Цветовое пространство CIELAB
Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Ноябрь 2010 г. ) |
Цветовое пространство CIELAB , также называемое L*a*b* , представляет собой цветовое пространство , определенное Международной комиссией по освещению (сокращенно CIE) в 1976 году. [ а ] Он выражает цвет как три значения: L* для воспринимаемой легкости и a* и b* для четырех уникальных цветов человеческого зрения: красного, зеленого, синего и желтого. CIELAB задумывался как единообразное по восприятию пространство, где заданное числовое изменение соответствует аналогичному воспринимаемому изменению цвета. Хотя пространство LAB не является по-настоящему единообразным по восприятию, оно, тем не менее, полезно в промышленности для обнаружения небольших различий в цвете.
Как и пространство CIEXYZ , на основе которого оно создано, цветовое пространство CIELAB представляет собой независимую от устройства модель «стандартного наблюдателя». Цвета, которые он определяет, не относятся к какому-либо конкретному устройству, такому как компьютерный монитор или принтер, а относятся к стандартному наблюдателю CIE , который представляет собой усреднение результатов экспериментов по сопоставлению цветов в лабораторных условиях.
Координаты
[ редактировать ]Этот раздел может потребовать очистки Википедии , чтобы соответствовать стандартам качества . Конкретная проблема: Удалите дубликаты. ( Апрель 2023 г. ) |
Пространство CIELAB трехмерно и охватывает всю гамму (диапазон) цветовосприятия человека. Он основан на модели человеческого видения противника , где красный и зеленый образуют пару противника, а синий и желтый образуют пару противника. Значение яркости L* (произносится как «L звезда») определяет черный цвет при 0 и белый при 100. Ось a* отнесена к зелено-красным цветам противника, с отрицательными значениями к зеленому и положительными значениями к красному. Ось b* представляет сине-желтых противников, с отрицательными числами в сторону синего и положительными в сторону желтого.
Оси a* и b* не ограничены, и в зависимости от эталонного белого они могут легко превышать ±150, чтобы охватить человеческую гамму. Тем не менее, программные реализации часто ограничивают эти значения по практическим соображениям. Например, если используется целочисленная математика, обычно a* и b* ограничиваются диапазоном от –128 до 127.
CIELAB рассчитывается относительно эталонного белого цвета , для которого CIE рекомендует использовать стандартный источник света CIE D65 . [ 1 ] D65 используется в подавляющем большинстве отраслей и приложений, за исключением полиграфической промышленности , где используется D50. Международный консорциум цвета в значительной степени поддерживает полиграфическую отрасль и использует D50 с CIEXYZ или CIELAB в пространстве соединений профилей для профилей ICC v2 и v4 . [ 2 ]
Хотя цель CIELAB состояла в том, чтобы создать пространство, которое было бы более единообразным по восприятию, чем CIEXYZ, используя только простую формулу, [ 3 ] Известно, что CIELAB не имеет единообразия восприятия , особенно в области синих оттенков. [ 4 ]
Значение яркости L* в CIELAB рассчитывается с использованием кубического корня относительной яркости со смещением, близким к черному. В результате получается эффективная кривая мощности с показателем степени примерно 0,43, которая представляет реакцию человеческого глаза на свет в условиях дневного света ( фотопических ).
Три координаты CIELAB представляют яркость цвета ( L* = 0 дает черный цвет, а L* = 100 означает белый), его положение между красным и зеленым ( a* , где отрицательные значения указывают на зеленый, а положительные значения указывают на красный) и его положение между желтым и синим ( b* , где отрицательные значения указывают на синий, а положительные значения указывают на желтый). Звездочки (*) после L* , a* и b* произносятся как звезда и являются частью полного названия, позволяющего отличить L * a * b * от Hunter's Lab , описанной ниже.
Поскольку модель L*a*b* имеет три оси, для полного представления требуется трехмерное пространство. [ 5 ] Кроме того, поскольку каждая ось нелинейна, невозможно создать двумерную диаграмму цветности. Кроме того, визуальные представления, показанные на графиках полной гаммы CIELAB на этой странице, являются приблизительными, поскольку монитор не может отображать полную гамму цветов LAB.
Зелено-красный и сине-желтый каналы противника относятся к процессу цвета противника в системе человеческого зрения. Это делает CIELAB цветовым пространством противника Геринга . Характер преобразований также характеризует его как цветовое пространство хроматического значения .
