L’espace couleur Lab – HiSoUR Art Culture Histoire

L’espace couleur Lab décrit mathématiquement toutes les couleurs perceptibles dans les trois dimensions L pour la légèreté et a et b pour les composantes de couleur vert-rouge et bleu-jaune. La terminologie « Lab » provient de l’espace colorimétrique Hunter 1948. De nos jours, « Lab » est fréquemment utilisé comme abréviation de l’espace colorimétrique CIEL * a * b * 1976 (également CIELAB); les astérisques / étoiles distinguent la version CIE de la version originale de Hunter.La différence par rapport aux coordonnées de Hunter Lab est que les coordonnées CIELAB sont créées par une transformation de racine de cube des données de couleur CIE XYZ, tandis que les coordonnées de Hunter Lab sont le résultat d’une transformation de racine carrée. D’autres exemples moins communs d’espaces colorimétriques avec des représentations Lab font appel à la différence de couleur CIE 1994 et à la différence de couleur CIE 2000.

L’espace colorimétrique Lab dépasse la gamme de couleurs des modèles de couleurs RVB et CMJN (par exemple, ProPhoto RVB inclut environ 90% de toutes les couleurs perceptibles). L’un des attributs les plus importants du modèle Lab est l’indépendance des périphériques. Cela signifie que les couleurs sont définies indépendamment de leur nature de création ou de l’appareil sur lequel elles sont affichées. L’espace colorimétrique Lab est utilisé lorsque les graphiques pour l’impression doivent être convertis de RVB à CMJN, car la gamme Lab comprend à la fois la gamme RVB et la gamme CMJN. En outre, il est utilisé comme un format d’échange entre différents périphériques quant à l’indépendance de son périphérique. L’espace lui-même est un espace de nombres réels en trois dimensions, qui contient un nombre infini de représentations possibles de couleurs. Cependant, dans la pratique, l’espace est généralement mappé sur un espace entier tridimensionnel pour une représentation numérique indépendante du périphérique, et pour ces raisons, les valeurs L *, a * et b * sont généralement absolues, avec une plage prédéfinie. . La luminosité, L *, représente le noir le plus foncé à L * = 0 et le blanc le plus brillant à L * = 100. Les canaux de couleur, a * et b *, représenteront les vraies valeurs de gris neutres à un * = 0 et b * = 0. Les couleurs de l’adversaire rouge / vert sont représentées le long de l’axe a *, avec le vert pour les valeurs négatives a * et le rouge pour les valeurs positives a *. Les couleurs de l’adversaire jaune / bleu sont représentées le long de l’axe b *, avec les valeurs b * négatives pour le bleu et jaunes pour les valeurs b * positives. La mise à l’échelle et les limites des axes a * et b * dépendront de l’implémentation spécifique de la couleur Lab, comme décrit ci-dessous, mais elles s’étendent souvent dans la plage de ± 100 ou -128 à +127 (entier signé de 8 bits).

Les espaces colorimétriques CIELAB de Hunter et de 1976 ont tous deux été dérivés de l’espace colorimétrique CIE 1931 XYZ de l’espace «maître» antérieur, lequel peut prédire quelles distributions de puissance spectrale seront perçues comme la même couleur (voir métamérisme), mais pas particulièrement perceptuellement uniforme. . Fortement influencé par le système de couleurs Munsell, l’intention des deux espaces colorimétriques « Lab » est de créer un espace qui peut être calculé via des formules simples à partir de l’espace XYZ mais qui est plus uniforme sur le plan perceptuel que XYZ. Uniformément uniforme signifie qu’un changement de la même valeur dans une valeur de couleur devrait produire un changement d’environ la même distance perceptuelle. Lorsque vous stockez des couleurs avec des valeurs de précision limitées, cela peut améliorer la reproduction des tons. Les deux espaces Lab sont relatifs au point blanc des données XYZ à partir desquelles ils ont été convertis. Les valeurs de laboratoire ne définissent pas les couleurs absolues sauf si le point blanc est également spécifié.Souvent, en pratique, le point blanc est supposé suivre une norme et n’est pas explicitement indiqué (par exemple, pour l’intention de rendu « colorimétrique absolu », les valeurs L * a * b * de l’International Color Consortium sont relatives à l’illuminant ils sont relatifs au substrat non imprimé pour d’autres intentions de rendu).

