مساحة فضاء المختبر

يصف فضاء لون المختبر رياضيا جميع الألوان التي يمكن تصورها في الأبعاد الثلاثة L للضوء و a و b لمكونات اللون الأخضر والأحمر والأزرق والأصفر. المصطلح “مختبر” ينشأ من مساحة ألوان هنتر 1948. في كثير من الأحيان يتم استخدام “مختبر” في كثير من الأحيان كاختصار لمجال الألوان CIEL * a * b * 1976 (أيضا CIelAB) ؛ تميز العلامات النجمية / النجوم إصدار CIE من الإصدار الأصلي من Hunter. الفرق من إحداثيات مختبر هنتر هو أن إحداثيات CIELAB يتم إنشاؤها من خلال تحويل جذر مكعب لبيانات الألوان CIE XYZ ، بينما تكون إحداثيات Hunter Lab نتيجة تحويل الجذر التربيعي. أمثلة أخرى أقل شيوعًا لمساحات اللون باستخدام تمثيل Lab ، تستخدم اختلاف ألوان CIE 1994 وفرق ألوان CIE 2000.

تتجاوز مساحة لون المختبر نطاق نماذج ألوان RGB و CMYK (على سبيل المثال ، يتضمن ProPhoto RGB حوالي 90٪ من جميع الألوان المدركة). واحدة من أهم سمات نموذج Lab هي استقلالية الجهاز. وهذا يعني أنه يتم تعريف الألوان مستقلة عن طبيعة الإنشاء أو الجهاز الذي يتم عرضه عليه. يتم استخدام مساحة الألوان Lab عند تحويل الرسومات للطباعة من RGB إلى CMYK ، حيث يتضمن النطاق التدريبي Lab نطاق GGB و CMYK. كما يتم استخدامه كنسق تبادل بين الأجهزة المختلفة كما لاستقلال الجهاز الخاص به. المساحة نفسها هي مساحة الرقم الحقيقي ثلاثي الأبعاد ، والتي تحتوي على عدد لا حصر له من تمثيلات الألوان الممكنة. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، يتم تعيين المساحة عادة على مساحة عددية ثلاثية الأبعاد للتمثيل الرقمي المستقل عن الجهاز ، ولهذه الأسباب ، تكون قيم L * ، و * ، و b * عادة مطلقة ، مع نطاق محدد مسبقًا . تمثل الخفة ، L * ، اللون الأسود الأغمق في L * = 0 ، والأبيض الأكثر سطوعًا عند L * = 100. وستمثل قنوات الألوان ، * و b * ، القيم الرمادية المحايدة الحقيقية عند a * 0 0 و b * = 0. يتم عرض ألوان الخصم باللون الأحمر / الأخضر على طول المحور * ، مع قيم خضراء في * * سالبة وقيم حمراء موجبة *. يتم تمثيل ألوان الخصم باللون الأصفر / الأزرق على طول المحور b * ، مع وجود قيم blue في b * سالبة والأصفر عند b * موجبة. سيعتمد تغيير حجم وحدتي المحاذاة * و b * على التنفيذ المحدد للون Lab ، كما هو موضح أدناه ، ولكنهما غالباً ما يعملان في نطاق ± 100 أو −128 إلى +127 (عدد صحيح 8 بتات موقع).

