Цветовое пространство CIELAB

Стандартное цветовое пространство со значениями цветового контраста

Цветовое пространство CIELAB, вид сверху

Цветовое пространство CIELAB, вид спереди

Цветовое пространство CIE 1976 ( L *, a *, b *) (CIELAB), показывающее только цвета, которые соответствуют гамме sRGB (и, следовательно, могут отображаться на обычном компьютерном дисплее). Каждая ось каждого квадрата находится в диапазоне от -128 до 127.

Цветовое пространство CIELAB , также называемое L*a*b* , представляет собой цветовое пространство , определенное Международной комиссией по освещению (сокращенно CIE) в 1976 году. ^[a] Оно выражает цвет как три значения: L* для воспринимаемой яркости и a* и b* обозначают четыре уникальных цвета человеческого зрения: красный, зеленый, синий и желтый. CIELAB задумывался как единообразное по восприятию пространство, где заданное числовое изменение соответствует аналогичному воспринимаемому изменению цвета. Хотя пространство LAB не является по-настоящему единообразным по восприятию, оно, тем не менее, полезно в промышленности для обнаружения небольших различий в цвете.

Как и пространство CIEXYZ , на основе которого оно создано, цветовое пространство CIELAB представляет собой независимую от устройства модель «стандартного наблюдателя». Цвета, которые он определяет, не относятся к какому-либо конкретному устройству, такому как компьютерный монитор или принтер, а относятся к стандартному наблюдателю CIE , который представляет собой усреднение результатов экспериментов по сопоставлению цветов в лабораторных условиях.

Координаты

Пространство CIELAB трехмерно и охватывает всю гамму (диапазон) цветовосприятия человека. Он основан на цветовой модели противника человеческого видения, где красный и зеленый образуют пару противника, а синий и желтый образуют пару противника. Значение яркости L* , также называемое «Lstar», определяет черный цвет как 0 и белый как 100. Ось a* отнесена к зелено-красным цветам противника, с отрицательными значениями к зеленому и положительными значениями к красному. Ось b* представляет сине-желтых противников, с отрицательными числами в сторону синего и положительными в сторону желтого.

Оси a* и b* не ограничены, и в зависимости от эталонного белого они могут легко превышать ±150, чтобы охватить человеческую гамму. Тем не менее, программные реализации часто ограничивают эти значения по практическим соображениям. Например, если используется целочисленная математика, обычно a* и b* ограничиваются диапазоном от –128 до 127.

CIELAB рассчитывается относительно эталонного белого цвета , для которого CIE рекомендует использовать стандартный источник света CIE D65 . ^[1] D65 используется в подавляющем большинстве отраслей и приложений, за исключением полиграфической промышленности , где используется D50. Международный консорциум цвета в значительной степени поддерживает полиграфическую отрасль и использует D50 с CIEXYZ или CIELAB в пространстве соединений профилей для профилей ICC v2 и v4 . ^[2]

Хотя цель CIELAB состояла в том, чтобы создать пространство, которое было бы более единообразным по восприятию, чем CIEXYZ, используя только простую формулу, ^[3] известно, что CIELAB не хватает единообразия восприятия , особенно в области синих оттенков. ^[4]

Значение яркости L* в CIELAB рассчитывается с использованием кубического корня относительной яркости со смещением, близким к черному. В результате получается эффективная кривая мощности с показателем степени примерно 0,43, которая отражает реакцию человеческого глаза на свет в условиях дневного света ( фотопических ).

Гамма sRGB ( слева ) и видимая гамма при освещении D65 ( справа ) построены в цветовом пространстве CIELAB. а и б — горизонтальные оси; L — вертикальная ось.

Три координаты CIELAB представляют яркость цвета ( L* = 0 дает черный цвет, а L* = 100 указывает на рассеянный белый цвет; зеркальный белый может быть выше), его положение между красным и зеленым ( a* , где отрицательные значения указывают на зеленый и положительные значения указывают на красный) и его положение между желтым и синим ( b* , где отрицательные значения указывают на синий, а положительные значения указывают на желтый). Звездочки (*) после L* , a* и b* произносятся как звезда и являются частью полного названия, позволяющего отличить L * a * b * от Hunter's Lab , описанной ниже.