Le corrélat de luminosité dans CIELAB est calculé en utilisant la racine cubique de la luminance relative.

Avantages
Contrairement aux modèles de couleurs RVB et CMJN, la couleur Lab est conçue pour se rapprocher de la vision humaine. Il aspire à l’uniformité perceptive, et sa composante L correspond étroitement à la perception de la légèreté par l’homme, bien qu’il ne prenne pas en compte l’effet Helmholtz-Kohlrausch. Ainsi, il peut être utilisé pour effectuer des corrections précises de l’équilibre des couleurs en modifiant les courbes de sortie dans les composants a et b, ou pour ajuster le contraste de luminosité en utilisant le composant L. Dans les espaces RVB ou CMJN, qui modélisent la sortie des périphériques physiques plutôt que la perception visuelle humaine, ces transformations ne peuvent être effectuées qu’à l’aide de modes de fusion appropriés dans l’application d’édition.

Comme l’espace Lab est plus grand que la gamme d’écrans et d’imprimantes et que les pas visuels sont relativement différents de la zone colorimétrique, une image bitmap représentée par Lab nécessite plus de données par pixel pour obtenir la même précision qu’un bitmap RVB ou CMJN. Dans les années 1990, lorsque le matériel informatique et les logiciels étaient limités au stockage et à la manipulation de bitmaps 8 bits / canal, la conversion d’une image RVB en laboratoire et retour était une opération très difficile. Avec un support à 16 bits / canal et à virgule flottante maintenant commun, la perte due à la quantification est négligeable.

CIELAB est libre de droit d’auteur et de licence: comme il est entièrement défini mathématiquement, le modèle CIELAB est du domaine public, il est à tous égards librement utilisable et intégrable (aussi des tables de valeurs de couleurs Lab / HLC systématiques).

Une grande partie de l’espace de coordonnées Lab ne peut pas être générée par des distributions spectrales, elle tombe donc en dehors de la vision humaine et de telles valeurs Lab ne sont pas des «couleurs».

Différenciation
Quelques utilisations spécifiques de l’abréviation dans les logiciels, la littérature, etc.

Dans Adobe Photoshop, l’édition d’image en mode « Lab » est le CIELAB D50.
Dans Affinity Photo, l’édition Lab est réalisée en remplaçant le format couleur du document par « Lab (16 bits) ».
Dans les profils ICC, le « Lab color space » utilisé comme espace de connexion de profil est CIELAB D50.
Dans les fichiers TIFF, l’espace colorimétrique CIELAB peut être utilisé.
Dans les documents PDF, « Lab color space » est CIELAB.
Dans Digital Color Meter sur OS X, il est décrit comme « L * a * b * »
Dans le logiciel d’édition non destructive open source RawTherapee, un onglet complet avec de nombreux contrôles est dédié au modèle CIE Colour Apparence

CIELAB
CIE L * a * b * (CIELAB) est un espace de couleur spécifié par la Commission Internationale de l’Illumination (Commission Internationale de l’Éclairage), d’où son initialisme CIE. Il décrit toutes les couleurs visibles à l’œil humain et a été créé pour servir de modèle indépendant du dispositif à utiliser comme référence.

Les trois coordonnées de CIELAB représentent la légèreté de la couleur (L * = 0 donne du noir et L * = 100 indique un blanc diffus, le blanc spéculaire peut être plus élevé), sa position entre rouge / magenta et vert (a *, les valeurs négatives indiquent vert tandis que les valeurs positives indiquent le magenta) et sa position entre le jaune et le bleu (b *, les valeurs négatives indiquent le bleu et les valeurs positives indiquent le jaune). L’astérisque (*) après L, a et b sont prononcés en étoile et font partie du nom complet, puisqu’ils représentent L *, a * et b *, pour les distinguer des L, a et b de Hunter, décrits ci-dessous.

