Barevný prostor CIELAB - CIELAB color space

Pohled shora na barevný prostor CIELAB

Čelní pohled na barevný prostor CIELAB

Barevný prostor CIE 1976 ( L *, a *, b *) (CIELAB), zobrazující pouze barvy, které se vejdou do gamutu sRGB (a lze je tedy zobrazit na typickém displeji počítače). Každá osa každého čtverce se pohybuje od −128 do 127.

CIELAB barevný prostor také označován jako L * a * b * je barevný prostor definován Mezinárodní komise pro osvětlení (zkráceně CIE) v roce 1976. (S odkazem na CIELAB jako „Lab“ bez hvězdičky je třeba se vyhnout, aby se zabránilo záměně s Hunter Lab .) Vyjadřuje barvu jako tři hodnoty: L* pro vjemovou lehkost a a* a b* pro čtyři jedinečné barvy lidského vidění: červená, zelená, modrá a žlutá. CIELAB byl zamýšlen jako vjemově jednotný prostor, kde daná numerická změna odpovídá podobné vnímané změně barvy. Prostor LAB sice není ve skutečnosti percepčně jednotný, ale přesto je v průmyslu užitečný pro detekci malých barevných rozdílů.

Stejně jako prostor CIEXYZ, ze kterého pochází, je CIELAB colorspace model nezávislý na zařízení, „standardní pozorovatel“. Barvy, které definuje, nejsou relativní k žádnému konkrétnímu zařízení, jako je počítačový monitor nebo tiskárna, ale místo toho se vztahují ke standardnímu pozorovateli CIE, což je zprůměrování výsledků experimentů s přizpůsobením barev za laboratorních podmínek.

Prostor CIELAB je trojrozměrný a pokrývá celý rozsah lidského vnímání barev neboli gamutu . Je založen na barevném modelu lidského vidění soupeře , kde červená a zelená tvoří soupeřovu dvojici a modrá a žlutá tvoří soupeřovu dvojici. Hodnota světlosti, L* , také označovaná jako „Lstar“, definuje černou na 0 a bílou na 100. Osa a* je relativní k zeleno -červeným barvám protivníka, přičemž záporné hodnoty směrem k zelené a kladné hodnoty k červené. B * osa reprezentuje modré žluté soupeře, se zápornými čísly směrem k modré a pozitivní ke žluté.

A * a b * osy jsou neomezená, a v závislosti na referenčním bílé mohou snadno překročit ± 150 pro pokrytí lidské škálu. Softwarové implementace však tyto hodnoty z praktických důvodů často omezují. Pokud se například používá celočíselná matematika, je běžné upínat a* a b* v rozsahu −128 až 127.

CIELAB se vypočítá vzhledem k referenční bílé, pro kterou CIE doporučuje použití CIE Standard Illuminant D65 . D65 se používá v drtivé většině průmyslových odvětví a aplikací, přičemž výraznou výjimkou je tiskový průmysl, který používá D50. International Color Consortium do značné míry podporuje polygrafický průmysl a používá D50 buď CIEXYZ nebo CIELAB v Profile Connection Space, pro v2 a v4 ICC profilů.

Zatímco záměrem CIELAB bylo vytvořit prostor, který by byl vnímavěji jednotnější než CIEXYZ pomocí pouze jednoduchého vzorce, o CIELAB je známo, že postrádá jednotnost vnímání , zejména v oblasti modrých odstínů.

Hodnota světlosti, L* v CIELAB, se vypočítá pomocí odmocniny relativní jasu s posunem blízko černé. Výsledkem je efektivní křivka výkonu s exponentem přibližně 0,43, která představuje reakci lidského oka na světlo za denního světla ( fotopické ) podmínky.

Výhody

Příklad vylepšení barev pomocí barevného režimu LAB ve Photoshopu. Levá strana fotografie je vylepšená, zatímco pravá strana je normální.

Na rozdíl od barevných modelů RGB a CMYK je CIELAB navržen tak, aby přibližoval lidské vidění. Složka L* úzce odpovídá lidskému vnímání lehkosti, i když nebere v úvahu Helmholtz -Kohlrauschův efekt . CIELAB je méně barevný v barevných osách, ale je užitečný pro předpovídání malých rozdílů v barvách.

Souřadnicový prostor CIELAB představuje celou škálu lidského fotopického (denního) vidění a daleko přesahuje rozsah pro sRGB nebo CMYK. V celočíselné implementaci, jako je TIFF, ICC nebo Photoshop, má velký prostor souřadnic za následek značnou neefektivitu dat v důsledku nepoužívaných hodnot kódu. Pouze asi 35% dostupných hodnot souřadnicového kódu je v gamutu CIELAB s celočíselným formátem.