Поскольку модель L*a*b* имеет три оси, для полного представления требуется трехмерное пространство. ^[5] Кроме того, поскольку каждая ось нелинейна, невозможно создать двумерную диаграмму цветности. Кроме того, важно понимать, что визуальные представления, показанные на графиках полной гаммы CIELAB на этой странице, являются приблизительными, поскольку монитор не может отображать полную гамму цветов LAB.

Зелено-красный и сине-желтый каналы противника относятся к процессу цвета противника в системе человеческого зрения. Это делает CIELAB цветовым пространством противника Геринга . Характер преобразований также характеризует его как цветовое пространство хроматического значения .

Перцептивные различия

Нелинейные отношения для L* , a* и b* предназначены для имитации нелинейного ответа зрительной системы. Более того, однородные изменения компонентов в цветовом пространстве L*a*b* призваны соответствовать однородным изменениям воспринимаемого цвета, поэтому относительные перцептивные различия между любыми двумя цветами в L*a*b* могут быть аппроксимированы, рассматривая каждый цвет как точку в трёхмерном пространстве (с тремя компонентами: L* , a* , b* ) и беря между ними евклидово расстояние . ^[6]

Преобразования RGB и CMYK

Чтобы преобразовать значения RGB или CMYK в L*a*b* или обратно , данные RGB или CMYK должны быть линеаризованы относительно света. Необходимо знать опорный источник света в данных RGB или CMYK, а также основные координаты RGB или справочные данные принтера CMYK в форме таблицы поиска цветов (CLUT).

В системах с управлением цветом профили ICC содержат необходимые данные, которые затем используются для выполнения преобразований.

Диапазон координат

Как упоминалось ранее, координата L * номинально находится в диапазоне от 0 до 100. Диапазон координат a * и b * технически неограничен, хотя обычно он ограничивается диапазоном от -128 до 127 для использования со значениями целочисленного кода, хотя это приводит к потенциальному обрезанию некоторых цветов в зависимости от размера исходного цветового пространства. Большой размер гаммы и неэффективное использование координатного пространства означает, что лучше всего использовать значения с плавающей запятой для всех трех координат.

Преимущества

В отличие от цветовых моделей RGB и CMYK , CIELAB разработана с учетом человеческого зрения. Компонент L* точно соответствует человеческому восприятию легкости, хотя и не учитывает эффект Гельмгольца-Кольрауша . CIELAB менее однороден по цветовым осям, но полезен для прогнозирования небольших различий в цвете.

Координатное пространство CIELAB представляет всю гамму фотопического (дневного) зрения человека и намного превышает гамму sRGB или CMYK. В целочисленной реализации, такой как TIFF, ICC или Photoshop, большое пространство координат приводит к существенной неэффективности данных из-за неиспользуемых значений кода. Только около 35% доступных значений кодов координат находятся в диапазоне CIELAB с целочисленным форматом. ^[7]

Использование CIELAB в 8-битном целочисленном формате обычно приводит к значительным ошибкам квантования. Даже 16 бит на канал может привести к ограничению, поскольку полная гамма выходит за пределы ограничивающего координатного пространства. В идеале CIELAB следует использовать с данными с плавающей запятой, чтобы минимизировать очевидные ошибки квантования.

Стандарты и документы CIE защищены авторскими правами CIE и должны быть приобретены; однако формулы для CIELAB доступны на веб-сайте CIE. ^[8]

Преобразование координат CIELAB и CIEXYZ

От CIEXYZ к CIELAB

${\displaystyle {\begin{aligned}L^{\star }&=116\,f{{\bigl (}Y/Y_{\mathrm {n} }{\bigr )}}-16,\\[5mu]a^{\star }&=500{\bigl (}f(X/X_{\mathrm {n} })-f(Y/Y_{\mathrm {n} }){\bigr )}\\[5mu]b^{\star }&=200{\bigl (}f(Y/Y_{\mathrm {n} })-f(Z/Z_{\mathrm {n} }){\bigr )}\end{aligned}}}$

где t или : ​ ${\displaystyle X/X_{\mathrm {n} },}$ ${\displaystyle Y/Y_{\mathrm {n} },}$ ${\displaystyle Z/Z_{\mathrm {n} }}$

