем две хроматические оси:

${ displaystyle a = K cdot L cdot c _ { mathrm {a}} = K cdot 100 { frac {X / X _ { mathrm {n}} -Y / Y _ { mathrm {n}}} { sqrt {Y / Y _ { mathrm {n}}}}}}$

и

${ displaystyle b = K cdot L cdot c _ { mathrm {b}} = K cdot 100k _ { mathrm {e}} { frac {Y / Y _ { mathrm {n}} -Z / Z_ { mathrm {n}}} { sqrt {Y / Y _ { mathrm {n}}}}}}$

который идентичен Охотнику Лаборатория формулы, приведенные выше, если мы выберем K = K_а/100 и k_е = K_б/K_а. Следовательно, цветовое пространство Hunter Lab является Цветовое пространство хроматической валентности Адамса.

Цилиндрическая модель

Воспроизвести медиа

Воспроизвести медиа

В sRGB гамма (осталось) и видимой гамме при освещении D65 (правильно) в цветовом пространстве CIELCHab. L - вертикальная ось; C - радиус цилиндра; час это угол по окружности.

Пространство «CIELCh» или «CIEHLC» - это цветовое пространство на основе CIELAB, в котором используется полярные координаты C* (цветность, относительная насыщенность) и час° (угол оттенка, угол оттенка в цветовом круге CIELab) вместо Декартовы координаты а* и б*. Легкость L * CIELab остается неизменной.

Преобразование а* и б* к C* и час° выполняется следующим образом:

${ displaystyle C ^ { star} = { sqrt {a ^ { star , 2} + b ^ { star , 2}}}, qquad h ^ { circ} = operatorname {atan2} left ({b ^ { star}}, {a ^ { star}} right)}$

И наоборот, учитывая полярные координаты, преобразование в декартовы координаты достигается с помощью:

${ displaystyle a ^ { star} = C ^ { star} cos (h ^ { circ}), qquad b ^ { star} = C ^ { star} sin (h ^ { circ })}$

Цветовое пространство LCh отличается от цветовых моделей HSV, HSL или HSB, хотя их значения также можно интерпретировать как основной цвет, насыщенность и яркость цвета. Значения HSL представляют собой преобразование полярных координат того, что является технически определенным цветовым пространством куба RGB. ЛЧ все еще перцептивно однородный.

В дальнейшем, ЧАС и час не идентичны, потому что пространство HSL использует в качестве основных цветов три дополнительных основных цвета: красный, зеленый и синий (ЧАС = 0, 120, 240 °). Вместо этого в системе LCh используются четыре цвета: красный, желтый, зеленый и синий (час = 0, 90, 180, 270 °). Независимо от угла час, C = 0 означает ахроматические цвета, то есть серая ось.

Упрощенное написание LCh, LCH и HLC является обычным, но последнее имеет другой порядок. Цветовое пространство HCL (Hue-Chroma-Luminance), с другой стороны, часто используется альтернативное название для L * C * h (УФ) цветовое пространство, также известное как цилиндрическое представление или полярный CIELUV. Это имя обычно используется визуализация информации практикующих, которые хотят представить данные без предвзятости, подразумеваемой при использовании различных насыщение.^[19][20]

Смотрите также

• Теория цвета
• Теория цвета оппонента
• HSL и HSV
• Цветовая модель RGB
• Цветовая модель CMYK
• CIECAM02
• Цветовое пространство HCL

использованная литература

внешние ссылки

• Демонстрационный апплет преобразования цвета
• Цветовое пространство CIELAB авторства Гернота Хоффмана, включает объяснения формул преобразования L * a * b *, графические изображения различных гамм, нанесенных в пространство L * a * b *, и код PostScript для выполнения преобразований цвета.
• Технический документ о понимании цветов пользователя X-rite.