LAB色彩空间 – HiSoUR 文化艺术历史人文

Lab色彩空间在数学上描述了三个维度L中亮度的所有可感知颜色，以及对于绿色 – 红色和蓝色 – 黄色颜色分量的a和b。术语“实验室”起源于Hunter 1948色彩空间。现在“实验室”经常被误用为CIEL * a * b * 1976色彩空间（也是CIELAB）的缩写; 星号/星号将CIE版本与Hunter原始版本区分开来。与亨特实验室坐标的区别在于，CIELAB坐标是由CIE XYZ颜色数据的立方根变换创建的，而Hunter Lab坐标是平方根变换的结果。其他不常见的使用Lab表示色彩空间的示例使用CIE 1994色差和CIE 2000色差。

Lab色彩空间超过了RGB和CMYK色彩模型的色域（例如，ProPhoto RGB包含所有可感知色彩的约90％）。实验室模型的一个最重要的属性是设备独立性。这意味着颜色的定义与它们的创作性质或其显示设备无关。实验室色彩空间用于当打印图形必须从RGB转换为CMYK时，因为Lab色域包括RGB和CMYK色域。它也被用作不同设备之间的交换格式，因为它的设备独立性。空间本身是一个三维实数空间，它包含无限数量的可能的颜色表示。然而，实际上，空间通常被映射到三维整数空间以用于设备无关的数字表示，并且由于这些原因，L *，a *和b *值通常是绝对的，具有预定义的范围。亮度L *代表L * = 0时最黑的黑色，L * = 100时最亮的白色。颜色通道a *和b *将代表a * = 0处的真正中性灰度值，b * = 0.红色/绿色对手颜色沿a *轴表示，绿色表示负a *值，红色表示正a *值。沿着b *轴表示黄/蓝对手颜色，其中在负b *值处为蓝色，在正b *值处为黄色。如下所述，a *和b *轴的缩放比例和限制取决于Lab颜色的具体实现方式，但它们通常运行在±100或-128至+127（带符号的8位整数）的范围内。

Hunter和1976 CIELAB色彩空间都源自先前的“主”空间CIE 1931 XYZ色彩空间，该色彩空间可以预测哪些光谱能量分布将被视为相同的颜色（参见同色异谱），但它不是特别感知均匀。受到Munsell色彩系统的强烈影响，“Lab”色彩空间的意图是创建一个空间，可以通过XYZ空间中的简单公式计算出空间，但比XYZ感知更均匀。感知均匀意味着颜色值中相同数量的变化应该产生大约相同感知距离的变化。当以有限的精度值存储色彩时，这可以改善色调的再现。这两个实验室空间都与它们从中转换的XYZ数据的白点有关。实验室值不定义绝对颜色，除非白点也被指定。通常，在实践中，白点假定遵循标准并且没有明确说明（例如，对于“绝对比色”渲染意图，国际色彩联盟L * a * b *值是相对于CIE标准光源D50的，而它们相对于其他渲染意图的未打印基板）。

使用相对亮度的立方根来计算CIELAB中的亮度相关性。

优点
与RGB和CMYK颜色模型不同，Lab颜色旨在近似人类视觉。它渴望知觉均匀性，其L分量与人类对亮度的感知紧密匹配，但它不考虑亥姆霍兹 – 科尔劳施效应。因此，它可用于通过修改a和b分量中的输出曲线或使用L分量调整亮度对比度来进行精确的色彩平衡校正。在对物理设备的输出进行建模而非人类视觉感知的RGB或CMYK空间中，这些转换只能在编辑应用程序中的适当混合模式的帮助下完成。

由于Lab空间大于计算机显示器和打印机的色域，并且因为视觉步长与颜色区域相对不同，所以用Lab表示的位图图像需要更多数据才能获得与RGB或CMYK位图相同的精度。在20世纪90年代，当计算机硬件和软件仅限于存储和操作大多数8位/通道位图时，将RGB图像转换为实验室并返回是非常有损耗的操作。现在通用的16位/通道和浮点支持，量化造成的损失可以忽略不计。

CIELAB是版权和免许可证的：由于它是完全数学定义的，CIELAB模型是公有领域，它在所有方面都是可自由使用和可集成的（也是系统化的Lab / HLC颜色值表）。

Lab坐标空间的很大一部分不能由光谱分布生成，因此它不属于人类视觉范围，并且这些Lab值不是“颜色”。

区别
缩写在软件，文学等方面的一些具体用途

在Adobe Photoshop中，使用“实验室模式”进行图像编辑是CIELAB D50。
在Affinity Photo中，通过将文档的颜色格式更改为“Lab（16位）”来实现实验室编辑
在ICC配置文件中，用作配置文件连接空间的“Lab颜色空间”是CIELAB D50。
在TIFF文件中，可以使用CIELAB色彩空间。
在PDF文档中，“Lab颜色空间”是CIELAB。
在OS X上的数字色彩表中，它被描述为“L * a * b *”
在开源非破坏性编辑软件RawTherapee中，包含许多控件的整个选项卡专用于CIE颜色外观模型