${\displaystyle {\begin{aligned}f(t)&={\begin{cases}{\sqrt[{3}]{t}}&{\text{if }}t>\delta ^{3}\\[4mu]{\tfrac {1}{3}}t\delta ^{-2}+{\tfrac {4}{29}}&{\text{otherwise}}\end{cases}}\\\delta &={\tfrac {6}{29}}\end{aligned}}}$

X , Y и Z описывают рассматриваемый цветовой стимул, а X _n , Y _n , Z _n описывают указанный белый ахроматический эталонный источник света. для стандартного колориметрического наблюдателя CIE 1931 (2°) и при условии нормализации, при которой эталонный белый цвет имеет Y = 100 , значения следующие:

Для стандартного осветителя D65 :

${\displaystyle {\begin{aligned}X_{\mathrm {n} }&=95.0489,\\Y_{\mathrm {n} }&=100,\\Z_{\mathrm {n} }&=108.8840\end{aligned}}}$

Для осветителя Д50 , который используется в полиграфической промышленности:

${\displaystyle {\begin{aligned}X_{\mathrm {n} }&=96.4212,\\Y_{\mathrm {n} }&=100,\\Z_{\mathrm {n} }&=82.5188\end{aligned}}}$

Разделение области определения функции f на две части было сделано для предотвращения бесконечного наклона при t = 0 . Предполагалось, что функция f является линейной ниже некоторого t = t ₀ и соответствует части функции при t ₀ как по значению, так и по наклону. Другими словами: ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{t}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\sqrt[{3}]{t_{0}}}&=mt_{0}+c&{\text{ (match in value)}}\\[3mu]{\tfrac {1}{3}}\left(t_{0}\right)^{-2/3}&=m&{\text{ (match in slope)}}\end{aligned}}}$

Перехват f (0) = c был выбран так, чтобы L * было равно 0 для Y = 0 : c =16/116"="4/29. Два приведенных выше уравнения можно решить относительно m и t ₀ :

${\displaystyle {\begin{aligned}m&={\tfrac {1}{3}}\delta ^{-2}&=7.787037\ldots \\t_{0}&=\delta ^{3}&=0.008856\ldots \end{aligned}}}$

где δ =6/29. ^[9]

^[10]

От CIELAB к CIEXYZ

Обратное преобразование проще всего выразить, используя обратную функцию f , указанную выше:

${\displaystyle {\begin{aligned}X&=X_{\mathrm {n} }f^{-1}\left({\frac {L^{\star }+16}{116}}+{\frac {a^{\star }}{500}}\right)\\Y&=Y_{\mathrm {n} }f^{-1}\left({\frac {L^{\star }+16}{116}}\right)\\Z&=Z_{\mathrm {n} }f^{-1}\left({\frac {L^{\star }+16}{116}}-{\frac {b^{\star }}{200}}\right)\\\end{aligned}}}$

где

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

и где δ =6/29.

Цилиндрическая модель

Гамма sRGB ( слева ) и видимая гамма при освещении D65 ( справа ) построены в цветовом пространстве CIELCHab. L – вертикальная ось; С – радиус цилиндра; h — угол вокруг окружности.

Пространство «CIELCh» или «CIEHLC» — цветовое пространство на основе CIELAB, в котором вместо полярных координат C * ( цветность , относительная насыщенность) и h ° (угол оттенка, угол оттенка в цветовом круге CIELAB) Декартовы координаты a * и b *. Освещенность CIELAB L* остается неизменной.

Преобразование a * и b * в C * и h ° производится следующим образом:

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

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 (или HLC) — это не то же самое, что цветовые модели HSV, HSL или HSB, хотя их значения также можно интерпретировать как базовый цвет, насыщенность и яркость цвета. Значения HSL представляют собой преобразование полярных координат того, что технически определяется цветовым пространством куба RGB. LCh все еще перцептивно однороден .

L – вертикальная ось; С – радиус цилиндра; h — угол вокруг окружности.

Кроме того, H и h не идентичны, поскольку пространство HSL использует в качестве основных цветов три аддитивных основных цвета: красный, зеленый и синий ( H = 0, 120, 240 °). Вместо этого система LCh использует четыре цвета: красный, желтый, зеленый и синий ( h = 0, 90, 180, 270 °). Независимо от угла h , C = 0 означает ахроматические цвета (ненасыщенные), то есть серую ось.