Перцептивные различия
[ редактировать ]Нелинейные отношения для L* , a* и b* предназначены для имитации нелинейного ответа зрительной системы. Более того, однородные изменения компонентов в цветовом пространстве L*a*b* призваны соответствовать однородным изменениям воспринимаемого цвета, поэтому относительные перцептивные различия между любыми двумя цветами в L*a*b* могут быть аппроксимированы, рассматривая каждый цвет как точку в трёхмерном пространстве (с тремя компонентами: L* , a* , b* ) и беря между ними евклидово расстояние . [ 6 ]
Преобразования RGB и CMYK
[ редактировать ]Чтобы преобразовать значения RGB или CMYK или обратно в L*a*b* , данные RGB или CMYK должны быть линеаризованы относительно света. Необходимо знать опорный источник света в данных RGB или CMYK, а также основные координаты RGB или справочные данные принтера CMYK в форме таблицы поиска цветов (CLUT).
В системах с управлением цветом профили ICC содержат необходимые данные, которые затем используются для выполнения преобразований.
Диапазон координат
[ редактировать ]Как упоминалось ранее, номинально координата L * находится в диапазоне от 0 до 100. Диапазон координат a * и b * технически неограничен, хотя обычно он ограничивается диапазоном от -128 до 127 для использования со значениями целочисленного кода, хотя это приводит к потенциальному обрезанию некоторых цветов в зависимости от размера исходного цветового пространства. Большой размер гаммы и неэффективное использование координатного пространства означает, что лучше всего использовать значения с плавающей запятой для всех трех координат.
Преимущества
[ редактировать ]В отличие от цветовых моделей RGB и CMYK , CIELAB разработана с учетом человеческого зрения. Компонент L* точно соответствует человеческому восприятию легкости, хотя и не учитывает Гельмгольца-Кольрауша эффект . CIELAB менее однороден по цветовым осям, но полезен для прогнозирования небольших различий в цвете.
Координатное пространство CIELAB представляет всю гамму фотопического (дневного) зрения человека и намного превышает гамму sRGB или CMYK. В целочисленной реализации, такой как TIFF, ICC или Photoshop, большое пространство координат приводит к существенной неэффективности данных из-за неиспользуемых значений кода. Только около 35% доступных значений кодов координат находятся в диапазоне CIELAB с целочисленным форматом. [ 7 ]
Использование CIELAB в 8-битном целочисленном формате обычно приводит к значительным ошибкам квантования. Даже 16 бит на канал может привести к ограничению, поскольку полная гамма выходит за пределы ограничивающего координатного пространства. В идеале CIELAB следует использовать с данными с плавающей запятой, чтобы минимизировать очевидные ошибки квантования.
Стандарты и документы CIE защищены авторскими правами CIE и должны быть приобретены; однако формулы для CIELAB доступны на веб-сайте CIE. [ 8 ]
Преобразование координат CIELAB и CIEXYZ
[ редактировать ]От CIEXYZ к CIELAB
[ редактировать ]где т или :
X , Y и Z описывают рассматриваемый цветовой стимул, а X n , Y n , Z n описывают указанный белый ахроматический эталонный источник света. для стандартного колориметрического наблюдателя CIE 1931 (2°) и при условии нормализации, при которой эталонный белый цвет имеет Y = 100 , значения следующие:
Для стандартного осветителя D65 :
Для осветителя Д50 , который используется в полиграфической промышленности:
Разделение области определения функции f на две части было сделано для предотвращения бесконечного наклона при t = 0 . функция f Предполагалось, что линейна ниже некоторого t = t 0 и соответствует часть функции в момент t 0 как по значению, так и по наклону. Другими словами:
Перехват f (0) = c был выбран так, чтобы L * было равно 0 для Y = 0 : c = 16 / 116 = 4 / 29 . Два приведенных выше уравнения можно решить относительно m и t 0 :
где δ = 6 / 29 . [ 9 ]
От CIELAB к CIEXYZ
[ редактировать ]Обратное преобразование проще всего выразить, используя обратную функцию f, указанную выше:
где
и где δ = 6 / 29 .
Цилиндрическая модель
[ редактировать ]Пространство «CIELCh» или «CIEHLC» — цветовое пространство на основе CIELAB, в котором вместо полярных координат C * ( цветность , относительная насыщенность) и h ° (угол оттенка, угол оттенка в цветовом круге CIELAB). Декартовы координаты a * и b *. Освещенность CIELAB L* остается неизменной.
Преобразование a * и b * в C * и h ° производится следующим образом:
И наоборот, учитывая полярные координаты , преобразование в декартовы координаты достигается с помощью:
Цветовое пространство LCh (или HLC) — это не то же самое, что цветовые модели HSV, HSL или HSB, хотя их значения также можно интерпретировать как базовый цвет, насыщенность и яркость цвета. Значения HSL представляют собой преобразование полярных координат того, что технически определяется цветовым пространством куба RGB. LCh все еще перцептивно однороден .