Použití CIELABu v celočíselném formátu 8 bitů na kanál má obvykle za následek významné chyby kvantování. I 16bitový kanál může mít za následek oříznutí, protože celý gamut přesahuje prostor ohraničujících souřadnic. V ideálním případě by měl být CIELAB používán s daty s plovoucí desetinnou čárkou, aby se minimalizovaly zjevné chyby kvantování.

CIE standardy a dokumenty jsou chráněny autorským právem CIE a musí být zakoupeny, nicméně vzorce pro CIELAB jsou k dispozici na webových stránkách CIE.

Souřadnice CIELAB

Přehrávejte média

Přehrávejte média

Rozsah barev sRGB ( vlevo ) a viditelný gamut pod osvětlením D65 ( vpravo ) vykreslen v barevném prostoru CIELAB. a a b jsou vodorovné osy; L je svislá osa.

Tři souřadnice CIELAB představují světlost barvy ( L* = 0 dává černou a L* = 100 označuje difúzní bílou; zrcadlová bílá může být vyšší), její polohu mezi červenou a zelenou ( a* , kde záporné hodnoty označují zelenou a kladné hodnoty označují červenou) a její polohu mezi žlutou a modrou ( b* , kde záporné hodnoty označují modrou a kladné hodnoty označují žlutou). Hvězdičky (*) za L* , a* a b* jsou vyslovovány jako hvězdičky a jsou součástí celého jména pro odlišení L * a * b * od Hunter's Lab , popsané níže.

Protože model L*a*b* má tři souřadnice, vyžaduje úplné zobrazení trojrozměrného prostoru. Dvourozměrné diagramy chromatičnosti nedefinují komplexní geometrii celého gamutu. Je také důležité si uvědomit, že vizuální reprezentace zobrazená na grafech plného gamutu CIELAB na této stránce jsou reprezentací a není možné, aby typický monitor zobrazoval skutečné barvy celého gamutu.

Protože červeno-zelené a žluto-modré soupeřovy kanály jsou počítány jako rozdíly lehkých transformací (domnělých) reakcí kuželů, CIELAB je barevný prostor chromatické hodnoty .

Související barevný prostor, barevný prostor CIE 1976 L * u * v * (aka CIELUV ), zachovává stejný L* jako L* a* b*, ale má jinou reprezentaci složek chromatičnosti. CIELAB a CIELUV mohou být také vyjádřeny ve válcové formě (CIELCh _ab a CIELCh _uv , v uvedeném pořadí), přičemž složky chromatičnosti jsou nahrazeny koreláty barvy a odstínu .

Od práce na CIELAB a CIELUV CIE začleňuje do svých modelů a rozdílových rovnic rostoucí počet jevů barevného vzhledu, aby lépe předvídal vnímání barev člověka. Tyto modely barevného vzhledu , jejichž jednoduchým příkladem je CIELAB, vyvrcholily CIECAM02 .

Percepční rozdíly

Nelineární vztahy pro L* , a* a b* mají napodobit nelineární reakci oka. Kromě toho mají rovnoměrné změny složek v barevném prostoru L*a*b* odpovídat rovnoměrným změnám vnímané barvy, takže relativní percepční rozdíly mezi jakýmikoli dvěma barvami v L*a*b* lze aproximovat zpracováním každé barvy jako bod v trojrozměrném prostoru (se třemi složkami: L* , a* , b* ) a vezmutí euklidovské vzdálenosti mezi nimi.

Převody RGB a CMYK

Aby bylo možné převést hodnoty RGB nebo CMYK na nebo z L*a*b* , musí být data RGB nebo CMYK linearizována vzhledem ke světlu. Musí být známý referenční osvětlovač dat RGB nebo CMYK, stejně jako primární souřadnice RGB nebo referenční data tiskárny CMYK ve formě tabulky pro vyhledávání barev (CLUT).

V barevně spravovaných systémech ICC profily obsahují tato potřebná data, která se pak používají k provádění převodů.

Rozsah souřadnic

Jak již bylo zmíněno dříve, souřadnice L * se nominálně pohybuje od 0 do 100. Rozsah souřadnic a * a b * je technicky neomezený, ačkoli je běžně omezen na rozsah −128 až 127 pro použití s ​​hodnotami celočíselného kódu, ačkoli toto vede k potenciálnímu oříznutí některých barev v závislosti na velikosti zdrojového barevného prostoru. Velká velikost gamutu a neefektivní využití prostoru souřadnic znamená, že osvědčeným postupem je použití hodnot s plovoucí desetinnou čárkou pro všechny tři souřadnice.