Puisque le modèle L * a * b * est un modèle tridimensionnel, il ne peut être représenté correctement que dans un espace tridimensionnel. Les représentations bidimensionnelles incluent des diagrammes de chromaticité: sections de la couleur solide avec une légèreté fixe. Il est crucial de réaliser que les représentations visuelles de la gamme complète de couleurs dans ce modèle ne sont jamais précises; ils sont là juste pour aider à comprendre le concept.

Comme les canaux opposés rouge-vert et jaune-bleu sont calculés comme des différences de transformations de légèreté des réponses de cônes (putatives), CIELAB est un espace de couleur de valeur chromatique.

Un espace colorimétrique connexe, l’espace colorimétrique CIE 1976 (L *, u *, v *) (alias CIELUV), conserve le même L * que L * a * b * mais présente une représentation différente des composantes chromatiques. CIELAB et CIELUV peuvent également être exprimés sous forme cylindrique (CIELCH et CIELCHuv, respectivement), les composants de chromaticité étant remplacés par des corrélats de chrominance et de teinte.

Depuis le CIELAB et le CIELUV, le CIE intègre dans ses modèles un nombre croissant de phénomènes d’apparence des couleurs pour mieux modéliser la vision des couleurs. Ces modèles d’apparence des couleurs, dont CIELAB est un exemple simple, ont abouti à CIECAM02.

Différences perceptuelles
Ce sujet est couvert plus en détail à la différence de couleur.

Les relations non linéaires pour L *, a * et b * sont destinées à imiter la réponse non linéaire de l’œil. De plus, des changements uniformes de composantes dans l’espace colorimétrique L * a * b * visent à correspondre à des changements uniformes de couleur perçue, de sorte que les différences perceptuelles relatives entre deux couleurs de L * a * b * peuvent être approximées en traitant chaque couleur comme un point dans un espace tridimensionnel (avec trois composantes: L *, a *, b *) et en prenant la distance euclidienne entre eux.

Conversions RVB et CMJN
Il n’existe pas de formules simples de conversion entre les valeurs RVB ou CMJN et L * a * b *, car les modèles de couleurs RVB et CMJN dépendent du périphérique. Les valeurs RVB ou CMJN doivent d’abord être transformées en un espace de couleur absolu spécifique, tel que sRVB ou Adobe RVB. Cet ajustement dépendra du périphérique, mais les données résultantes de la transformation seront indépendantes du périphérique, ce qui permettra de transformer les données dans l’espace colorimétrique CIE 1931, puis de les transformer en L * a * b *.

Plage de coordonnées
Comme mentionné précédemment, la coordonnée L * va de 0 à 100. La plage possible des coordonnées * et b * est indépendante de l’espace de couleur que l’on convertit, puisque la conversion ci-dessous utilise X et Y, qui proviennent de RVB.

Conversions de CIELAB-CIEXYZ
Transformation vers l’avant
${\ displaystyle {\ begin {aligné} L ^ {\ star} & = 116 \ f \! \ left ({\ frac {Y} {Y_ {\ mathrm {n}}}} \ right) -16 \\ a ^ {\ star} & = 500 \ gauche (f \! \ left ({\ frac {X} {X _ {\ mathrm {n}}} \ right) -f \! \ left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}} \ right) \ right) \\ b {{étoile} & = 200 \ left (f \! \ Left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n }}}} right -f \! \ left ({\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}} right) \ right) \ end {aligned}}}$
où