تم اشتقاق كل من فضاء Hunter ومساحات اللون CIELAB عام 1976 من الفضاء “الرئيسي” السابق CIE 1931 XYZ ، والذي يمكنه التنبؤ بتوزيعات الطاقة الطيفية التي سيتم النظر إليها على أنها نفس اللون (انظر metamerism) ، ولكنها ليست بشكل خاص مدركة بشكل ملموس . تتأثر بنية اللون من “مونسيل” ، التي تتأثر بشدة بنظام ألوان “مونسيل” ، بإنشاء مساحة يمكن حسابها عبر صيغ بسيطة من فضاء XYZ ، ولكنها تكون أكثر تماثلًا بشكل ملحوظ من XYZ. يعني الزي المدرسي بشكل معتدل أن تغيير نفس المقدار في قيمة لونية يجب أن يؤدي إلى تغيير في نفس المسافة الإدراكية نفسها. عند تخزين الألوان بقيم دقة محدودة ، يمكن أن يحسن ذلك من إعادة إنتاج النغمات. كل من مساحات Lab هي نسبة إلى النقطة البيضاء لبيانات XYZ التي تم تحويلها منها. لا تقوم قيم Lab بتحديد الألوان المطلقة ما لم يتم تحديد النقطة البيضاء أيضًا. في كثير من الأحيان ، في الممارسة العملية ، يفترض أن النقطة البيضاء تتبع معيارًا ولا يتم تحديدها صراحة (على سبيل المثال ، من أجل مقصد تجسيد “اللونية المطلقة” ، ترتبط قيم International Color Consortium L * a * b * بـ CIE القياسية المنضبطة D50 ، بينما فهي نسبة إلى الركيزة غير المطبوعة لأهداف التجسيد الأخرى).

يتم حساب الخفة المرتبطة في CIELAB باستخدام الجذر التكعيبي للإضاءة النسبي.

مزايا
بخلاف نماذج ألوان RGB و CMYK ، تم تصميم لون Lab ليقارب الرؤية البشرية. إنها تطمح إلى التوحيد الإدراكي ، ومكوناته من L تتطابق بشكل وثيق مع الإدراك البشري للخفة ، على الرغم من أنه لا يأخذ تأثير Helmholtz – Kohlrausch في الحسبان. وبالتالي ، يمكن استخدامه لإجراء تصحيحات دقيقة لموازنة اللون عن طريق تعديل منحنيات الخرج في المكونين a و b ، أو ضبط تباين الإضاءة باستخدام مكون L. في فضاءات RGB أو CMYK ، التي تُعد نموذجًا لمخرجات الأجهزة المادية بدلاً من الإدراك البصري البشري ، يمكن إجراء هذه التحولات فقط بمساعدة وسائط المزج المناسبة في تطبيق التعديل.

نظرًا لأن مساحة Lab أكبر من نطاق شاشات عرض الكمبيوتر والطابعات ، ولأن عرضيًا مرئيًا يختلفان اختلافًا نسبيًا عن مساحة اللون ، فإن الصورة النقطية ممثلة كمختبر تتطلب المزيد من البيانات لكل بكسل للحصول على نفس الدقة مثل صورة نقطية RGB أو CMYK. في التسعينيات ، عندما كانت أجهزة الكمبيوتر وبرامجها تقتصر على تخزين ومعالجة الصور النقطية ذات 8 بت / قناة في الغالب ، كان تحويل صورة RGB إلى المختبر وعمله هو عملية فاشلة للغاية. وبوجود 16 بت / قناة والدعم العائم شائع الآن ، فإن الخسارة الناجمة عن التكمية لا تكاد تذكر.

CIELAB هو حق المؤلف وخالية من الترخيص: كما هو محدد رياضيا بالكامل ، فإن نموذج CIELAB هو المجال العام ، فمن جميع النواحي قابلة للاستخدام بحرية ومتكاملة (أيضا جداول قيمة لون مختبر / HLC النظامية).

لا يمكن إنشاء جزء كبير من مساحة الإحداث في المختبر بواسطة توزيعات طيفية ، ولذلك فإنه يقع خارج الرؤية البشرية ، ولا تكون قيم المختبر هذه “ألوانًا”.

التفاضل
بعض الاستخدامات المحددة للاختصار في البرامج والأدب وما إلى ذلك.

