Espaço de cores Lab

O espaço de cores Lab descreve matematicamente todas as cores perceptíveis nas três dimensões L para a claridade e aeb para os componentes de cor verde-vermelho e azul-amarelo. A terminologia “Lab” se origina do espaço de cores Hunter 1948. Hoje em dia, o “Lab” é freqüentemente mal utilizado como abreviação do espaço de cores CIEL * a * b * 1976 (também CIELAB); os asteriscos / estrelas distinguem a versão CIE da versão original de Hunter. A diferença das coordenadas do Hunter Lab é que as coordenadas CIELAB são criadas por uma transformação de raiz cúbica dos dados de cor CIE XYZ, enquanto as coordenadas do Hunter Lab são o resultado de uma transformação de raiz quadrada. Outros exemplos menos comuns de espaços de cores com representações de laboratório fazem uso da diferença de cor CIE 1994 e da diferença de cor CIE 2000.

O espaço de cores do Lab excede as gamas dos modelos de cores RGB e CMYK (por exemplo, o ProPhoto RGB inclui cerca de 90% de todas as cores perceptíveis). Um dos atributos mais importantes do modelo Lab é a independência do dispositivo. Isso significa que as cores são definidas independentemente de sua natureza de criação ou do dispositivo em que são exibidas. O espaço de cores Lab é usado quando os gráficos para impressão precisam ser convertidos de RGB para CMYK, pois a gama Lab inclui as cores RGB e CMYK. Também é usado como um formato de intercâmbio entre dispositivos diferentes quanto à sua independência de dispositivo. O espaço em si é um espaço numérico real tridimensional, que contém um número infinito de possíveis representações de cores. No entanto, na prática, o espaço geralmente é mapeado em um espaço inteiro tridimensional para representação digital independente do dispositivo e, por esses motivos, os valores L *, a * eb * geralmente são absolutos, com um intervalo predefinido . A luminosidade, L *, representa o preto mais escuro em L * = 0, e o branco mais brilhante em L * = 100. Os canais de cor, a * eb *, representarão valores verdadeiros de cinza neutro em a * = 0 eb * = 0. As cores do oponente vermelho / verde são representadas ao longo do eixo a *, com verde nos valores negativos a * e vermelho nos valores positivos a *. As cores oponentes amarelo / azul são representadas ao longo do eixo b *, com azul nos valores negativos b * e amarelo nos valores positivos b *. O dimensionamento e os limites dos eixos a * eb * dependerão da implementação específica da cor Lab, conforme descrito abaixo, mas eles geralmente são executados no intervalo de ± 100 ou −128 a +127 (inteiro de 8 bits com sinal).

Ambos os espaços de cores Hunter e 1976 CIELAB foram derivados do espaço de cor CIE 1931 XYZ “master” anterior, que pode prever quais distribuições de potência espectral serão percebidas como a mesma cor (ver metamerismo), mas que não é particularmente uniforme . Fortemente influenciado pelo sistema de cores Munsell, a intenção de ambos os espaços de cor “Lab” é criar um espaço que possa ser calculado através de fórmulas simples do espaço XYZ, mas seja mais perceptivelmente uniforme que o XYZ. Perceptualmente uniforme significa que uma mudança da mesma quantidade em um valor de cor deve produzir uma mudança de aproximadamente a mesma distância perceptual. Ao armazenar cores em valores de precisão limitada, isso pode melhorar a reprodução de tons. Os dois espaços do Lab são relativos ao ponto branco dos dados XYZ dos quais foram convertidos. Os valores de laboratório não definem cores absolutas, a menos que o ponto branco também seja especificado. Frequentemente, na prática, assume-se que o ponto branco segue um padrão e não é explicitamente declarado (por exemplo, para a intenção de renderização “colorimétrico absoluto”, os valores do International Color Consortium L * a * b * são relativos ao iluminante padrão C3 D50, enquanto eles são relativos ao substrato não impresso para outras finalidades de renderização).

