什么是顏色空間？顏色空間也稱色彩模型，它是用來表示顏色的三個參數(shù)所構(gòu)成的三維空間，是顏色抽象表示和描述的方法，是在某些標準下用通?？山邮艿姆绞絹砗喕伾?guī)范。色差儀作為顏色檢測的專用設(shè)備，其內(nèi)部配置多種顏色空間。本文對色差儀RGB顏色空間和LAB顏色空間及它們之間的轉(zhuǎn)換方法做了介紹。
顏色空間怎么理解？
顏色空間是用來表示顏色的三個參數(shù)所構(gòu)成的三維空間，是顏色抽象表示和描述的方法，是在某些標準下用通?？山邮艿姆绞絹砗喕伾?guī)范。因此，顏色空間是進行顏色信息研究的理論基礎(chǔ)。表達顏色的空間可以是非均勻、非線性的，用于彩色圖像處理的空間必須同時具備獨立性和均勻性的要求。獨立性的要求是指顏色空間的三個分量不互相影響，對其中某個分量的處理不導(dǎo)致其它分量相對于人眼感覺發(fā)生變化。均勻性的要求是指對顏色空間中的每一個分量來說，在不同取值處的相同改變量引起的視覺變化是相同的?？梢哉f，彩色圖像處理與灰度圖像處理的區(qū)別主要在于建立一個能滿足上述條件的顏色空間，而具體對各個分量的處理則完全可以參照成熟的灰度圖像處理技術(shù)。
顏色空間要求能形象、直觀地反映人眼的顏色視覺特性，使得人們可以有目的地進行各種處理，同時又能保證在各種處理過程中都能達到預(yù)期的處理效果而不產(chǎn)生負面影響。由于人眼對顏色的感覺是一個復(fù)雜的非線性關(guān)系，絕對滿足上述條件的顏色空間是不存在的。但是，可以以實驗為基礎(chǔ)，尋找一個能在較大范圍內(nèi)符合上述條件的顏色表達空間。
為了定量地表達自然界豐富多樣的色彩，人們借助于數(shù)學(xué)坐標，已先后提出了各種各樣的顏色空間。在顏色空間中，顏色由三維坐標表示，這個坐標描述了顏色在特定顏色空間中的位置。有很多種顏色空間可以精確地表達任意一種顏色，但由于顏色感知所固有地主觀性和非線性，它們大多不能直接運用于彩色圖像處理，必須經(jīng)過必要地非線性變換和可視化處理，這個過程需要花費大量的計算時間，是一個要在軟硬件設(shè)計中綜合考慮的因素。
顏色空間把抽象的、主觀的視覺感受具體化為三維空間中的位置、向量，使各種彩色圖像、彩色設(shè)備的顏色特性都能實現(xiàn)可視化，成為顏色研究的重要工具。各種混色系統(tǒng)都有其相應(yīng)的顏色空間，不同的顏色空間具有不同的特性，分別具有各自的優(yōu)缺點和局限性。下文將對色差儀RGB顏色空間和LAB顏色空間進行介紹。
色差儀RGB顏色空間與Lab顏色空間介紹：
1.色差儀RGB顏色空間
色彩混合的基本定律表明：自然界中任何一種色彩均可用紅（Red）、綠（Green）、藍（Blue）三種原色光混合產(chǎn)生，這在幾何上能夠以R、G、B三個互相垂直的軸所構(gòu)成的空間坐標系統(tǒng)來表示，稱為RGB顏色空間。
RGB顏色空間是由六塊色片所包圍的立方體區(qū)域構(gòu)成的，如上圖所示，其內(nèi)部的每一個點都代表著一種不同的顏色。每一點的顏色均由R、G、B三個通道中的灰度值所決定，每個通道中的灰度值為0~255，共256個，當三個通道共同作用時，就有256×256×256種組合，形成167.7萬多種顏色。在數(shù)字圖像中，改變像素在通道的灰度值，就可以改變像素的顏色。立方體的八個頂點分別是：紅、綠、藍、青、洋紅、黃、黑、白。立方體對角線的兩端，分別對應(yīng)著互補色，紅-青，綠-洋紅，藍-黃，黑-白。當R=G=B時，圖像的像素顏色就在黑白之間漸變，R=G=B=0時，像素最黑，R=G=G=255時，像素最白，R、G、B不全相等時，像素就是有色的。