Упрощенное написание LCh, LCh(ab), LCH, LCH(ab) и HLC распространено, но буквы имеют другой порядок. Цветовое пространство HCL (Hue-Chroma-Luminance), с другой стороны, является широко используемым альтернативным названием цветового пространства L*C*h(uv) , также известного как цилиндрическое представление или полярное CIELUV . Это название обычно используется специалистами по визуализации информации , которые хотят представить данные без предвзятости, связанной с использованием различной насыщенности . ^{[11] [12]} Название Lch(ab) иногда используется для отличия от L*C*h(uv).

Другие связанные цветовые пространства

Родственное цветовое пространство, цветовое пространство CIE 1976 L * u * v * (также известное как CIELUV ), сохраняет тот же L* , что и L*a*b*, но имеет другое представление компонентов цветности. CIELAB и CIELUV также могут быть выражены в цилиндрической форме (CIELCh ab ^[13] и CIELCh _uv соответственно), при этом компоненты цветности заменяются коррелятами цветности и оттенка .

Со времени работы над CIELAB и CIELUV CIE включил все большее количество явлений цветового восприятия в свои модели и разностные уравнения, чтобы лучше прогнозировать восприятие цвета человеком. Эти модели цветового оформления , простым примером которых является CIELAB, ^[14] завершились появлением CIECAM02 .

Применение

Некоторые системы и программные приложения, поддерживающие CIELAB, включают:

• CIELAB используется спектрофотометрами Datacolor , включая соответствующие расчеты цветовой разницы .
• CIELAB используется библиотекой PantoneLive.
• CIELAB широко используется компанией XRite в качестве цветового пространства в своих аппаратных и программных системах измерения цвета.
• CIELAB D50 доступен в Adobe Photoshop , где он называется «Режим лаборатории». ^{[15] [16]}
• CIELAB доступен в Affinity Photo , если изменить цветовой формат документа на «Lab (16 бит)». Точка белого , по умолчанию равная D50 , может быть изменена с помощью профиля ICC .
• CIELAB D50 доступен в профилях ICC как пространство подключения профиля под названием «Цветовое пространство Lab». ^[2]
• CIELAB (любая точка белого) — это поддерживаемое цветовое пространство в файлах изображений TIFF . ^[17]
• CIELAB (любая точка белого) доступна в документах PDF , где она называется «Цветовое пространство Lab». ^{[18] [19]}
• CIELAB — это опция Digital Color Meter в macOS , обозначаемая как «L*a*b*».
• CIELAB доступен в фоторедакторе RawTherapee , где он называется «Лабораторное цветовое пространство». ^[20]
• CIELAB используется GIMP для фильтра настройки оттенка-цветности, нечеткого выбора и ведра с краской. Существует также палитра цветов LCh(ab). ^[21]
• Поддержка CIELAB в веб-браузере была введена как часть модуля цвета CSS уровня 4 и поддерживается во всех основных браузерах. ^{[22] [23]}

Хантер Лаборатория

Hunter Lab (также известная как Hunter L,a,b) — цветовое пространство , определенное в 1948 году ^{[24] [25]} Ричардом С. Хантером . Он был разработан для расчета с помощью простых формул из пространства CIEXYZ , но был более единообразным для восприятия. Хантер назвал свои координаты L , a и b .

Hunter Lab была предшественником CIELAB , созданной в 1976 году Международной комиссией по освещению (CIE), которая назвала координаты CIELAB как L* , a* , b* , чтобы отличить их от координат Хантера. ^{[26] [27]}

Смотрите также

• Теория цвета
• Теория цвета противника
• ХСЛ и ВПГ
• Цветовая модель RGB
• Цветовая модель CMYK
• СИЕЛУВ
• CIECAM02
• Цветовое пространство HCL

Примечания

1. Следует избегать обозначения CIELAB как «Лаборатории» без звездочек, чтобы избежать путаницы с Hunter Lab .

