Lab顏色空間怎么理解?基于Lab顏色空間的色差公式有哪些?

? DOHO標準光源箱 ????|???? ?2023-07-20

Lab顏色空間怎么理解?Lab顏色空間是CIE規(guī)定的一個用于顏色描述的均勻顏色空間。在該顏色空間中,用三維坐標來對顏色進行定量的描述,其中L表示明度,a和b表示色度。目前許多的色差公式,都是基于Lab顏色空間為基礎(chǔ)的。本文對Lab顏色空間的含義及基于Lab顏色空間的色差公式做了介紹,感興趣的朋友可以了解一下!

Lab顏色空間

Lab顏色空間怎么理解?

CIE1976L*a*b*顏色空間,也稱為CIELAB顏色空間,該顏色空間是由三個通道組成:L*通道表示明度,其取值范圍是0~100,數(shù)值越大顏色的明度值越大;a*通道和b*通道是兩個色度通道,其中a*通道表示顏色的紅綠反應(yīng),b*通道表示顏色的黃藍反應(yīng),a*和b*的取值范圍為-128-127,對于a*來講,數(shù)值越大顏色越紅,數(shù)值越小顏色越綠;對于b*值來說,b*值越大顏色越發(fā)黃,否則越偏藍。作為該空間三維直角坐標系的明度L*和色品坐標a*、b*的計算公式為:

Lab值計算公式25

其中,X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值,Xn、Yn、Zn為CIE標準照明體照射在完全漫反射體上,然后反射到觀察者眼中的三刺激值,其中Yn=100,當顏色樣品的尺度小于4°觀察視場時,應(yīng)采用CIE1931XYZ標準色度系統(tǒng);而當顏色樣品的尺度大于4°觀察視場時,則采用CIE1964XYZ標準色度系統(tǒng)。

在CIELAB顏色空間中,有一組與心理量近似對應(yīng)的感知屬性,即明度L*、彩度C*ab和色調(diào)角hab。顏色樣品的明度L*與CIELAB空間中的明度指數(shù)L*是一致的。彩度C*ab則是在CIELAB空間的等明度面上,顏色樣品的色品坐標(a*,b*)到坐標原點的距離。

利用下列公式可以分別算出顏色樣品在CIELAB均勻顏色空間中的彩度和色調(diào)角:

彩度和色調(diào)角計算公式25

對于色調(diào)角hab,當a*>0且b*>0 時,0°0時,90°0且b*<0時,180°0且b*<0時,270°


基于Lab顏色空間的色差公式介紹:

1.CIELAB色差公式

在CIELAB顏色空間中,兩個顏色(L1*,a1*,b1*)和(L2*,a2*,b2*)之間的色差可以用歐氏距離來表示:

CIELAB色差公式25

其中L*是CIELAB空間的明度值,a*,b*為色品坐標,△L*、△a*和△b*分別是CIELAB空間中三個標尺的差值。

色差△E*ab,也可以用明度差△L*、彩度差△C*ab色調(diào)差△H*ab定義,即:

總色差計算公式25

如果CIELAB空間是等視覺均勻的,其對應(yīng)的視覺容差在該顏色空間中應(yīng)當是一個球形,并且在顏色空間的各個區(qū)域都應(yīng)具有相同的半徑。但實際上,在CIELAB空間中用橢球來表示顏色中心所對應(yīng)的視覺容差更為合適。雖然這些色度橢球的半軸比CIExy色品圖上色度橢圓的半軸更為均勻,但是在尺度大小上仍然存在著明顯的差異,并隨著彩度值的增加,橢球的半軸隨之變大,尤其是橢球的長半軸。雖然CIELAB色差公式對中小色差的預(yù)測性能與目視觀察結(jié)果之間存在較大差異,但相對于其后的一些色差公式而言,其表達式極為簡單,并且對大色差尚有較好的預(yù)測性能,因此在現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中仍被廣泛采用。

2.CMC(l:c)色差公式

在修正CIELAB色差公式的基礎(chǔ)上,CMC色差公式根據(jù)視覺關(guān)系調(diào)整了每個色調(diào)方向的色差橢圓大小和形狀;改善了彩度差變化與明度之間的關(guān)系,使不同彩度的顏色具有不同的色差容限。非彩色區(qū)域附近的橢圓較小,彩度高的橢圓較大,色差容限與彩度的變化成正比。并引入了明度權(quán)重因子l和彩度權(quán)重因子c,以適應(yīng)不同應(yīng)用的需求。CMC(l:c)的色差表達式為:

CMC總色差公式

其中,△L*ab、△H*ab和△C*ab,為CIELAB確定的明度差、彩度差和色調(diào)差;SL、SC和SH分別為明度、彩度和色調(diào)的權(quán)重函數(shù);L*s和C*ab,s和hab,s均為確定色差的標準樣本。明度權(quán)重因子和彩度權(quán)重因子c與具體應(yīng)用條件有關(guān),一般情況下c=1。在紡織業(yè)中,當l=2時用CMC色差公式計算得到的紡織品色差與視覺感覺相對一致。對于涂料、塑料和油墨等應(yīng)用,取l=1.4。

CMC色差公式實際上是一個三維空間中的橢球公式,也就是說,用以目標色樣的坐標點為中心的一個橢球來表示色差,橢球的大小與樣品顏色同目標色的差別有關(guān),也與具體的顏色區(qū)域有關(guān),在不同的顏色區(qū)域用不同大小和取向的橢球來表示色差。這種計算色差的方式已經(jīng)被CE確定為今后發(fā)展色差公式的一種標準形式,主要的研究重點是如何確定公式中的系數(shù),CIE94色差公式就是這類公式的代表。

3.CIE94色差公式

色差公式CIE94由RIT的R.S.Berns等人在對RIT-DuPont、Luo-Rigg和Witt這三個基于物體色的中小色差視覺實驗數(shù)據(jù)集進行相關(guān)分析和處理的基礎(chǔ)上所提出,并由CIE技術(shù)委員會TC1-29于1995年推薦為用于工業(yè)色差評價,其表達式為:

CIE94 色差公式25

其中,△L*、△C*ab和△H*ab均由CIELAB色差公式計算得到;△C*ab一般指標準色樣的CIELAB彩度,但當被測樣品中不分標準色樣與測試色樣時,則以兩者的幾何平均值作為△C*ab,即:

彩度計算公式

在使用CIE94色差公式時,CIE推薦了相應(yīng)的參考觀察條件。當實際的觀測條件和應(yīng)用場合不同于CIE94參考觀察條件時,需要用參數(shù)因子kL、kC和kH來調(diào)整明度、彩度和色調(diào)分色差在總色差中的相對權(quán)重。

4.CIEDE2000色差公式

為了進一步改善工業(yè)色差評價的視覺一致性,CIE專門設(shè)立了工業(yè)色差評價的色調(diào)與明度相關(guān)修正技術(shù)委員會TC1-47,經(jīng)過該技術(shù)委員會對現(xiàn)有色差模型和視覺評價數(shù)據(jù)的分析和測試,在2001年提出了一個新的色差評價公式CIEDE2000,該公式相對于先前的公式要復(fù)雜許多,但具有更高的預(yù)測精度。

因為CIEDE2000色差公式的復(fù)雜性,用該公式計算色差時要分四步進行計算,具體步驟如下。

第一步:根據(jù)計算CIELAB空間中的L*、a*、b*和C*ab的公式進行運算,如下式所示。

L、a、b計算公式18

其中:C*ab=[(a*)2+(b*)2]1/2

第二步:計算出a'、C'和h'。

a'、C'和h'計算公式

C計算是樣品對中兩個色樣的算術(shù)平均值,在計算h'時,需要根據(jù)色調(diào)角所在象限即a'和b'的正負取值來確定,如下式。

色調(diào)角h'值計算公式

第三步:計算△L'、△C'、△H'。

△L'、△C'、△H'計算公式

第四步:計算CIEDE2000色差△E00。

總色差△E00計算公式

其中:

總色差△E00計算公式01

在上式中,L截圖分別是樣品對中兩個色樣L'、C'和h'值的算術(shù)平均值。在計算h'平均值時,若兩個顏色的色調(diào)角位于不同象限里,需要特別注意,一面出錯。因此,為了準確地計算平均色調(diào)角h',建議采用下列換算公式,如下所示:

平均色調(diào)角h'換算公式

CIEDE2000 色差公式中的參數(shù)因子KL、KC、KH仍用于修正實際觀測實驗條件的變化,根據(jù)具體的色差評價環(huán)境條件,采用與前述相關(guān)色差公式中類似的方法進行分析和定義,因此沿用CIE94色差公式的參照條件,來確定CIEDE2000色差公式的參數(shù)因子KL=KC=KH=1。