${\ displaystyle {\ begin {aligné} f (t) & = {\ begin {cas} {\ sqrt [{3}] {t}} & {\ text {if}} t> \ delta ^ {3} \ \ {\ frac {t} {3 \ delta ^ {2}}} + {\ frac {4} {29}} & {\ text {else}} \ end {cas}} \\\ delta & = {\ frac {6} {29}} \ end {aligné}}}$
Ici, $X n, Y n et Z n sont les valeurs trichromatiques CIE XYZ du point blanc de référence (l’indice n suggère «normalisé»).$

Sous Illuminant D65 avec normalisation Y = 100, les valeurs sont

${\ displaystyle {\ begin {aligné} X _ {\ mathrm {n}} & = 95.047, \\ Y _ {\ mathrm {n}} & = 100.000, \\ Z _ {\ mathrm {n}} & = 108.883 \ end {aligné}}}$
Les valeurs pour l’illuminant D50 sont

${\ displaystyle {\ begin {aligné} X _ {\ mathrm {n}} & = 96.6797, \\ Y _ {\ mathrm {n}} & = 100.000, \\ Z _ {\ mathrm {n}} & = 82.5188 \ end {aligné}}}$
La division du domaine de la fonction f en deux parties a été faite pour empêcher une pente infinie à t = 0. La fonction f était supposée être linéaire au-dessous de t = t0, et était supposée correspondre à la partie t1 / 3 du fonctionne à t0 à la fois en valeur et en pente. En d’autres termes:

${\ displaystyle {\ begin {aligné} t_ {0} ^ {1/3} & = mt_ {0} + c & {\ text {(valeur équivalente)}} \\ {\ frac {1} {3}} t_ {0} ^ {- 2/3} & = m & {\ text {(correspondance dans la pente)}} \ end {aligned}}}$
L’ordonnée à l’origine f (0) = c a été choisie pour que L * soit 0 pour Y = 0: c = 16/116 = 4/29. Les deux équations ci-dessus peuvent être résolues pour m et t0:

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

Transformation inverse
La transformation inverse est plus facilement exprimée en utilisant l’inverse de la fonction f ci-dessus:

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

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

Hunter Lab
L est un corrélat de la légèreté, et est calculé à partir de la valeur tristimulus Y en utilisant l’approximation de Priest à la valeur de Munsell:

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}$
où Yn est la valeur tristimulus Y d’un objet blanc spécifié. Pour les applications en couleurs de surface, l’objet blanc spécifié est généralement (mais pas toujours) un matériau hypothétique avec réflectance unitaire qui suit la loi de Lambert. Le L résultant sera mis à l’échelle entre 0 (noir) et 100 (blanc); environ dix fois la valeur de Munsell. Notez qu’une luminosité moyenne de 50 est produite par une luminance de 25, puisque {\ displaystyle 100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2} $100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2$

a et b sont appelés axes de couleur opposés. a représente, à peu près, Redness (positif) versus Greenness (négatif). Il est calculé comme suit:

${\ displaystyle a = K {{mathrm {a}} \ left ({\ frac {X / X _ {\ mathrm {n}} -Y / Y _ {\ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y_ { \ mathrm {n}}}}} \ right)}$
où Ka est un coefficient qui dépend de l’illuminant (pour D65, Ka est 172,30, voir formule approximative ci-dessous) et Xn est la valeur tristimulus X de l’objet blanc spécifié.

L’axe de couleur de l’autre adversaire, b, est positif pour les couleurs jaunes et négatif pour les couleurs bleues. Il est calculé comme suit:

${\ displaystyle b = K _ {\ mathrm {b}} \ left ({\ frac {O / Y _ {\ mathrm {n}} -Z / Z {{mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y_ { \ mathrm {n}}}}} \ right)}$
où Kb est un coefficient qui dépend de l’illuminant (pour D65, Kb est 67,20, voir la formule approximative ci-dessous) et Zn est la valeur trichromatique Z de l’objet blanc spécifié.

A et b seront tous deux nuls pour les objets qui ont les mêmes coordonnées de chromaticité que les objets blancs spécifiés (c’est-à-dire, achromatique, gris, objets).