Кроме того, H и h не идентичны, поскольку пространство HSL использует в качестве основных цветов три аддитивных основных цвета: красный, зеленый и синий ( H = 0, 120, 240 °). Вместо этого система LCh использует четыре цвета: красный, желтый, зеленый и синий ( h = 0, 90, 180, 270 °). Независимо от угла h , C = 0 означает ахроматические цвета (ненасыщенные), то есть серую ось.
Упрощенное написание LCh, LCh(ab), LCH, LCH(ab) и HLC распространено, но буквы имеют другой порядок. Цветовое пространство HCL (Hue-Chroma-Luminance), с другой стороны, является широко используемым альтернативным названием цветового пространства L*C*h(uv) , также известного как цилиндрическое представление или полярное CIELUV . Это название обычно используется специалистами по визуализации информации , которые хотят представить данные без предвзятости, связанной с использованием различной насыщенности . [ 11 ] [ 12 ] Имя Lch(ab) иногда используется для отличия от L*C*h(uv).
Другие связанные цветовые пространства
[ редактировать ]CIE 1976 L * u * v Родственное цветовое пространство, цветовое пространство * (также известное как CIELUV ), сохраняет тот же L*, что и L*a*b*, но имеет другое представление компонентов цветности. CIELAB и CIELUV также могут быть выражены в цилиндрической форме (CIELCh ab [ 13 ] и CIELCh uv соответственно), при этом компоненты цветности заменены коррелятами цветности и оттенка .
Со времени работы над CIELAB и CIELUV CIE включил все большее количество явлений цветового восприятия в свои модели и разностные уравнения, чтобы лучше прогнозировать восприятие цвета человеком. Эти цветовые модели внешнего вида , простым примером которых является CIELAB, [ 14 ] завершился CIECAM02 .
Oklab построен на той же пространственной структуре и обеспечивает большую однородность восприятия.
Использование
[ редактировать ]Некоторые системы и программные приложения, поддерживающие CIELAB, включают:
- CIELAB используется Datacolor спектрофотометрами , включая соответствующие расчеты цветовой разницы .
- CIELAB используется библиотекой PantoneLive.
- CIELAB широко используется компанией XRite в качестве цветового пространства в своих аппаратных и программных системах измерения цвета.
- CIELAB D50 доступен в Adobe Photoshop , где он называется «Режим лаборатории». [ 15 ] [ 16 ]
- CIELAB доступен в Affinity Photo , если изменить цветовой формат документа на «Lab (16 бит)». Точка белого , по умолчанию равная D50 , может быть изменена с помощью профиля ICC .
- CIELAB D50 доступен в профилях ICC как пространство подключения профиля под названием «Цветовое пространство Lab». [ 2 ]
- CIELAB (любая точка белого) — это поддерживаемое цветовое пространство в файлах изображений TIFF . [ 17 ]
- CIELAB (любая точка белого) доступна в документах PDF , где она называется «Цветовое пространство Lab». [ 18 ] [ 19 ]
- CIELAB — это опция Digital Color Meter в macOS, обозначаемая как «L*a*b*».
- CIELAB доступен в фоторедакторе RawTherapee , где он называется «Лабораторное цветовое пространство». [ 20 ]
- CIELAB используется GIMP для фильтра настройки оттенка-цветности, нечеткого выбора и ведра с краской. Существует также палитра цветов LCh(ab). [ 21 ]
- Поддержка CIELAB в веб-браузере была введена как часть модуля цвета CSS уровня 4 и поддерживается во всех основных браузерах. [ 22 ] [ 23 ]
Хантер Лаборатория
[ редактировать ]Hunter Lab (также известный как Hunter L,a,b) — цветовое пространство, определенное в 1948 году. [ 24 ] [ 25 ] Ричард С. Хантер . Он был разработан для расчета с помощью простых формул из пространства CIEXYZ , но был более единообразным для восприятия. Хантер назвал свои координаты L , a и b .
Hunter Lab была предшественником CIELAB , созданной в 1976 году Международной комиссией по освещению (CIE), которая назвала координаты CIELAB как L* , a* , b*, чтобы отличить их от координат Хантера. [ 26 ] [ 27 ]См. также
[ редактировать ]- Теория цвета
- Процесс противника
- ХСЛ и ВПГ
- Цветовая модель RGB
- Цветовая модель CMYK
- СИЕЛУВ
- CIECAM02
- Цветовое пространство HCL
Примечания
[ редактировать ]- ^ Следует избегать обозначения CIELAB как «Лаборатории» без звездочек, чтобы избежать путаницы с Hunter Lab .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Колориметрия CIE 15 (Третье изд.). CIE. 2004. ISBN 3-901-906-33-9 .
- ^ Jump up to: а б Международный консорциум цвета, Спецификация ICC.1:2004-10 (версия профиля 4.2.0.0) Управление цветом в технологии изображения. Архитектура, формат профиля и структура данных, (2006).