CIELAB
CIE L * a * b *（CIELAB）是由国际照明委员会（法国国际照明委员会，因此它的CIE初始性）规定的色彩空间。它描述了人眼可见的所有颜色，并且被创建用作独立于设备的模型以用作参考。

CIELAB的三个坐标表示颜色的亮度（L * = 0产生黑色，L * = 100表示漫反射白色;镜面白色可能更高），它在红色/品红色和绿色之间的位置（a *，负值表示绿色而正值表示洋红色）以及它在黄色和蓝色之间的位置（b *，负值表示蓝色，正值表示黄色）。 L，a和b之后的星号（*）发音为星号，并且是全名的一部分，因为它们表示L *，a *和b *，以便将它们与Hunter的L，a和b区分开来，如下所述。

由于L * a * b *模型是三维模型，因此它只能在三维空间中正确表示。二维描述包括色度图：固定颜色的部分具有固定的亮度。关键是要认识到，这个模型中所有色彩的视觉表现都是不准确的; 他们只是为了帮助理解这个概念。

因为红 – 绿和黄 – 蓝对手通道被计算为（假定）锥体响应亮度变换的差异，所以CIELAB是一个彩色值色彩空间。

相关色彩空间CIE 1976（L *，u *，v *）色彩空间（又名CIELUV）保留与L * a * b *相同的L *，但色度分量的表示方式不同。 CIELAB和CIELUV也可以以圆柱形式（分别为CIELCH和CIELCHuv）表示，其中色度组分由色度和色调的关联取代。

自CIELAB和CIELUV以来，CIE一直将越来越多的色彩外观现象纳入其模型中，以更好地模拟色彩视觉。这些颜色外观模型，CIELAB就是一个简单的例子，最终以CIECAM02结束。

感知差异
色差更详细地介绍了这个主题。

L *，a *和b *的非线性关系旨在模拟眼睛的非线性响应。此外，L * a * b *颜色空间中的组分的均匀变化旨在对应于感知颜色的均匀变化，因此L * a * b *中的任何两种颜色之间的相对感知差异可以通过将每种颜色视为在三维空间中的一个点（具有三个分量：L *，a *，b *）并且在它们之间取欧几里德距离。

RGB和CMYK转换
RGB或CMYK值与L * a * b *之间没有简单的公式转换公式，因为RGB和CMYK颜色模型是依赖于设备的。首先必须将RGB或CMYK值转换为特定的绝对色彩空间，例如sRGB或Adobe RGB。这种调整将取决于设备，但由变换得到的数据将与设备无关，允许将数据转换为CIE 1931色彩空间，然后转换为L * a * b *。

坐标范围
如前所述，L *坐标范围从0到100. a *和b *坐标的可能范围与正在转换的颜色空间无关，因为下面的转换使用来自RGB的X和Y.

CIELAB-CIEXYZ转换
向前转型
${\ displaystyle {\ begin {align} L ^ {\ star}＆= 116 \ f \！\ left（{\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}} \ right）-16 \\ a左边（{\ frac {Y}}左边（{\ frac {X} {X _ {\ mathrm {n}}}}右边） {Y_ {\ mathrm {n}}}} \ right）\ right）\\ b ^ {\ star}＆= 200 \ left（f \！\ left（{\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n }}}} \ right）-f \！\ left（{\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}} \ right）\ right）\ end {aligned}}}$
哪里

${\ displaystyle {\ begin {aligned} f（t）＆= {\ begin {cases} {\ sqrt [{3}] {t}}＆{\ text {if}} t> \ delta ^ {3} \ \ {\ frac {t} {3 \ delta ^ {2}}} + {\ frac {4} {29}}＆{\ text {otherwise}} \ end {cases}} \\\ delta＆= { frac {6} {29}} \ end {aligned}}}$
这里， $X n ， Y n 和 Z n 是参考白点的CIE XYZ三色值（下标n表示“归一化”）。$

在归一化Y = 100的光源D65下，值为

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X _ {\ mathrm {n}}＆= 95.047，\\ Y _ {\ mathrm {n}}＆= 100.000，\\ Z _ {\ mathrm {n}}＆= 108.883 \ end {对齐}}}$
光源D50的值是

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X _ {\ mathrm {n}}＆= 96.6797，\\ Y _ {\ mathrm {n}}＆= 100.000，\\ Z _ {\ mathrm {n}}＆= 82.5188 \ end {对齐}}}$
将f函数的域分为两部分，以防止t = 0时的无限斜率。假设函数f在某个t = t0以下是线性的，并被假定为匹配t = 0的t1 / 3部分在t0值和斜率的函数。换一种说法：

${\ displaystyle {\ begin {aligned} t_ {0} ^ {1/3}＆= mt_ {0} + c＆{\ text {（match in value）}} \\ {\ frac {1} {3}} t_ {0} ^ { - 2/3}＆= m＆{\ text {（斜率匹配）}} \ end {aligned}}}$
选择截距f（0）= c，使得对于Y = 0，L *将为0：c = 16/116 = 4/29。上述两个方程可以解出m和t0：