في Adobe Photoshop ، يكون تحرير الصور باستخدام “Lab mode” هو CIELAB D50.
في صورة التقارب ، يتم تحرير المختبر عن طريق تغيير تنسيق الألوان الخاص بالمستند إلى “معمل (16 بت)”
في ملفات تخصيص ICC ، يتم استخدام “مساحة اللون الاختباري” كمساحة اتصال جانبية CIELAB D50.
في ملفات TIFF ، قد يتم استخدام مساحة لون CIELAB.
في وثائق PDF ، فإن “فضاء لون المختبر” هو CIELAB.
في Digital Color Meter على OS X ، يتم وصفه بأنه “L * a * b *”
في برنامج تحرير RawTherapee المفتوح المصدر غير المدمر ، يتم تخصيص علامة تبويب كاملة بعدة عناصر تحكم لنموذج مظهر لون CIE

CIELAB
CIE L * a * b * (CIELAB) هي مساحة لونية تحددها اللجنة الدولية للإضاءة (اللجنة الفرنسية الدولية de l’éclairage) ، ومن هنا جاءت استباقية CIE. فهو يصف جميع الألوان المرئية للعين البشرية وتم إنشاؤه ليكون بمثابة نموذج مستقل عن الجهاز لاستخدامه كمرجع.

تمثل الإحداثيات الثلاثة من CIELAB خفة اللون (L * = 0 ينتج الأسود و L * = 100 يشير إلى اللون الأبيض المنتشر ؛ قد يكون الأبيض البراق أعلى) ، وموقعه بين الأحمر / الأرجواني والأحمر (a * ، تشير القيم السالبة إلى اللون الأخضر بينما تشير القيم الموجبة إلى اللون الأرجواني) وموقعها بين الأصفر والأزرق (b * ، تشير القيم السالبة إلى اللون الأزرق وتشير القيم الموجبة إلى اللون الأصفر). تعتبر العلامة النجمية (*) بعد L و a و b نجمة واضحة وجزءًا من الاسم الكامل ، حيث أنها تمثل L * ، و * و b * ، لتمييزها عن L من Hunter ، و a ، و b ، كما هو موضح أدناه.

بما أن نموذج L * a * b * هو نموذج ثلاثي الأبعاد ، فإنه يمكن تمثيله بشكل صحيح فقط في مساحة ثلاثية الأبعاد. تتضمن الصور ثنائية الأبعاد رسومًا لونية: أجزاء من اللون الصلب مع خفة ثابتة. من الأهمية بمكان إدراك أن التمثيل المرئي لمجموعة الألوان الكاملة في هذا النموذج غير دقيق مطلقًا ؛ هم هناك فقط للمساعدة في فهم هذا المفهوم.

نظرًا لأنه يتم حساب قنوات الخصم باللونين الأحمر والأخضر والأزرق كاختلافات في تحويلات الإضاءة للاستجابات المخروطية المفترضة ، فإن CIELAB عبارة عن مساحة لونية ذات قيمة لونية.

تحتفظ مساحة اللون ذات الصلة ، مساحة CIE 1976 (L *، u *، v *) بالألوان (المسمى CIELUV) ، بنفس L * كـ L * a * b * ولكن لها تمثيل مختلف لمكونات اللونية. يمكن أيضاً التعبير عن CIELAB و CIELUV في شكل أسطواني (CIELCH و CIELCHuv ، على التوالي) ، مع استبدال مكونات اللونية بعلامات الترابط بين الصبغة والتوهج.

منذ CIELAB و CIELUV ، قامت CIE بإدراج عدد متزايد من ظواهر ظهور الألوان في نماذجها ، من أجل رؤية أفضل لنموذج الألوان. هذه النماذج الملونة ، والتي من CIELAB هو مثال بسيط ، وبلغت ذروتها مع CIECAM02.

الاختلافات الإدراكية
تمت تغطية هذا الموضوع بمزيد من التفصيل في اختلاف اللون.