- ^ МакЭвой, Брюс. «Объяснение этой истории» .
- ^ Обсуждение и предлагаемое улучшение , Брюс Линдблюм.
- ^ 3D-представления L*a*b* гаммы , Брюс Линдблум.
- ^ Джайн, Анил К. (1989). Основы цифровой обработки изображений . Нью-Джерси, Соединенные Штаты Америки: Прентис Холл . стр. 68 , 71, 73. ISBN. 0-13-336165-9 .
- ^ «Целочисленная гамма LAB — Брюс Линдблум» . brucelindbloom.com . Проверено 12 декабря 2020 г.
- ^ «Формула СИЭЛАБ» . Список терминов CIE . Проверено 10 мая 2024 г.
- ^ Янош Шанда (2007). Колориметрия . Уайли-Интерсайенс. п. 61. ИСБН 978-0-470-04904-4 .
- ^ «Цветовое пространство CIE 1976 L*a*b* | eilv» . eilv.cie.co.at. Архивировано из оригинала 28 декабря 2019 г. Проверено 12 декабря 2020 г.
- ^ Зейлейс, Ахим; Хорник, Курт; Мюррелл, Пол (2009). «Побег из RGBland: выбор цветов для статистической графики» (PDF) . Вычислительная статистика и анализ данных . 53 (9): 3259–3270. дои : 10.1016/j.csda.2008.11.033 .
- ^ Штауффер, Рето; Майр, Георг Дж.; Даберниг, Маркус; Зейлейс, Ахим (2015). «Где-то за радугой: как эффективно использовать цвета в метеорологических визуализациях» (PDF) . Бюллетень Американского метеорологического общества . 96 (2): 203–216. Бибкод : 2015BAMS...96..203S . дои : 10.1175/BAMS-D-13-00155.1 . hdl : 10419/101098 .
- ^ Цветовая шкала CIE-L*C*h
- ^ Фэйрчайлд, Марк Д. (2005). «Модели цвета и внешнего вида изображения» . Модели цветового внешнего вида . Джон Уайли и сыновья. п. 340. ИСБН 0-470-01216-1 .
- ^ Маргулис, Дэн (2006). Цвет Photoshop Lab: загадка каньона и другие приключения в самом мощном цветовом пространстве . Беркли, Калифорния: Лондон: Персиковая яма; Пирсон Образование. ISBN 0-321-35678-0 .
- ^ Лабораторный цветовой режим в Photoshop , Adobe TechNote 310838.
- ^ TIFF: Версия 6.0. Архивировано 15 августа 2000 г. в Ассоциации разработчиков Adobe Wayback Machine , 1992 г.
- ^ Последовательность цвета и Adobe Creative Suite. Архивировано 25 июля 2008 г. на Wayback Machine.
- ^ Руководство пользователя Adobe Acrobat Reader 4.0 «Цветовая модель, которую использует Acrobat Reader, называется CIELAB…»
- ^ «Лабораторные настройки — RawPedia» . rawpedia.rawtherapee.com . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ «2.6. Более широкое использование CIE LAB и CIE LCH» . docs.gimp.org .
- ^ «Цветовой модуль, уровень 4» . w3.org . Проверено 06 октября 2023 г.
- ^ «lab() — CSS: каскадные таблицы стилей MDN» . http://developer.mozilla.org . Проверено 06 октября 2023 г.
- ^ Хантер, Ричард Сьюэлл (июль 1948 г.). «Фотоэлектрический измеритель цветоразности» . ДЖОСА . 38 (7): 661. (Материалы зимнего собрания Оптического общества Америки)
- ^ Хантер, Ричард Сьюэлл (декабрь 1948 г.). «Точность, точность и стабильность нового фотоэлектрического измерителя цветоразности» . ДЖОСА . 38 (12): 1094. (Материалы тридцать третьего ежегодного собрания Оптического общества Америки)
- ^ Хантер, Ричард Сьюэлл (июль 1948 г.). «Фотоэлектрический измеритель цветоразности» . ДЖОСА . 38 (7): 661. (Материалы зимнего собрания Оптического общества Америки)
- ^ Хантер, Ричард Сьюэлл (декабрь 1948 г.). «Точность, точность и стабильность нового фотоэлектрического измерителя цветоразности» . ДЖОСА . 38 (12): 1094. (Материалы тридцать третьего ежегодного собрания Оптического общества Америки)
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Демонстрационный апплет преобразования цвета
- Колориметрия CIE 15-3 Технический отчет CIE Колориметрия 15, третье издание (2004 г.). Авторитетная ссылка.
- Технический документ по пониманию цветов от X-rite.