El espacio de color Lab – HiSoUR Arte Cultura Historia

El espacio de color Lab describe matemáticamente todos los colores perceptibles en las tres dimensiones L para claridad y a y b para los componentes de color verde-rojo y azul-amarillo. La terminología «Lab» se origina en el espacio de color Hunter 1948. Hoy en día, el «laboratorio» se utiliza erróneamente con frecuencia como abreviatura del espacio de color CIEL * a * b * 1976 (también CIELAB); los asteriscos / estrellas distinguen la versión CIE de la versión original de Hunter. La diferencia con las coordenadas de Hunter Lab es que las coordenadas CIELAB se crean mediante una transformación de raíz cúbica de los datos de color CIE XYZ, mientras que las coordenadas de Hunter Lab son el resultado de una transformación de raíz cuadrada. Otros ejemplos menos comunes de espacios de color con representaciones de Lab hacen uso de la diferencia de color CIE 1994 y la diferencia de color CIE 2000.

El espacio de color Lab supera las gamas de los modelos de color RGB y CMYK (por ejemplo, ProPhoto RGB incluye aproximadamente el 90% de todos los colores perceptibles). Uno de los atributos más importantes del modelo Lab es la independencia del dispositivo. Esto significa que los colores se definen independientemente de su naturaleza de creación o del dispositivo en el que se muestran. El espacio de color Lab se utiliza cuando los gráficos para imprimir deben convertirse de RGB a CMYK, ya que la gama Lab incluye la gama RGB y CMYK. También se usa como un formato de intercambio entre diferentes dispositivos en cuanto a la independencia de su dispositivo. El espacio en sí es un espacio de números reales tridimensionales, que contiene un número infinito de posibles representaciones de colores. Sin embargo, en la práctica, el espacio generalmente se mapea en un espacio entero tridimensional para la representación digital independiente del dispositivo, y por estas razones, los valores L *, a * yb * son usualmente absolutos, con un rango predefinido . La claridad, L *, representa el negro más oscuro en L * = 0, y el blanco más brillante en L * = 100. Los canales de color, a * y b *, representarán valores grises neutros verdaderos en a * = 0 yb * = 0. Los colores del oponente rojo / verde se representan a lo largo del eje a *, con verde en los valores a * negativos y rojo en los valores a * positivos. Los colores del oponente amarillo / azul se representan a lo largo del eje b *, con el azul en los valores b * negativos y el amarillo en los valores b * positivos. La escala y los límites de los ejes a * yb * dependerán de la implementación específica del color Lab, como se describe a continuación, pero a menudo se ejecutan en el rango de ± 100 o -128 a +127 (entero de 8 bits con signo).

Tanto el Hunter como los espacios de color CIELAB 1976 se derivaron del espacio de color CIE 1931 XYZ del espacio «maestro» anterior, que puede predecir qué distribución de potencia espectral se percibirá como del mismo color (ver metamerismo), pero que no es particularmente perceptualmente uniforme . Fuertemente influenciado por el sistema de color Munsell, la intención de ambos espacios de color «Lab» es crear un espacio que se pueda calcular a través de fórmulas simples del espacio XYZ pero que sea más perceptualmente uniforme que XYZ. Perceptualmente uniforme significa que un cambio de la misma cantidad en un valor de color debería producir un cambio de aproximadamente la misma distancia perceptual. Al almacenar colores en valores de precisión limitados, esto puede mejorar la reproducción de los tonos. Ambos espacios Lab son relativos al punto blanco de los datos XYZ desde los que se convirtieron. Los valores de laboratorio no definen colores absolutos a menos que también se especifique el punto blanco. A menudo, en la práctica, se supone que el punto blanco sigue un estándar y no se establece explícitamente (por ejemplo, para el propósito de representación «colorimétrico absoluto», los valores del International Color Consortium L * a * b * son relativos al iluminador estándar C50 D50, mientras son relativos al sustrato no impreso para otros intentos de reproducción).

La levedad correlacionada en CIELAB se calcula usando la raíz cúbica de la luminancia relativa.

Ventajas
A diferencia de los modelos de color RGB y CMYK, el color Lab está diseñado para aproximarse a la visión humana. Aspira a la uniformidad perceptiva, y su componente L se aproxima mucho a la percepción humana de la ligereza, aunque no tiene en cuenta el efecto Helmholtz-Kohlrausch. Por lo tanto, se puede usar para realizar correcciones de balance de color precisas modificando las curvas de salida en los componentes a y b, o para ajustar el contraste de luminosidad usando el componente L. En los espacios RGB o CMYK, que modelan la salida de los dispositivos físicos en lugar de la percepción visual humana, estas transformaciones solo pueden realizarse con la ayuda de los modos de fusión adecuados en la aplicación de edición.