RGB顏色空間主要是面向硬件的模型，最常用的用途就是顯示器系統(tǒng)和掃描儀。由于不同型號的顯示器顯示同一圖像時會有不同的色彩呈現(xiàn)效果；不同型號的掃描儀掃描相同圖像時，也會得到不同的彩色圖像數(shù)據(jù)。因此，RGB顏色空間被稱為與設(shè)備相關(guān)的顏色空間。
2.色差儀Lab顏色空間
CIEL*a*b*色度空間是國際照明委員會向世界各國推薦的通用的均勻顏色空間，是經(jīng)CIEXYZ色度空間非線性變換而得到的。CIEL*a*b*在三維色空間的各個坐標軸上均具有視覺和顏色心理感知的等距性，并且細分了明度坐標和色品坐標的級差。同時，CIEL*a*b*空間中當顏色的色差大于視覺的識別閱值（恰可察覺）而又小于孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級色差時，可以較好地反映物體色的心理感受效果。CIEL*a*b*與CIEXYZ的非線性轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式所示。
式中：X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值；X0、Y0、Z0為CIE標準照明體的三刺激值（D65光源：X0=95.05、Y0=100.00、Z0=108.91）。
L*稱為心理計量明度，簡稱心理明度或明度指數(shù)；a*、b*稱為心理計量色度，簡稱心理色度或色度參數(shù)。
CIEL*a*b*色度空間是一種基于赫林四色對立學(xué)說原理的心理色度空間，心理色度a*和b*中包含有（X-Y）和（Y-Z）項。顏色的明度感覺用縱坐標L*軸表示，黑色位于最下端，對應(yīng)明度L*=0，白色最亮位于最上端，對應(yīng)明度L*=100。a*軸與b*軸共同表示彩色的特性，a*軸正方向代表紅色（偏品紅）的變化，a*軸負方向代表綠色的變化；b*軸正方向代表黃色變化，b*軸負方向代表藍色變化。任何顏色都可以由這四個原色中的一個或兩個按一定的明度值混合而成，原色的混合比例決定了混合色的色調(diào)。
色差儀RGB顏色空間轉(zhuǎn)換LAB顏色空間方法：
L*a*b*顏色空間是由國際照明委員會于1976年提出的，其是在CIE1931-XYZ色度系統(tǒng)基礎(chǔ)上修改得到的一個簡化的均勻顏色空間，在三維色空間的各個坐標軸上均具有視覺和顏色心理感知的等距性，而且細分了明度指數(shù)和色品指數(shù)的級差，具有較高的色差分辨力，更適合色差較小情況下的顏色測量和比較。因此，L*a*b*顏色空間在各個行業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。
計算機輸入的圖像多為RGB圖像，因此需要先將圖像由RGB圖像轉(zhuǎn)換到XYZ空間，然后再轉(zhuǎn)換到Lab空間。由RGB顏色空間到CIEXYZ空間的轉(zhuǎn)換公式有很多，這里采用的是其中比較常用的一種。
L*a*b*均勻顏色空間是CIE1931XYZ標準色度學(xué)系統(tǒng)的非線性變換，它將XYZ直角坐標顏色空間轉(zhuǎn)換為柱面極坐標，將三刺激值XYZ轉(zhuǎn)換成與眼睛視覺相一致的明度L*和與色調(diào)、飽和度的感覺相一致的a*、b*。
由CIEXYZ空間向L*a*b*顏色空間轉(zhuǎn)換的公式為：
式中，X、Y、Z分別表示圖像中某像素點的三刺激值，Xn、Yn、Zn為圖像采集時使用的照明光源所對應(yīng)的標準照明體三刺激值，通常使用的標準照明體為D65或D50，它們各自對應(yīng)的Xn、Yn、Zn值見下表。
