什么是CIELab颜色空间？CIELab颜色空间的原理与应用

什么是CIELab颜色空间？CIELab颜色空间的原理与应用

CIELab颜色空间是工业界广泛使用的一种颜色模型，尤其在染料颜料制造、涂料、纺织印染、油墨、塑料着色等行业的产品颜色质量控制中占据重要地位。它通过L*、a*、b*三个坐标轴来描述颜色的亮度和色调，具有直观且易于计算的特点。本文将详细介绍CIELab颜色空间的原理、应用及其与LAB的关系。

颜色空间，也称为颜色模型（又称彩色空间、彩色系统），它的用途是在某些标准下用图形的方式对颜色加以说明。常见的颜色空间是CIELab颜色空间。在颜色品管软件界面或报告中经常会有这个视图，被称为颜色空间视图。

CIELAB均匀颜色空间是一个三维体系，其颜色的立体分布如下图所示。自从CIELAB颜色空间推出以来，在工业界得到了广泛的应用，特别是在染料颜料制造、涂料、纺织印染、油墨、塑料着色等行业的产品颜色质量控制中有着很重要的地位。其中L为明度坐标，表征颜色的亮度大小；ab*为色品坐标。

彩度a和b组成的平面表示颜色的彩度，左下图为彩度标图，其中，+a表示红，-a表示绿，+b表示黄，-b表示蓝。并且有非红即绿、非黄即蓝的关系右下图L明度值，取值范围0-100.

CIELAB色差公式

其计算公式为：

$$
\Delta E_{ab} = \sqrt{(L_1^* - L_2^)^2 + (a_1^ - a_2^)^2 + (b_1^ - b_2^*)^2}
$$

式中

• $X_1, Y_1, Z_1$ 为样品1的颜色的三刺激值
• $X_2, Y_2, Z_2$ 为样品2的颜色的三刺激值
• $X_n, Y_n, Z_n$ 为完全漫反射物体表面经CIE标准照明体后通过人眼得到的三刺激值，其中 $Y_n = 100$

如果已知$L^* a^* b^*$值，欲求取$X, Y, Z$值，可使用逆方程：

$$
X = X_n f^{-1}(L^) + (1 - f^{-1}(L^)) X_n
$$

$$
Y = Y_n f^{-1}(L^) + (1 - f^{-1}(L^)) Y_n
$$

$$
Z = Z_n f^{-1}(L^) + (1 - f^{-1}(L^)) Z_n
$$

其中，

$$
f^{-1}(L^) = \begin{cases}
\frac{L^}{116} & \text{if } L^* > 8 \
\frac{L^* + 16}{116} & \text{if } L^* \leq 8
\end{cases}
$$

图2是CIELab均匀色空间示意图。图中 a和 b表示不同的色调方向。a表示红---绿色的方向。+a表示红色方向，-a表示绿色方向；b表示黄---蓝的方向，+b表示黄色方向，-b表示蓝色方向。中间的垂直轴L表示明度，上面的明度最大，显示白；下面明度最小，显示黑。

图2 色空间示意图

CIE在建议了CIELAB色空间的同时，也建议了相应的色差公式△Eab，形式如下：

$$
\Delta E_{ab} = \sqrt{(L_1^* - L_2^)^2 + (a_1^ - a_2^)^2 + (b_1^ - b_2^*)^2}
$$

△Eab色差公式的优点是当颜色的色差大于人眼视觉的识别阈值（刚刚可以察觉的值），但是又小于孟赛尔系统中相邻的两级的色差值时，能够较好的反映物体色的心理感受效果。

彩色空间-CIELAB和LAB的关系

CIELAB和LAB的关系

CIELab是CIE的一个颜色系统，表色体系，基于CIELab的意思是基于这个颜色系统之上，基本是用于确定某个颜色的数值信息。

Hunter 1948 L, a, b色彩空间的坐标是L, a和b。但是，Lab经常用做CIE 1976 (L*, a*, b*)色彩空间的非正式缩写（也叫做CIELAB，它的坐标实际上是L*, a和b）。

三个基本坐标意义：

1. L*：颜色的亮度（L* = 0生成黑色而L* = 100指示白色）
2. a*：红色／品红色和绿色之间的位置（a*负值指示绿色而正值指示品红）
3. b*：黄色和蓝色之间的位置（b*负值指示蓝色而正值指示黄色）

CIELAB是均匀的颜色空间，所谓均匀是当数值均匀变化时，人的感官也是均匀变化； 在Lab* 模型中均匀改变对应于在感知颜色中的均匀改变。所以在Lab* 中任何两个颜色的相对感知差别，可以通过把每个颜色处理为（有三个分量：L*, a*, b* 的）三维空间中一个点来近似，并计算在它们之间的欧几里得距离。在Lab* 空间中的这个欧几里得距离是ΔE（经常叫做“Delta E”，更精确的是ΔE*ab）。

使用Lab*中的两个颜色：