Debido a que el espacio Lab es más grande que la gama de pantallas e impresoras y porque los anchos de paso visuales son relativamente diferentes al área de color, una imagen de mapa de bits representada como Lab requiere más datos por píxel para obtener la misma precisión que un mapa de bits RGB o CMYK. En la década de 1990, cuando el hardware y el software de las computadoras se limitaban a almacenar y manipular principalmente mapas de bits de 8 bits / canal, la conversión de una imagen RGB a Lab y viceversa era una operación muy con pérdidas. Con el soporte de 16 bits / canal y punto flotante ahora común, la pérdida debida a la cuantificación es insignificante.

CIELAB está protegido por derechos de autor y sin licencia: dado que está completamente matemáticamente definido, el modelo CIELAB es de dominio público, en todos los aspectos se puede usar libremente e integrable (también tablas sistemáticas de valor de color Lab / HLC).

Una gran parte del espacio de coordenadas del laboratorio no puede ser generado por distribuciones espectrales, por lo tanto queda fuera de la visión humana y dichos valores de laboratorio no son «colores».

Diferenciación
Algunos usos específicos de la abreviatura en software, literatura, etc.

En Adobe Photoshop, la edición de imágenes con «Lab mode» es CIELAB D50.
En Affinity Photo, la edición de laboratorio se lleva a cabo cambiando el formato de color del documento a «Lab (16 bit)»
En los perfiles ICC, el «espacio de color Lab» utilizado como espacio de conexión de perfil es CIELAB D50.
En archivos TIFF, se puede usar el espacio de color CIELAB.
En documentos PDF, el «espacio de color Lab» es CIELAB.
En Digital Color Meter en OS X, se describe como «L * a * b *»
En el software de edición no destructiva de código abierto RawTherapee, una pestaña completa con muchos controles está dedicada al Modelo de Apariencia de Color CIE

CIELAB
CIE L * a * b * (CIELAB) es un espacio de color especificado por la Comisión Internacional de Iluminación (Comisión Francesa Internacional de Iluminación), de ahí su inicialismo CIE. Describe todos los colores visibles para el ojo humano y fue creado para servir como un modelo independiente del dispositivo para ser utilizado como referencia.

Las tres coordenadas de CIELAB representan la claridad del color (L * = 0 produce negro y L * = 100 indica blanco difuso, blanco especular puede ser mayor), su posición entre rojo / magenta y verde (a *, los valores negativos indican verde mientras que los valores positivos indican magenta) y su posición entre amarillo y azul (b *, los valores negativos indican azul y los valores positivos indican amarillo). El asterisco (*) después de L, a y b son estrellas pronunciadas y forman parte del nombre completo, ya que representan L *, a * y b *, para distinguirlos de L, a, y b de Hunter, que se describen a continuación.

Como el modelo L * a * b * es un modelo tridimensional, solo se puede representar adecuadamente en un espacio tridimensional. Las representaciones bidimensionales incluyen diagramas de cromaticidad: secciones del color sólido con una levedad fija. Es crucial darse cuenta de que las representaciones visuales de la gama completa de colores en este modelo nunca son precisas; están ahí solo para ayudar a entender el concepto.

Debido a que los canales adversarios rojo-verde y azul-amarillo se computan como diferencias de transformaciones de luminosidad de respuestas de cono (putativo), CIELAB es un espacio cromático de color de valor.

Un espacio de color relacionado, el espacio de color CIE 1976 (L *, u *, v *) (también conocido como CIELUV), conserva el mismo L * que L * a * b * pero tiene una representación diferente de los componentes de cromaticidad. CIELAB y CIELUV también se pueden expresar en forma cilíndrica (CIELCH y CIELCHuv, respectivamente), con los componentes de cromaticidad reemplazados por correlatos de croma y tono.

Desde CIELAB y CIELUV, el CIE ha ido incorporando un número cada vez mayor de fenómenos de apariencia de color en sus modelos, para modelar mejor la visión del color. Estos modelos de apariencia de color, de los cuales CIELAB es un ejemplo simple, culminaron con CIECAM02.

Diferencias perceptivas
Este tema se trata con más detalle en Diferencia de color.

Las relaciones no lineales para L *, a * yb * tienen la intención de imitar la respuesta no lineal del ojo. Además, los cambios uniformes de los componentes en el espacio de color L * a * b * apuntan a cambios uniformes en el color percibido, por lo que las diferencias de percepción relativas entre dos colores cualquiera en L * a * b * pueden aproximarse tratando cada color como un punto en un espacio tridimensional (con tres componentes: L *, a *, b *) y tomando la distancia euclidiana entre ellos.