O correlato de leveza no CIELAB é calculado usando a raiz cúbica da luminância relativa.

Vantagens
Ao contrário dos modelos de cores RGB e CMYK, a cor Lab foi projetada para aproximar a visão humana. Aspira a uniformidade perceptual, e seu componente L se aproxima muito da percepção humana de leveza, embora não leve em conta o efeito Helmholtz-Kohlrausch. Assim, ele pode ser usado para fazer correções de equilíbrio de cor precisas, modificando as curvas de saída nos componentes aeb, ou para ajustar o contraste de luminosidade usando o componente L. Em espaços RGB ou CMYK, que modelam a saída de dispositivos físicos em vez da percepção visual humana, essas transformações podem ser feitas apenas com a ajuda de modos de mesclagem apropriados no aplicativo de edição.

Como o espaço do Lab é maior que a gama de monitores e impressoras de computador e porque as larguras das etapas visuais são relativamente diferentes da área de cores, uma imagem de bitmap representada como Lab requer mais dados por pixel para obter a mesma precisão que um bitmap RGB ou CMYK. Na década de 1990, quando o hardware e o software do computador limitavam-se a armazenar e manipular principalmente bitmaps de 8 bits / canal, a conversão de uma imagem RGB para o Lab e vice-versa era uma operação muito deficitária. Com suporte a 16 bits / canal e ponto flutuante agora comum, a perda devido à quantização é insignificante.

O CIELAB é isento de direitos de autor e licença: como é totalmente definido matematicamente, o modelo CIELAB é de domínio público, é em todos os aspectos livremente utilizável e integrável (também tabelas de valores de cores Lab / HLC sistemáticas).

Uma grande parte do espaço de coordenadas de laboratório não pode ser gerada por distribuições espectrais, portanto, fica fora da visão humana e esses valores de laboratório não são “cores”.

Diferenciação
Alguns usos específicos da abreviatura em software, literatura etc.

No Adobe Photoshop, a edição de imagens usando o “modo Lab” é o CIELAB D50.
No Affinity Photo, a edição de laboratório é obtida alterando o formato de cor do documento para “Lab (16 bit)”
Nos perfis ICC, o “espaço de cores Lab” usado como espaço de conexão de perfil é o CIELAB D50.
Nos arquivos TIFF, o espaço de cores CIELAB pode ser usado.
Nos documentos PDF, o “espaço de cores do laboratório” é o CIELAB.
No Digital Color Meter no OS X, é descrito como “L * a * b *”
No software RawTherapee de edição não destrutiva de código aberto, uma aba inteira com muitos controles é dedicada ao Modelo de Aparência de Cor CIE

CIELAB
O CIE L * a * b * (CIELAB) é um espaço de cor especificado pela Comissão Internacional de Iluminação (Comissão Francesa Internacional de l’Clairage, daí sua inicialização CIE). Ele descreve todas as cores visíveis ao olho humano e foi criado para servir como um modelo independente de dispositivo para ser usado como referência.

As três coordenadas do CIELAB representam a leveza da cor (L * = 0 produz preto e L * = 100 indica branco difuso; branco especular pode ser maior), sua posição entre vermelho / magenta e verde (a *, valores negativos indicam verde enquanto valores positivos indicam magenta) e sua posição entre amarelo e azul (b *, valores negativos indicam valores azuis e positivos indicam amarelo). O asterisco (*) depois de L, aeb são pronunciados em estrela e fazem parte do nome completo, pois representam L *, a * eb *, para distingui-los dos L, a e b de Hunter, descritos abaixo.

Como o modelo L * a * b * é um modelo tridimensional, ele pode ser representado adequadamente apenas em um espaço tridimensional. Representações bidimensionais incluem diagramas de cromaticidade: seções da cor sólida com uma luminosidade fixa. É crucial perceber que as representações visuais da gama completa de cores neste modelo nunca são precisas; eles estão lá apenas para ajudar na compreensão do conceito.