Рекомендации

1. Колориметрия CIE 15 (Третье изд.). CIE. 2004. ISBN 3-901-906-33-9.
2. Международный консорциум цвета, Спецификация ICC.1:2004-10 (версия профиля 4.2.0.0) Управление цветом в технологии изображений. Архитектура, формат профиля и структура данных, (2006).
3. МакЭвой, Брюс. «Объяснение этой истории».
4. Обсуждение и предлагаемое улучшение, Брюс Линдблум.
5. 3D-представления гаммы L*a*b*, Брюс Линдблум.
6. Джайн, Анил К. (1989). Основы цифровой обработки изображений . Нью-Джерси, Соединенные Штаты Америки: Прентис Холл . стр. 68, 71, 73. ISBN. 0-13-336165-9.
7. "Целочисленная гамма LAB - Брюс Линдблум". brucelindbloom.com . Проверено 12 декабря 2020 г.
8. «Формула ЛАБОРАТОРИИ». Список терминов CIE . Проверено 12 января 2021 г.
9. Янош Шанда (2007). Колориметрия. Уайли-Интерсайенс. п. 61. ИСБН 978-0-470-04904-4.
10. "Цветовое пространство CIE 1976 L*a*b* | eilv" . eilv.cie.co.at. ​Архивировано из оригинала 28 декабря 2019 г. Проверено 12 декабря 2020 г.
11. Зейлейс, Ахим; Хорник, Курт; Мюррелл, Пол (2009). «Побег из RGBland: выбор цветов для статистической графики» (PDF) . Вычислительная статистика и анализ данных . 53 (9): 3259–3270. дои : 10.1016/j.csda.2008.11.033.
12. Стауффер, Рето; Майр, Георг Дж.; Даберниг, Маркус; Зейлейс, Ахим (2015). «Где-то за радугой: как эффективно использовать цвета в метеорологических визуализациях» (PDF) . Бюллетень Американского метеорологического общества . 96 (2): 203–216. Бибкод : 2015BAMS...96..203S. doi : 10.1175/BAMS-D-13-00155.1. hdl : 10419/101098 .
13. Цветовая шкала CIE-L*C*h
14. Фэйрчайлд, Марк Д. (2005). «Модели цвета и внешнего вида изображения». Цвет Внешний вид Модели . Джон Уайли и сыновья. п. 340. ИСБН 0-470-01216-1.
15. Маргулис, Дэн (2006). Цвет Photoshop Lab: загадка каньона и другие приключения в самом мощном цветовом пространстве . Беркли, Калифорния: Лондон: Персиковая яма; Пирсон Образование. ISBN 0-321-35678-0.
16. Лабораторный цветовой режим в Photoshop, Adobe TechNote 310838.
17. TIFF: Версия 6.0. Архивировано 15 августа 2000 г. в Ассоциации разработчиков Adobe Wayback Machine , 1992 г.
18. Последовательность цвета и Adobe Creative Suite. Архивировано 25 июля 2008 г. на Wayback Machine.
19. Руководство пользователя Adobe Acrobat Reader 4.0 «Цветовая модель, которую использует Acrobat Reader, называется CIELAB…»
20. «Лабораторные настройки - RawPedia» . rawpedia.rawtherapee.com . Проверено 8 мая 2018 г.
21. «2.6. Больше использования CIE LAB и CIE LCH» . docs.gimp.org .
22. «Уровень цветового модуля 4» . w3.org . Проверено 6 октября 2023 г.
23. «lab() — CSS: каскадные таблицы стилей MDN» . http://developer.mozilla.org . Проверено 6 октября 2023 г.
24. Хантер, Ричард Сьюэлл (июль 1948 г.). «Фотоэлектрический измеритель цветоразности». ДЖОСА . 38 (7): 661.(Труды зимнего собрания Оптического общества Америки)
25. Хантер, Ричард Сьюэлл (декабрь 1948 г.). «Точность, точность и стабильность нового фотоэлектрического измерителя цветоразности». ДЖОСА . 38 (12): 1094.(Труды тридцать третьего ежегодного собрания Оптического общества Америки)
26. Хантер, Ричард Сьюэлл (июль 1948 г.). «Фотоэлектрический измеритель цветоразности». ДЖОСА . 38 (7): 661.(Труды зимнего собрания Оптического общества Америки)
27. Хантер, Ричард Сьюэлл (декабрь 1948 г.). «Точность, точность и стабильность нового фотоэлектрического измерителя цветоразности». ДЖОСА . 38 (12): 1094.(Труды тридцать третьего ежегодного собрания Оптического общества Америки)

Внешние ссылки

• Демонстрационный апплет преобразования цвета
• Колориметрия CIE 15-3 Технический отчет CIE Колориметрия 15, третье издание (2004 г.). Авторитетная ссылка.
• Технический документ по пониманию цветов от X-rite.