تهدف العلاقات غير الخطية لـ L * ، و * ، و * b إلى محاكاة الاستجابة غير الخطية للعين. علاوة على ذلك ، تهدف التغييرات المنتظمة للمكونات في فضاء اللون L * a * b * إلى التوافق مع التغيرات المنتظمة في اللون المدرك ، لذلك يمكن تقريب الاختلافات الإدراكية النسبية بين أي لونين في L * a * b * عن طريق معالجة كل لون نقطة في الفضاء ثلاثي الأبعاد (مع ثلاثة مكونات: L * ، a * ، b *) وأخذ المسافة الإقليدية بينهما.

تحويلات RGB و CMYK
لا توجد صيغ بسيطة للتحويل بين قيم RGB أو CMYK و L * a * b * ، لأن نماذج الألوان RGB و CMYK تعتمد على الجهاز. يجب تحويل قيم RGB أو CMYK أولاً إلى فراغ لون مطلق محدد ، مثل sRGB أو Adobe RGB. سيكون هذا التعديل معتمدًا على الجهاز ، ولكن البيانات الناتجة عن التحويل ستكون مستقلة عن الجهاز ، مما يسمح بتحويل البيانات إلى الفضاء الملون CIE 1931 وتحويلها إلى L * a * b *.

نطاق الإحداثيات
كما ذكرنا سابقًا ، يتراوح تنسيق L * من 0 إلى 100. النطاق المستقل للإحداثيات * و b * مستقل عن فراغ اللون الذي يتم تحويله من حيث ، بما أن التحويل أدناه يستخدم X و Y ، اللذان يأتيان من RGB.

CIELAB-CIEXYZ التحويلات
التحول إلى الأمام

أين


هنا ، X n و Y n و Z n هي قيم CIE XYZ tristimulus للنقطة البيضاء المرجعية (يشير الرمز n إلى أنه “طبيعي”).

تحت إنارة D65 بالتطبيع Y = 100 ، تكون القيم


قيم الإنارة D50 هي


تم تقسيم مجال الدالة f إلى جزئين لمنع منحدر لانهائي عند t = 0. تم افتراض أن الدالة f تكون خطية تحت بعض t = t0 ، ويفترض أنها تتطابق مع الجزء t1 / 3 من يعمل في t0 في كل من القيمة والانحدار. بعبارات أخرى:


تم اختيار التقاطع f (0) = c بحيث يكون L * 0 لـ Y = 0: c = 16/116 = 4/29. يمكن حل المعادلات الواردة أعلاه لكل من m و t0:


حيث δ = 6/29.

التحول العكسي
يتم التعبير عن التحويل العكسي بسهولة باستخدام معكوس الدالة f أعلاه:


أين


وحيث δ = 6/29.

مختبر هنتر
L هي علاقة من الخفة ، ويتم حسابها من قيمة Y المريخ باستخدام تقريب الكاهن لقيمة Munsell:


حيث Yn هي قيمة Y tristimulus لجسم أبيض معين. بالنسبة إلى تطبيقات لون السطح ، يكون الكائن الأبيض المحدد عادة (وليس دائمًا) عبارة عن مادة افتراضية مع انعكاس الوحدة التي تتبع قانون لامبرت. سيتم تحجيم L الناتج بين 0 (أسود) و 100 (أبيض)؛ ما يقرب من عشرة أضعاف قيمة Munsell. لاحظ أنه يتم إنتاج خفة متوسطة تبلغ 50 من خلال نصوص 25 ، نظرًا لأن {\ displaystyle 100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2} 

أ و ب تسمى محاور اللون الخصم. يمثل ، تقريبا ، الاحمرار (إيجابي) مقابل الأخضر (سلبي). يتم حسابه على النحو التالي:


حيث Ka عبارة عن معامل يعتمد على الإنارة (بالنسبة إلى D65 ، Ka هي 172.30 ؛ راجع الصيغة التقريبية أدناه) و Xn هي قيمة X tristimulus للوجود الأبيض المحدد.

محور لون الخصم الآخر ، b ، موجب للألوان الصفراء والسلبية للألوان الزرقاء. يتم حسابه على النحو التالي:


حيث Kb هو معامل يعتمد على الإنارة (بالنسبة إلى D65 ، Kb هو 67.20 ؛ انظر الصيغة التقريبية أدناه) و Zn هي قيمة Z tristimulus للهدف الأبيض المحدد.