Převod mezi souřadnicemi CIELAB a CIEXYZ

Od CIEXYZ po CIELAB

${\ Displaystyle {\ begin {aligned} L^{\ star} & = 116 \ f \! \ left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}} \ right) -16 \\ a ^{\ star} & = 500 \ left (f \! \ left ({\ frac {X} {X _ {\ mathrm {n}}}} \ right) -f \! \ left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}} \ right) \ right) \\ b^{\ star} & = 200 \ left (f \! \ Left ({\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n }}}} \ right) -f \! \ left ({\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}} \ right) \ right) \ end {zarovnaný}}}$

kde být t =X/X _n, Y/Y _n, nebo Z/Z _n:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} f (t) & = {\ begin {cases} {\ sqrt [{3}] {t}} & {\ text {if}} t> \ delta ^{3} \ \ {\ dfrac {t} {3 \ delta ^{2}}}+{\ frac {4} {29}} & {\ text {else}} \ end {cases}} \\\ delta & = {\ tfrac {6} {29}} \ end {aligned}}}$

X, Y, Z popisují uvažovaný barevný podnět a X _n , Y _n , Z _n popisují specifikovaný bílý achromatický referenční osvětlovač. pro standardní kolorimetrický pozorovatel CIE 1931 (2 °) a za předpokladu normalizace, kde referenční bílá = Y = 100 , hodnoty jsou:

Pro standardní osvětlení D65 :

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X _ {\ mathrm {n}} & = 95,0489, \\ Y _ {\ mathrm {n}} & = 100, \\ Z _ {\ mathrm {n}} & = 108,8840 \ end {zarovnaný}}}$

Pro osvětlovač D50 , který se používá v polygrafickém průmyslu:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X _ {\ mathrm {n}} & = 96,4212, \\ Y _ {\ mathrm {n}} & = 100, \\ Z _ {\ mathrm {n}} & = 82,5188 \ end {zarovnaný}}}$

Rozdělení oblasti funkce f na dvě části bylo provedeno, aby se zabránilo nekonečnému sklonu při t = 0 . Předpokládalo se, že funkce f je lineární pod určitým t = t ₀ , a předpokládalo se, že odpovídá hodnotě ³ √ t části funkce při t ₀ jak v hodnotě, tak ve sklonu. Jinými slovy:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} {\ sqrt [{3}] {t_ {0}}} & = mt_ {0}+c & {\ text {(shoda v hodnotě)}} \\ {\ tfrac {1 } {3}} \ left (t_ {0} \ right)^{-{\ frac {2} {3}}} & = m & {\ text {(shoda ve sklonu)}} \ end {zarovnáno}}}$

Zachycení f (0) = c bylo zvoleno tak, že L * bude 0 pro Y = 0 : c =16/116 = 4/29. Výše uvedené dvě rovnice lze vyřešit pro m a t ₀ :

${\ displaystyle {\ begin {aligned} m & = {\ tfrac {1} {3}} \ delta ^{-2} & = 7,787037 \ ldots \\ t_ {0} & = \ delta ^{3} & = 0,008856 \ ldots \ end {aligned}}}$

kde δ =6/29.

Od CIELAB po CIEXYZ

Reverzní transformaci lze nejsnáze vyjádřit pomocí inverzní funkce f výše:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} X & = X _ {\ mathrm {n}} f^{-1} \ left ({\ frac {L^{\ star} +16} {116}}+{\ frac { a^{\ star}} {500}} \ right) \\ Y & = Y _ {\ mathrm {n}} f^{-1} \ left ({\ frac {L^{\ star} +16} {116 }} \ right) \\ Z & = Z _ {\ mathrm {n}} f^{-1} \ left ({\ frac {L^{\ star} +16} {116}}-{\ frac {b^ {\ star}} {200}} \ right) \\\ end {aligned}}}$

kde

${\ Displaystyle f^{-1} (t) = {\ begin {cases} t^{3} & {\ text {if}} t> \ delta \\ 3 \ delta^{2} \ left (t- {\ tfrac {4} {29}} \ right) & {\ text {else}} \ end {cases}}}$

a kde δ =6/29.

Válcový model

Přehrávejte média

Přehrávejte média

SRGB gamut ( vlevo ) a viditelné gamut pod D65 osvětlení ( vpravo ) vyneseny do barevného prostoru CIELCHab. L je svislá osa; C je poloměr válce; h je úhel kolem obvodu.