Le nom du système est une attribution à Richard S. Hunter.

Formules approximatives pour Ka et Kb
Dans la version précédente de l’espace colorimétrique Hunter Lab, Ka était de 175 et Kb de 70. Hunter Associates Lab a découvert qu’un meilleur accord pouvait être obtenu avec d’autres métriques de différence de couleur, comme CIELAB (voir ci-dessus) en permettant à ces coefficients illuminants. Les formules approximatives sont:

{\ 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}})}

ce qui donne les valeurs d’origine de l’illuminant C, l’illuminant d’origine avec lequel l’espace colorimétrique Lab a été utilisé.

Comme un espace de valence chromatique Adams
Les espaces colorimétriques de valence chromatique d’Adams sont basés sur deux éléments: une échelle de luminosité (relativement) uniforme et une échelle de chromaticité (relativement) uniforme. Si nous prenons comme échelle de légèreté uniforme l’approximation de Priest à l’échelle de Munsell Value, qui serait écrite en notation moderne:

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}$
et, comme la chromaticité uniforme coordonne:

{\ 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 }}}}}

où ke est un coefficient d’accord, on obtient les deux axes chromatiques:

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

${\ displaystyle b = K \ cdot L \ cdot c _ {\ mathrm {b}} = K \ cdot 100k _ {\ mathrm {e}} {\ frac {Y / Y _ {\ mathrm {n}} -Z / Z_ { \ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}}$
qui est identique aux formules de Hunter Lab données ci-dessus si l’on choisit K = Ka / 100 et ke = Kb / Ka. Par conséquent, l’espace colorimétrique Hunter Lab est un espace chromatique de valence chromatique Adams.

Représentation cylindrique: CIELCh ou CIEHLC
L’espace colorimétrique CIELCh est un espace de couleur de cube CIELab, où au lieu des coordonnées cartésiennes a *, b *, les coordonnées cylindriques C * (saturation relative) et h ° (angle de teinte, angle de la teinte dans la roue chromatique CIELab) sont spécifiés. La légèreté CIELab L * reste inchangée.

La conversion d’un * et b * en C * et h ° est faite en utilisant les formules suivantes:

${\ displaystyle C ^ {\ étoile} = {\ sqrt {a ^ {\ étoile \, 2} + b ^ {\ étoile \, 2}}}, \ qquad h ^ {\ circ} = \ arctan \ gauche ( {\ frac {b ^ {\ star}} {a ^ {\ star}}}}$
Inversement, compte tenu des coordonnées polaires, la conversion en coordonnées cartésiennes est réalisée avec:

${\ displaystyle a ^ {\ étoile} = C ^ {\ étoile} \ cos (h ^ {\ circ}), \ qquad b ^ {\ étoile} = C ^ {\ étoile} \ sin (h ^ {\ circ })}$
L’espace colorimétrique LCh n’est pas le même que celui des modèles HSV, HSL ou HSB, bien que leurs valeurs puissent également être interprétées comme une couleur de base, une saturation et une luminosité d’une couleur. Les valeurs HSL sont une transformation de coordonnées polaires de l’espace de couleur de cube RGB techniquement défini. LCh est toujours perceptuellement uniforme.

De plus, H et h ne sont pas identiques, car l’espace HSL utilise comme couleurs primaires les trois couleurs primaires additives rouge, vert, bleu (H = 0, 120, 240 °). Au lieu de cela, le système LCh utilise les quatre couleurs jaune, vert, bleu et rouge (h = 90, 180, 270, 360 °). Quel que soit l’angle h, C = 0 signifie les couleurs achromatiques, c’est-à-dire l’axe des gris.

Les orthographes simplifiées LCh, LCH et HLC sont courantes, mais cette dernière présente un ordre différent. D’autre part, l’espace chromatique HCL (Hue-Chroma-Luminance) est un autre nom couramment utilisé pour l’espace colorimétrique L * C * h (uv), également connu sous le nom de représentation cylindrique ou CIELUV polaire.