سيكون كل من a و b صفر بالنسبة للكائنات التي لها نفس إحداثيات اللونية مثل الكائنات البيضاء المحددة (أي ، لونية ، رمادية ، كائنات).

اسم النظام هو إسناد إلى ريتشارد س. هنتر.

الصيغ التقريبية لـ Ka و Kb
في النسخة السابقة من مساحة ألوان هنتر لاب ، كان كا يبلغ 175 و Kb كان 70. اكتشف هنتر Associates Lab أنه يمكن الحصول على اتفاقية أفضل مع مقاييس فرق اللون الأخرى ، مثل CIELAB (انظر أعلاه) عن طريق السماح لهذه المعاملات بالاعتماد على المضيئات. الصيغ التقريبية هي:

مما ينتج عنه القيم الأصلية لـ Illuminant C ، الإنارة الأصلية التي تم بها استخدام مساحة ألوان Lab.

باعتباره مساحة أدامس لوكس التكافؤ
وتستند فضاءات ألوان التكافؤ اللوني من Adams إلى عنصرين: مقياس خفة موحد (نسبيًا) ، ومقياس لوني منتظم (نسبيًا). إذا أخذنا كقياس موحد لخفة “بريست” إلى مقياس “قيمة مونسل” ، الذي سيتم كتابته بتدوين حديث:


وكما تنسق اللونية الموحدة:

حيث ke هو معامل توليف ، نحصل على اثنين من محاور لوني:


و


وهو مطابق لصيغ مختبر هنتر الموضح أعلاه إذا اخترنا K = Ka / 100 و ke = Kb / Ka. لذا ، فإن مساحة ألوان Hunter Lab هي مساحة ألوان التكافؤ اللونية لـ Adams.

تمثيل أسطواني: CIELCh أو CIEHLC
مساحة اللون CIELCh هي مساحة لون مكعب CIELab ، حيث بدلاً من إحداثيات الديكارتية a * ، b * ، الإحداثيات الأسطوانية C * (Chroma ، التشبع النسبي) و h ° (زاوية التدرج ، زاوية التدرج في عجلة الألوان CIELab) محددة. تظل CIELab lightness L * بدون تغيير.

يتم التحويل من * و b * إلى C * و h ° باستخدام الصيغ التالية:


وبالعكس ، وبالنظر إلى الإحداثيات القطبية ، فإن التحويل إلى إحداثيات ديكارتية يتحقق مع:


لا تختلف مساحة ألوان LCh عن ألوان ألوان HSV أو HSL أو HSB ، على الرغم من أن قيمها يمكن أيضًا تفسيرها على أنها لون أساسي وتشبع وخفة لون. قيم HSL عبارة عن تحويل إحداثيات قطبي لماهية فراغ ألوان RGB محددة تقنيًا. LCh لا يزال موحد بشكل ملموس.

علاوة على ذلك ، H و h غير متطابقين ، لأن مساحة HSL تستخدم الألوان الأساسية الثلاثة الأساسية المضافة الأحمر والأخضر والأزرق (H = 0 ، 120 ، 240 °). بدلاً من ذلك ، يستخدم نظام LCh الألوان الأربعة الأصفر والأخضر والأزرق والأحمر (ع = 90 ، 180 ، 270 ، 360 °). بغض النظر عن الزاوية h ، C = 0 تعني الألوان المتألقة ، أي المحور الرمادي.

إن عمليات التهجئة المبسطة LCh و LCH و HLC شائعة ، ولكن الأخير يقدم ترتيبًا مختلفًا. HCL لون الفضاء (Hue-Chroma-Luminance) من ناحية أخرى هو اسم بديل شائع الاستخدام لفضاء اللون L * C * h (uv) ، المعروف أيضا باسم التمثيل الأسطواني أو CIELUV القطبية.