Como os canais oponentes vermelho-verde e amarelo-azul são computados como diferenças de transformações de leveza das respostas do cone (putativo), o CIELAB é um espaço de cores de valor cromático.

Um espaço de cor relacionado, o espaço de cor CIE 1976 (L *, u *, v *) (também conhecido como CIELUV), preserva o mesmo L * como L * a * b *, mas possui uma representação diferente dos componentes de cromaticidade. O CIELAB e o CIELUV também podem ser expressos em forma cilíndrica (CIELCH e CIELCHuv, respectivamente), com os componentes de cromaticidade substituídos por correlatos de croma e matiz.

Desde CIELAB e CIELUV, o CIE vem incorporando um número crescente de fenômenos de aparência de cor em seus modelos, para melhor modelar a visão de cores. Esses modelos de aparência de cor, dos quais o CIELAB é um exemplo simples, culminaram com o CIECAM02.

Diferenças perceptivas
Este tópico é abordado com mais detalhes em Diferença de cores.

As relações não lineares para L *, a * e b * pretendem imitar a resposta não linear do olho. Além disso, mudanças uniformes de componentes no espaço de cor L * a * b * visam corresponder a mudanças uniformes na cor percebida, de modo que as diferenças de percepção relativas entre quaisquer duas cores em L * a * b * podem ser aproximadas tratando cada cor como um ponto em um espaço tridimensional (com três componentes: L *, a *, b *) e tomando a distância euclidiana entre eles.

Conversões RGB e CMYK
Não há fórmulas simples para conversão entre valores RGB ou CMYK e L * a * b *, porque os modelos de cores RGB e CMYK dependem do dispositivo. Os valores RGB ou CMYK primeiro devem ser transformados em um espaço de cores absoluto específico, como sRGB ou Adobe RGB. Esse ajuste será dependente do dispositivo, mas os dados resultantes da transformação serão independentes do dispositivo, permitindo que os dados sejam transformados no espaço de cores CIE 1931 e depois transformados em L * a * b *.

Gama de coordenadas
Como mencionado anteriormente, a coordenada L * varia de 0 a 100. O possível alcance de coordenadas * e b * é independente do espaço de cores do qual a pessoa está convertendo, uma vez que a conversão abaixo usa X e Y, que vêm do RGB.

Conversões CIELAB-CIEXYZ
Transformação para a frente

Onde


Aqui, X n , Y n e Z n são os valores tristimulares CIE XYZ do ponto branco de referência (o subscrito n sugere “normalizado”).

Sob o iluminante D65 com normalização Y = 100, os valores são


Os valores para o iluminante D50 são


A divisão do domínio da função f em duas partes foi feita para evitar uma inclinação infinita em t = 0. A função f foi assumida como sendo linear abaixo de algum t = t0, e foi assumido que correspondesse à parte t1 / 3 do função em t0 em valor e inclinação. Em outras palavras:


O intercepto f (0) = c foi escolhido de modo que L * seria 0 para Y = 0: c = 16/116 = 4/29. As duas equações acima podem ser resolvidas para m e t0:


onde δ = 6/29.

Transformação reversa
A transformação reversa é mais facilmente expressa usando o inverso da função f acima:


Onde


e onde δ = 6/29.

Laboratório caçador
L é um correlato de leveza e é calculado a partir do valor de tristimulo Y usando a aproximação de Priest ao valor de Munsell:


onde Yn é o valor tristimulus de um objeto branco especificado. Para aplicações de cores superficiais, o objeto branco especificado é geralmente (embora nem sempre) um material hipotético com reflectância de unidade que segue a lei de Lambert. O L resultante será escalado entre 0 (preto) e 100 (branco); cerca de dez vezes o valor Munsell. Note que uma luminosidade média de 50 é produzida por uma luminância de 25, desde {\ displaystyle 100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2} 

a e b são denominados eixos de cores oponentes. a representa, aproximadamente, Vermelhidão (positiva) versus Verde (negativa). É calculado como:


onde Ka é um coeficiente que depende do iluminante (para D65, Ka é 172.30; veja fórmula aproximada abaixo) e Xn é o valor de X tristimulus do objeto branco especificado.