Conversiones RGB y CMYK
No hay fórmulas simples para la conversión entre valores RGB o CMYK y L * a * b *, porque los modelos de color RGB y CMYK dependen del dispositivo. Los valores RGB o CMYK primero deben transformarse en un espacio de color absoluto específico, como sRGB o Adobe RGB. Este ajuste dependerá del dispositivo, pero los datos resultantes de la transformación serán independientes del dispositivo, permitiendo que los datos se transformen en el espacio de color CIE 1931 y luego se transformen en L * a * b *.

Rango de coordenadas
Como se mencionó anteriormente, la coordenada L * varía de 0 a 100. El rango posible de las coordenadas a * y b * es independiente del espacio de color del que se está convirtiendo, ya que la conversión siguiente utiliza X e Y, que provienen de RGB.

Conversiones CIELAB-CIEXYZ
Transformación hacia adelante
${\ displaystyle {\ begin {aligned} L ^ {\ star} & = 116 \ f \! \ left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}} \ right) -16 \\ a ^ {\ star} & = 500 \ left (f \! \ left ({\ frac {X} {X _ {\ mathrm {n}}}} \ right) -f \! \ left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}} \ right) \ right) \\ b ^ {\ star} & = 200 \ left (f \! \ Left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n }}}} \ right) -f \! \ left ({\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}} \ right) \ right) \ end {aligned}}}$
dónde

${\ displaystyle {\ begin {aligned} f (t) & = {\ begin {cases} {\ sqrt [{3}] {t}} & {\ text {if}} t> \ delta ^ {3} \ \ {\ frac {t} {3 \ delta ^ {2}}} + {\ frac {4} {29}} & {\ text {else}} \ end {cases}} \\\ delta & = {\ frac {6} {29}} \ end {aligned}}}$
Aquí, $Xn, Yn y Zn son los valores triestímulos CIE XYZ del punto blanco de referencia (el subíndice n sugiere «normalizado»).$

Bajo Iluminante D65 con normalización Y = 100, los valores son

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X _ {\ mathrm {n}} & = 95.047, \\ Y _ {\ mathrm {n}} & = 100.000, \\ Z _ {\ mathrm {n}} & = 108.883 \ end {alineado}}}$
Los valores para iluminante D50 son

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X _ {\ mathrm {n}} & = 96.6797, \\ Y _ {\ mathrm {n}} & = 100.000, \\ Z _ {\ mathrm {n}} & = 82.5188 \ end {alineado}}}$
La división del dominio de la función f en dos partes se realizó para evitar una pendiente infinita en t = 0. Se supuso que la función f era lineal debajo de algunos t = t0, y se suponía que coincidía con la parte t1 / 3 del Funciona en t0 tanto en valor como en pendiente. En otras palabras:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} t_ {0} ^ {1/3} & = mt_ {0} + c & {\ text {(match in value)}} \\ {\ frac {1} {3}} t_ {0} ^ {- 2/3} & = m & {\ text {(coincidencia en la pendiente)}} \ end {aligned}}}$
La intersección f (0) = c se eligió para que L * fuera 0 para Y = 0: c = 16/116 = 4/29. Las dos ecuaciones anteriores se pueden resolver para m y t0:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} m & = {\ frac {1} {3}} \ delta ^ {- 2} & = 7.787037 \ ldots \\ t_ {0} & = \ delta ^ {3} & = 0.008856 \ ldots \ end {aligned}}}$
donde δ = 6/29.

Transformación inversa
La transformación inversa se expresa más fácilmente usando el inverso de la función f anterior:

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

${\ displaystyle f ^ {- 1} (t) = {\ begin {cases} t ^ {3} & {\ text {if}} t> \ delta \\ 3 \ delta ^ {2} \ left (t- {\ frac {4} {29}} \ right) & {\ text {else}} \ end {cases}}}$
y donde δ = 6/29.

Hunter Lab
L es un correlato de la luminosidad, y se calcula a partir del valor de Y tristimulus utilizando la aproximación de Priest al valor de Munsell:

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}$
donde Yn es el valor de tímido tridimensional de un objeto blanco especificado. Para las aplicaciones de color de superficie, el objeto blanco especificado suele ser (aunque no siempre) un material hipotético con reflectancia unitaria que sigue la ley de Lambert. La L resultante se escalará entre 0 (negro) y 100 (blanco);aproximadamente diez veces el valor de Munsell. Tenga en cuenta que una luminosidad media de 50 se produce por una luminancia de 25, ya que {\ displaystyle 100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2} $100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2$

ayb se denominan ejes de color del oponente. a representa, aproximadamente, enrojecimiento (positivo) frente a verdor (negativo). Se calcula como:

${\ displaystyle a = K _ {\ mathrm {a}} \ left ({\ frac {X / X _ {\ mathrm {n}} -Y / Y _ {\ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y_ { \ mathrm {n}}}}} \ right)}$
donde Ka es un coeficiente que depende del iluminante (para D65, Ka es 172.30, ver la fórmula aproximada a continuación) y Xn es el valor de X tristimulus del objeto blanco especificado.