Dále jen „CIELCh“ nebo „CIEHLC“ prostor je barevný prostor na základě CIELAB, který využívá polární souřadnice C * (sytost, relativní nasycení) a h ° (odstín úhel, úhel odstínu v barevném kole CIELAB) místo Kartézské souřadnice a * a b *. Lehkost CIELAB L* zůstává nezměněna.

Převod a * a b * na C * a h ° se provádí následovně:

${\ Displaystyle C^{\ star} = {\ sqrt {{a^{*}}^{2}+{b^{*}}^{2}}}, \ qquad h^{\ circ} = \ jméno operátora {atan2} \ left ({b^{*}}, {a^{*}} \ right)}$

Naopak, vzhledem k polárním souřadnicím se převodu na karteziánské souřadnice dosáhne pomocí:

${\ Displaystyle a^{\ star} = C^{\ star} \ cos (h^{\ circ}), \ qquad b^{\ star} = C^{\ star} \ sin (h^{\ circle })}$

Barevný prostor LCh není stejný jako barevné modely HSV, HSL nebo HSB, i když jejich hodnoty lze také interpretovat jako základní barvu, sytost a světlost barvy. Hodnoty HSL jsou transformací polárních souřadnic technicky definovaného barevného prostoru kostky RGB. LCh je stále vnímavě jednotný .

Kromě toho H a h nejsou totožné, protože prostor HSL používá jako primární barvy tři aditivní primární barvy červenou, zelenou a modrou ( H = 0, 120, 240 °). Místo toho systém LCh používá čtyři barvy červenou, žlutou, zelenou a modrou ( h = 0, 90, 180, 270 °). Bez ohledu na úhel h , C = 0 znamená achromatické barvy, tj. Osu šedé.

Zjednodušená hláskování LCh, LCH a HLC jsou běžná, ale ta druhá má jiné pořadí. Barevný prostor HCL (Hue-Chroma-Luminance) na druhé straně je běžně používaný alternativní název pro barevný prostor L*C*h (uv) , také známý jako cylindrická reprezentace nebo polární CIELUV . Tento název běžně používají odborníci na vizualizaci informací, kteří chtějí prezentovat data bez předpojatosti implicitní při používání různé saturace . Název Lch (ab) se někdy používá k odlišení od L*C*h (uv).

Kde se používá CIELAB

Některé systémy a softwarové aplikace, které podporují CIELAB, zahrnují:

• CIELAB používají spektrofotometry Datacolor , včetně souvisejících výpočtů rozdílů barev .
• CIELAB používá knihovna PantoneLive.
• CIELAB je XRite hojně používán jako barevný prostor s jejich hardwarovými a softwarovými systémy pro měření barev.
• CIELAB D50 je k dispozici v Adobe Photoshopu , kde se nazývá „laboratorní režim“.
• CIELAB je k dispozici v Affinity Photo změnou barevného formátu dokumentu na „Lab (16 bitů)“. Bílý bod, který je ve výchozím nastavení D50, lze změnit pomocí profilu ICC.
• CIELAB D50 je k dispozici v profilech ICC jako prostor pro připojení profilu s názvem „Laboratorní barevný prostor“.
• CIELAB (libovolný bílý bod) je podporovaný barevný prostor v obrázkových souborech TIFF .
• CIELAB (libovolný bílý bod) je k dispozici v dokumentech PDF , kde se nazývá „barevný prostor laboratoře“.
• CIELAB je možnost v Digital Color Meter na macOS označená jako „L*a*b*“.
• CIELAB je k dispozici v editoru fotografií RawTherapee , kde se nazývá „barevný prostor laboratoře“.
• CIELAB používá GIMP pro filtr pro úpravu barevného odstínu, fuzzy-select a kbelík s barvami. K dispozici je také výběr barev LCh (ab).

Hunter Lab

Barevný prostor Hunter Lab, definovaný v roce 1948 Richardem S. Hunterem , je dalším barevným prostorem označovaným jako „Lab“. Stejně jako CIELAB byl také navržen tak, aby byl počítán pomocí jednoduchých vzorců z prostoru CIEXYZ, ale aby byl více vnímavě jednotný než CIEXYZ. Hunter pojmenoval své souřadnice L , a , a b. CIE pojmenovala souřadnice pro CIELAB jako L* , a* , b*, aby je odlišila od Hunterových souřadnic.

