顏色空間怎么理解?色差儀RGB顏色空間怎么轉(zhuǎn)換LAB顏色空間?

? DOHO標(biāo)準(zhǔn)光源箱 ????|???? ?2023-05-11

什么是顏色空間?顏色空間也稱色彩模型,它是用來(lái)表示顏色的三個(gè)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(biāo)準(zhǔn)下用通??山邮艿姆绞絹?lái)簡(jiǎn)化顏色規(guī)范。色差儀作為顏色檢測(cè)的專用設(shè)備,其內(nèi)部配置多種顏色空間。本文對(duì)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。

色差儀Lab顏色空間

顏色空間怎么理解?

顏色空間是用來(lái)表示顏色的三個(gè)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(biāo)準(zhǔn)下用通??山邮艿姆绞絹?lái)簡(jiǎn)化顏色規(guī)范。因此,顏色空間是進(jìn)行顏色信息研究的理論基礎(chǔ)。表達(dá)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(shí)具備獨(dú)立性和均勻性的要求。獨(dú)立性的要求是指顏色空間的三個(gè)分量不互相影響,對(duì)其中某個(gè)分量的處理不導(dǎo)致其它分量相對(duì)于人眼感覺(jué)發(fā)生變化。均勻性的要求是指對(duì)顏色空間中的每一個(gè)分量來(lái)說(shuō),在不同取值處的相同改變量引起的視覺(jué)變化是相同的。可以說(shuō),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(gè)能滿足上述條件的顏色空間,而具體對(duì)各個(gè)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(jué)特性,使得人們可以有目的地進(jìn)行各種處理,同時(shí)又能保證在各種處理過(guò)程中都能達(dá)到預(yù)期的處理效果而不產(chǎn)生負(fù)面影響。由于人眼對(duì)顏色的感覺(jué)是一個(gè)復(fù)雜的非線性關(guān)系,絕對(duì)滿足上述條件的顏色空間是不存在的。但是,可以以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),尋找一個(gè)能在較大范圍內(nèi)符合上述條件的顏色表達(dá)空間。

為了定量地表達(dá)自然界豐富多樣的色彩,人們借助于數(shù)學(xué)坐標(biāo),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(biāo)表示,這個(gè)坐標(biāo)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(dá)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(yùn)用于彩色圖像處理,必須經(jīng)過(guò)必要地非線性變換和可視化處理,這個(gè)過(guò)程需要花費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間,是一個(gè)要在軟硬件設(shè)計(jì)中綜合考慮的因素。

顏色空間把抽象的、主觀的視覺(jué)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(shí)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(diǎn)和局限性。下文將對(duì)色差儀RGB顏色空間和LAB顏色空間進(jìn)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(lán)(Blue)三種原色光混合產(chǎn)生,這在幾何上能夠以R、G、B三個(gè)互相垂直的軸所構(gòu)成的空間坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)表示,稱為RGB顏色空間。

RGB顏色空間403

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(gè)點(diǎn)都代表著一種不同的顏色。每一點(diǎn)的顏色均由R、G、B三個(gè)通道中的灰度值所決定,每個(gè)通道中的灰度值為0~255,共256個(gè),當(dāng)三個(gè)通道共同作用時(shí),就有256×256×256種組合,形成167.7萬(wàn)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(gè)頂點(diǎn)分別是:紅、綠、藍(lán)、青、洋紅、黃、黑、白。立方體對(duì)角線的兩端,分別對(duì)應(yīng)著互補(bǔ)色,紅-青,綠-洋紅,藍(lán)-黃,黑-白。當(dāng)R=G=B時(shí),圖像的像素顏色就在黑白之間漸變,R=G=B=0時(shí),像素最黑,R=G=G=255時(shí),像素最白,R、G、B不全相等時(shí),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(hào)的顯示器顯示同一圖像時(shí)會(huì)有不同的色彩呈現(xiàn)效果;不同型號(hào)的掃描儀掃描相同圖像時(shí),也會(huì)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(guó)際照明委員會(huì)向世界各國(guó)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(gè)坐標(biāo)軸上均具有視覺(jué)和顏色心理感知的等距性,并且細(xì)分了明度坐標(biāo)和色品坐標(biāo)的級(jí)差。同時(shí),CIEL*a*b*空間中當(dāng)顏色的色差大于視覺(jué)的識(shí)別閱值(恰可察覺(jué))而又小于孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級(jí)色差時(shí),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。

CIELab顏色空間與CIEXYZ顏色空間轉(zhuǎn)換關(guān)系

式中:X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值;X0、Y0、Z0為CIE標(biāo)準(zhǔn)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(jì)量明度,簡(jiǎn)稱心理明度或明度指數(shù);a*、b*稱為心理計(jì)量色度,簡(jiǎn)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(duì)立學(xué)說(shuō)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(xiàng)。顏色的明度感覺(jué)用縱坐標(biāo)L*軸表示,黑色位于最下端,對(duì)應(yīng)明度L*=0,白色最亮位于最上端,對(duì)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(fù)方向代表綠色的變化;b*軸正方向代表黃色變化,b*軸負(fù)方向代表藍(lán)色變化。任何顏色都可以由這四個(gè)原色中的一個(gè)或兩個(gè)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(guó)際照明委員會(huì)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(gè)簡(jiǎn)化的均勻顏色空間,在三維色空間的各個(gè)坐標(biāo)軸上均具有視覺(jué)和顏色心理感知的等距性,而且細(xì)分了明度指數(shù)和色品指數(shù)的級(jí)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(cè)量和比較。因此,L*a*b*顏色空間在各個(gè)行業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)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。

RGB顏色空間到CIEXYZ空間的轉(zhuǎn)換公式

L*a*b*均勻顏色空間是CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的非線性變換,它將XYZ直角坐標(biāo)顏色空間轉(zhuǎn)換為柱面極坐標(biāo),將三刺激值XYZ轉(zhuǎn)換成與眼睛視覺(jué)相一致的明度L*和與色調(diào)、飽和度的感覺(jué)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:

CIEXYZ顏色空間轉(zhuǎn)換Lab顏色空間公式

式中,X、Y、Z分別表示圖像中某像素點(diǎn)的三刺激值,Xn、Yn、Zn為圖像采集時(shí)使用的照明光源所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)照明體三刺激值,通常使用的標(biāo)準(zhǔn)照明體為D65或D50,它們各自對(duì)應(yīng)的Xn、Yn、Zn值見(jiàn)下表。

照明體D65和D50的三刺激值(2°視場(chǎng))