O outro eixo de cor do oponente, b, é positivo para cores amarelas e negativo para cores azuis. É calculado como:


onde Kb é um coeficiente que depende do iluminante (para D65, Kb é 67,20; veja fórmula aproximada abaixo) e Zn é o valor tristimulus Z do objeto branco especificado.

Tanto a como b serão zero para objetos que tenham as mesmas coordenadas de cromaticidade que os objetos brancos especificados (isto é, acromáticos, cinza, objetos).

O nome do sistema é uma atribuição a Richard S. Hunter.

Fórmulas aproximadas para Ka e Kb
Na versão anterior do espaço de cores da Hunter Lab, Ka tinha 175 e Kb era 70. A Hunter Associates Lab descobriu que uma melhor concordância poderia ser obtida com outras métricas de diferença de cor, como CIELAB (veja acima), permitindo que esses coeficientes dependessem da iluminantes. Fórmulas aproximadas são:

que resultam nos valores originais do iluminante C, o iluminante original com o qual o espaço de cores Lab foi usado.

Como um espaço de valência cromática de Adams
Os espaços de cores de valência cromática de Adams baseiam-se em dois elementos: uma escala de luminosidade (relativamente) uniforme e uma escala de cromaticidade (relativamente) uniforme. Se tomarmos como a escala de leveza uniforme a aproximação de Priest à escala de Munsell Value, que seria escrita em notação moderna:


e, como as coordenadas de cromaticidade uniforme:

onde ke é um coeficiente de afinação, obtemos os dois eixos cromáticos:


e


que é idêntico às fórmulas da Hunter Lab dadas acima se selecionarmos K = Ka / 100 e ke = Kb / Ka. Portanto, o espaço de cores do Hunter Lab é um espaço de cores de valência cromática da Adams.

Representação cilíndrica: CIELCh ou CIEHLC
O espaço de cores CIELCh é um espaço de cor do cubo CIELab, onde em vez de coordenadas cartesianas a *, b *, as coordenadas cilíndricas C * (croma, saturação relativa) e h ° (ângulo de matiz, ângulo da matiz na roda de cores CIELab) são especificados. A luminosidade do CIELab L * permanece inalterada.

A conversão de a * e b * para C * e h ° é feita usando as seguintes fórmulas:


Por outro lado, dadas as coordenadas polares, a conversão para coordenadas cartesianas é obtida com:


O espaço de cores da LCh não é o mesmo dos modelos de cores HSV, HSL ou HSB, embora seus valores também possam ser interpretados como uma cor de base, saturação e luminosidade de uma cor. Os valores de HSL são uma transformação de coordenadas polares do que é o espaço de cores do cubo RGB tecnicamente definido. A LCh ainda é perceptivelmente uniforme.

Além disso, H e h não são idênticos, porque o espaço HSL usa como cores primárias as três cores primárias aditivas: vermelho, verde, azul (H = 0, 120, 240 °).Em vez disso, o sistema LCh usa as quatro cores amarelo, verde, azul e vermelho (h = 90, 180, 270, 360 °). Independentemente do ângulo h, C = 0 significa as cores acromáticas, isto é, o eixo cinza.

As grafias simplificadas LCh, LCH e HLC são comuns, mas a última apresenta uma ordem diferente. O espaço de cores HCL (Hue-Chroma-Luminance), por outro lado, é um nome alternativo comumente usado para o espaço de cores L * C * h (uv), também conhecido como representação cilíndrica ou CIELUV polar.