El otro eje de color del oponente, b, es positivo para los colores amarillos y negativo para los azules. Se calcula como:

${\ displaystyle b = K _ {\ mathrm {b}} \ left ({\ frac {Y / Y _ {\ mathrm {n}} -Z / Z _ {\ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y_ { \ mathrm {n}}}}} \ right)}$
donde Kb es un coeficiente que depende del iluminante (para D65, Kb es 67.20, ver la fórmula aproximada a continuación) y Zn es el valor de triestímulo Z del objeto blanco especificado.

Tanto a como b serán cero para objetos que tengan las mismas coordenadas de cromaticidad que los objetos blancos especificados (es decir, objetos acromáticos, grises,).

El nombre del sistema es una atribución a Richard S. Hunter.

Fórmulas aproximadas para Ka y Kb
En la versión anterior del espacio de color de Hunter Lab, Ka tenía 175 y Kb 70. Hunter Associates Lab descubrió que se podía obtener un mejor acuerdo con otras métricas de diferencia de color, como CIELAB (ver arriba) al permitir que estos coeficientes dependieran del iluminantes. Las fórmulas aproximadas son:

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

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

que dan como resultado los valores originales para Illuminant C, el iluminante original con el que se usó el espacio de color Lab.

Como un espacio de valencia cromática Adams
Los espacios de color de valencia cromática de Adams se basan en dos elementos: una escala de luminosidad (relativamente) uniforme y una escala de cromaticidad (relativamente) uniforme. Si tomamos como escala de luminosidad uniforme la aproximación de Priest a la escala de valores de Munsell, que se escribiría en notación moderna:

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}$
y, como coordina la cromaticidad uniforme:

{\ displaystyle c _ {\ mathrm {a}} = {\ frac {X / X _ {\ mathrm {n}}} {S / 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 }}}}}

donde ke es un coeficiente de sintonía, obtenemos los dos ejes cromáticos:

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

${\ displaystyle b = K \ cdot L \ cdot c _ {\ mathrm {b}} = K \ cdot 100k _ {\ mathrm {e}} {\ frac {Y / Y _ {\ mathrm {n}} -Z / Z_ { \ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}}$
que es idéntico a las fórmulas de Hunter Lab dadas arriba si seleccionamos K = Ka / 100 y ke = Kb / Ka. Por lo tanto, el espacio de color de Hunter Lab es un espacio de color de valencia cromática de Adams.

Representación cilíndrica: CIELCh o CIEHLC
El espacio de color CIELCh es un espacio de color de cubo CIELab, donde en lugar de coordenadas cartesianas a *, b *, las coordenadas cilíndricas C * (croma, saturación relativa) y h ° (ángulo de tono, ángulo del tono en la rueda de color CIELab) están especificados La luminosidad CIELab L * permanece sin cambios.

La conversión de a * y b * a C * y h ° se realiza mediante las siguientes fórmulas:

${\ displaystyle C ^ {\ star} = {\ sqrt {a ^ {\ star \, 2} + b ^ {\ star \, 2}}}, \ qquad h ^ {\ circ} = \ arctan \ left ( {\ frac {b ^ {\ star}} {a ^ {\ star}}} \ right)}$
Por el contrario, dadas las coordenadas polares, la conversión a coordenadas cartesianas se logra con:

${\ displaystyle a ^ {\ star} = C ^ {\ star} \ cos (h ^ {\ circ}), \ qquad b ^ {\ star} = C ^ {\ star} \ sin (h ^ {\ circ })}$
El espacio de color LCh no es el mismo que el de los modelos de color HSV, HSL o HSB, aunque sus valores también pueden interpretarse como un color base, saturación y claridad de un color. Los valores de HSL son una transformación de coordenadas polares de lo que se define técnicamente como espacio de color de cubo RGB. LCh sigue siendo perceptualmente uniforme.

Además, H y h no son idénticos, porque el espacio HSL utiliza como colores primarios los tres colores primarios aditivos rojo, verde, azul (H = 0, 120, 240 °). En cambio, el sistema LCh usa los cuatro colores amarillo, verde, azul y rojo (h = 90, 180, 270, 360 °). Independientemente del ángulo h, C = 0 significa los colores acromáticos, es decir, el eje gris.

La ortografía simplificada LCh, LCH y HLC son comunes, pero esta última presenta un orden diferente. El espacio de color HCL (Hue-Chroma-Luminance) por otro lado es un nombre alternativo comúnmente utilizado para el espacio de color L * C * h (uv), también conocido como la representación cilíndrica o CIELUV polar.