Hunter Lab Math

L je korelát lehkosti a je vypočítán z hodnoty tristimulu Y pomocí Priestova přiblížení k Munsellově hodnotě:

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}}}}$

kde Y _n je tristimulová hodnota Y zadaného bílého objektu. Pro aplikace povrchových barev je určený bílý objekt obvykle (i když ne vždy) hypotetickým materiálem s jednotkovou odrazivostí, který se řídí Lambertovým zákonem . Výsledná L bude škálována mezi 0 (černá) a 100 (bílá); zhruba desetkrát více než Munsellova hodnota. Všimněte si, že střední světlost 50 je produkována jasem 25, kvůli odmocnině proporcionality.

a a b se nazývají barevné osy protivníka . a představuje hrubě Červenost (pozitivní) versus Zelenost (negativní). Vypočítává se jako:

${\ Displaystyle a = K _ {\ mathrm {a}} \ left ({\ frac {{\ frac {X} {X _ {\ mathrm {n}}}}-{\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm { n}}}} {\ sqrt {\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}}} \ right)}$

kde K je koeficient, který závisí na osvětlovacího prostředku (pro D65, K je 172,30; viz přibližný vzorec níže) a X _n je X tristimulus hodnota určeného bílý objekt.

Druhá osa barvy soupeře, b , je kladná pro žluté barvy a záporná pro modré barvy. Vypočítává se jako:

${\ Displaystyle b = K _ {\ mathrm {b}} \ left ({\ frac {{\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}-{\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm { n}}}} {\ sqrt {\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}}} \ right)}$

kde K _b je koeficient, který závisí na osvětlovacího prostředku (pro D65 , K _b je 67,20; viz přibližný vzorec níže) a Z _n je Z tristimulus hodnota určeného bílý objekt.

Oba a a b budou nulové pro objekty, které mají stejné souřadnice chromatičnosti jako určené bílé objekty (tj. Achromatické, šedé, objekty).

Přibližné vzorce pro K _A a K _b

V předchozí verze Hunter Lab barevného prostoru, K byl 175 a K _b byl 70. Hunter Associates Lab zjištěno, že lepší dohoda by mohla být získána s jinými barevný rozdíl metrik, jako je CIELAB (viz výše), tím, že se tyto koeficienty záviset na osvětlovače. Přibližné vzorce jsou:

${\ Displaystyle K _ {\ mathrm {a}} \ cca {\ frac {175} {198.04}} (X _ {\ mathrm {n}}+Y _ {\ mathrm {n}})}$

${\ displaystyle K _ {\ mathrm {b}} \ cca {\ frac {70} {218.11}} (Y _ {\ mathrm {n}}+Z _ {\ mathrm {n}})}}$

což má za následek původní hodnoty pro Illuminant C , původní osvětlovací látku, se kterou byl použit barevný prostor Lab .

Jako Adamsův chromatický valenční prostor

Barevné prostory Adamsovy chromatické valence jsou založeny na dvou prvcích: (relativně) jednotné stupnici světlosti a (relativně) jednotné škále chromatičnosti . Vezmeme -li jako jednotnou stupnici lehkosti Priestovo přiblížení k stupnici Munsell Value, která by byla v moderním zápisu zapsána jako:

${\ displaystyle L = 100 {\ sqrt {\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}}}}$

a jako jednotné souřadnice chromatičnosti:

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

${\ Displaystyle c _ {\ mathrm {b}} = k _ {\ mathrm {e}} \ left (1-{\ frac {\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}} {\ frac {Y } {Y _ {\ mathrm {n}}}}} \ right) = k _ {\ mathrm {e}} {\ frac {{\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}-{\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}}} {\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}}}$

kde k _e je ladicí koeficient, získáme dvě chromatické osy:

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

a

${\ Displaystyle b = K \ cdot L \ cdot c _ {\ mathrm {b}} = K \ cdot 100k _ {\ mathrm {e}} {\ frac {{\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}} }}-{\ frac {Z} {Z _ {\ mathrm {n}}}}} {\ sqrt {\ frac {Y} {Y _ {\ mathrm {n}}}}}}}}}$

což je shodné s výše uvedenými vzorci Hunter Lab, pokud vybereme K =K _a/100a k _e =K _b/K _a. Barevný prostor Hunter Lab je proto Adamsovým chromatickým valenčním barevným prostorem .

Viz také

• Teorie barev
• Teorie barev oponenta
• HSL a HSV
• Barevný model RGB
• Barevný model CMYK
• CIECAM02
• Barevný prostor HCL

Reference

externí odkazy

• Ukázkový aplet na převod barev
• CIE Colorimetry 15-3 Technická zpráva CIE Colorimetry 15 třetí vydání (2004). Autoritativní odkaz.
• Dokument o porozumění barvám pomocí X-ritu.