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

逆向转换
使用上面的函数f的反函数可以很容易地表达逆变换：

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

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

亨特实验室
L是亮度的相关性，并且使用Priest对Munsell值的近似值从Y三色值计算：

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}$
其中Yn是指定白色物体的Y三色值。对于表面色彩应用，指定的白色物体通常（尽管不总是）具有单位反射的假设材料，遵循朗伯定律。得到的L将在0（黑色）和100（白色）之间缩放; 大约是孟塞尔价值的十倍。注意，由于{\ displaystyle 100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2}，产生50的中等亮度，亮度为25。 $100 {\ sqrt {25/100}} = 100 \ cdot 1/2$

a和b被称为对手颜色轴。 a大致表示发红（正面）与绿色（负面）。它被计算为：

${\ displaystyle a = K _ {\ mathrm {a}} \ left（{\ frac {X / X _ {\ mathrm {n}} -Y / Y _ {\ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y_ { \ mathrm {n}}}}} \ right）}$
其中Ka是取决于光源的系数（对于D65，Ka是172.30;参见下面的近似公式）并且Xn是指定白色物体的X三色值。

另一个对方颜色轴b对黄色为正值，对蓝色为负值。它被计算为：

${\ displaystyle b = K _ {\ mathrm {b}} \ left（{\ frac {Y / Y _ {\ mathrm {n}} -Z / Z _ {\ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y_ { \ mathrm {n}}}}} \ right）}$
其中Kb是取决于光源的系数（对于D65，Kb为67.20;请参见下面的近似公式），Zn是指定白色物体的Z三色值。

对于具有与指定白色物体相同色度坐标的物体（即无色，灰色，物体），a和b都为零。

该系统的名称是Richard S. Hunter的归属。

Ka和Kb的近似公式
在先前版本的Hunter Lab色彩空间中，Ka为175，Kb为70. Hunter Associates Lab发现，通过允许这些系数依赖于其他色差指标（如CIELAB）可以获得更好的一致性（参见上文）光源。近似公式是：

{\ 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}}）}

这导致了Illuminant C的原始值，这是使用Lab色彩空间的原始光源。

作为亚当斯色度价空间
亚当斯色彩价色空间基于两个要素：（相对）均匀的亮度比例和（相对）均匀的色度比例。如果我们以统一的亮度量表，牧师对孟塞尔价值量表的近似值，将用现代符号来表示：

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}$
并且，作为均匀的色度坐标：

{\ displaystyle c _ {\ mathrm {a}} = {\ frac {X / X _ {\ mathrm {n}}} {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}} - 1 = {\ frac {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 }}}}}

其中ke是调谐系数，我们获得两个色轴：

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

${\ displaystyle b = K \ cdot L \ cdot c _ {\ mathrm {b}} = K \ cdot 100k _ {\ mathrm {e}} {\ frac {Y / Y _ {\ mathrm {n}} - Z / Z_ { \ mathrm {n}}} {\ sqrt {Y / Y _ {\ mathrm {n}}}}}}$
如果我们选择K = Ka / 100和ke = Kb / Ka，则与上面给出的Hunter Lab公式相同。因此，Hunter Lab色彩空间是一个Adams色彩价色空间。

圆柱表示：CIELCh或CIEHLC
CIELCh颜色空间是CIELab立方体颜色空间，其中不是笛卡尔坐标a *，b *，而是柱面坐标C *（色度，相对饱和度）和h°（色调角度，CIELab色轮中色调的角度）被指定。 CIELab亮度L *保持不变。

使用以下公式完成a *和b *到C *和h°的转换：

${\ displaystyle C ^ {\ star} = {\ sqrt {a ^ {\ star \，2} + b ^ {\ star \，2}}}，\ qquad h ^ {\ circ} = \ arctan \ left {\ frac {b ^ {\ star}} {a ^ {\ star}}} \ right）}$
相反，给定极坐标时，转换为笛卡尔坐标的方法是：

${\ displaystyle a ^ {\ star} = C ^ {\ star} \ cos（h ^ {\ circ}），\ qquad b ^ {\ star} = C ^ {\ star} \ sin（h ^ {\ circ }）}$
LCh色彩空间与HSV，HSL或HSB色彩模型不同，但它们的值也可以解释为基本色彩，饱和度和颜色亮度。 HSL值是技术上定义的RGB立方体颜色空间的极坐标变换。 LCh仍然是感知上统一的。

此外，H和h并不相同，因为HSL空间使用红色，绿色和蓝色（H = 0,120,240°）这三种附加原色作为原色。相反，LCh系统使用四种颜色黄色，绿色，蓝色和红色（h = 90,180,270,360°）。无论角度h如何，C = 0意味着无彩色，即灰轴。

简化的拼写LCh，LCH和HLC很常见，但后者表现出不同的顺序。另一方面，HCL色彩空间（色调 – 色度 – 亮度）是L * C * h（uv）色彩空间的常用替代名称，也称为圆柱形表示或极性CIELUV。