Espaço de cores CIELAB - CIELAB color space

Vista superior do espaço de cores CIELAB
Visão frontal do espaço de cores CIELAB
O espaço de cores CIE 1976 ( L *, a *, b *) (CIELAB), mostrando apenas as cores que se enquadram na gama sRGB (e, portanto, podem ser exibidas em uma tela de computador típica). Cada eixo de cada quadrado varia de −128 a 127.

O espaço de cores CIELAB também conhecido como L * a * b * é um espaço de cores definido pela Comissão Internacional de Iluminação (abreviado CIE) em 1976. (Referindo-se ao CIELAB como "Lab" sem asteriscos deve ser evitado para evitar confusão com Hunter Lab ) expressa cor como três valores:. L * para leveza perceptual, e a * e b * para os quatro cores exclusivas da visão humana: vermelho, verde, azul, e amarelo. CIELAB foi concebido como um espaço perceptualmente uniforme , onde uma dada mudança numérica corresponde a uma mudança de cor percebida similar. Embora o espaço LAB não seja perceptualmente uniforme, ele é útil na indústria para detectar pequenas diferenças de cor.

Como o espaço CIEXYZ do qual deriva, o espaço de cores CIELAB é um modelo de "observador padrão" independente de dispositivo. As cores que ele define não são relativas a nenhum dispositivo específico, como um monitor de computador ou uma impressora, mas sim ao observador padrão CIE, que é uma média dos resultados de experimentos de correspondência de cores em condições de laboratório.

O espaço CIELAB é tridimensional e cobre toda a gama de percepção humana das cores, ou gama . É baseado no modelo de cores do oponente da visão humana, onde o vermelho e o verde formam um par adversário e o azul e o amarelo formam um par adversário. O valor de luminosidade, L * , também conhecido como "Lstar", define preto em 0 e branco em 100. O eixo a * é relativo às cores oponentes verde-vermelho, com valores negativos em direção ao verde e valores positivos em direção ao vermelho. O eixo b * representa os oponentes azul-amarelo, com números negativos em direção ao azul e positivos em direção ao amarelo.

A um * e b * eixos são ilimitado, e dependendo do branco de referência que pode facilmente exceder ± 150 para cobrir a gama humano. No entanto, as implementações de software geralmente limitam esses valores por razões práticas. Por exemplo, se matemática inteira estiver sendo usada, é comum fixar a * e b * no intervalo de −128 a 127.

O CIELAB é calculado em relação a um branco de referência, para o qual a CIE recomenda o uso do iluminante padrão CIE D65 . O D65 é usado na grande maioria das indústrias e aplicações, com a exceção notável sendo a indústria de impressão que usa o D50. O International Color Consortium apóia amplamente a indústria de impressão e usa D50 com CIEXYZ ou CIELAB no Profile Connection Space, para perfis ICC v2 e v4.

Enquanto a intenção por trás do CIELAB era criar um espaço que fosse mais uniforme do que o CIEXYZ usando apenas uma fórmula simples, o CIELAB é conhecido por carecer de uniformidade perceptual , particularmente na área dos tons de azul.

O valor de luminosidade, L * em CIELAB é calculado usando a raiz cúbica da luminância relativa com um deslocamento próximo ao preto. Isso resulta em uma curva de potência efetiva com um expoente de aproximadamente 0,43, que representa a resposta do olho humano à luz sob condições de luz do dia ( fotópica ).

Vantagens

Um exemplo de aprimoramento de cor usando o modo de cor LAB no Photoshop. O lado esquerdo da foto é aprimorado, enquanto o lado direito é normal.

Ao contrário dos modelos de cores RGB e CMYK , CIELAB é projetado para aproximar a visão humana. O componente L * é muito parecido com a percepção humana de leveza, embora não leve em consideração o efeito Helmholtz-Kohlrausch . CIELAB é menos uniforme nos eixos de cores, mas é útil para prever pequenas diferenças de cor.

O espaço de coordenadas CIELAB representa toda a gama de visão fotópica humana (luz do dia) e excede em muito a gama de sRGB ou CMYK. Em uma implementação de número inteiro, como TIFF, ICC ou Photoshop, o grande espaço de coordenadas resulta em ineficiência substancial de dados devido a valores de código não utilizados. Apenas cerca de 35% dos valores de código de coordenada disponíveis estão dentro da gama CIELAB com um formato inteiro.

Usar CIELAB em um formato de número inteiro de 8 bits por canal normalmente resulta em erros de quantização significativos. Mesmo 16 bits por canal pode resultar em recorte, pois a gama completa se estende além do espaço de coordenadas delimitador. Idealmente, CIELAB deve ser usado com dados de ponto flutuante para minimizar erros de quantização óbvios.

Os padrões e documentos da CIE são propriedade da CIE e devem ser adquiridos; no entanto, as fórmulas para o CIELAB estão disponíveis no site da CIE.

Coordenadas CIELAB

A gama sRGB ( esquerda ) e a gama visível sob iluminação D65 ( direita ) plotados no espaço de cores CIELAB. a e b são os eixos horizontais; L é o eixo vertical.

As três coordenadas de CIELAB representam a luminosidade da cor ( L * = 0 produz preto e L * = 100 indica branco difuso; branco especular pode ser maior), sua posição entre vermelho e verde ( a * , onde valores negativos indicam verde e valores positivos indicam vermelho) e sua posição entre amarelo e azul ( b * , onde valores negativos indicam azul e valores positivos indicam amarelo). Os asteriscos (*) após L * , a * e b * são pronunciados como estrela e fazem parte do nome completo para distinguir L * a * b *, de Hunter's Lab , descrito abaixo.

Como o modelo L * a * b * tem três coordenadas, ele requer um espaço tridimensional para ser representado completamente. Os diagramas de cromaticidade bidimensional falham em definir a geometria complexa de toda a gama. Além disso, é importante compreender que as representações visuais mostradas nos gráficos de toda a gama CIELAB nesta página são uma representação e é impossível para um monitor típico exibir as cores reais da gama completa.

Como os canais oponentes vermelho-verde e amarelo-azul são calculados como diferenças de transformações de luminosidade de respostas de cone (putativas), CIELAB é um espaço de cor de valor cromático .

Um espaço de cores relacionado, o espaço de cores CIE 1976 L * u * v * (também conhecido como CIELUV ), preserva o mesmo L * que L * a * b *, mas tem uma representação diferente dos componentes de cromaticidade. CIELAB e CIELUV também podem ser expressos na forma cilíndrica (CIELCh ab e CIELCh uv , respectivamente), com os componentes de cromaticidade substituídos por correlatos de croma e matiz .

Desde o trabalho no CIELAB e no CIELUV, o CIE tem incorporado um número crescente de fenômenos de aparência de cores em seus modelos e equações de diferença para prever melhor a percepção humana das cores. Esses modelos de aparência de cores , dos quais CIELAB é um exemplo simples, culminaram com o CIECAM02 .

Diferenças perceptivas

As relações não lineares para L * , a * e b * pretendem imitar a resposta não linear do olho. Além disso, as mudanças uniformes de componentes no espaço de cor L * a * b * visam corresponder a mudanças uniformes na cor percebida, de modo que as diferenças perceptivas relativas entre quaisquer duas cores em L * a * b * podem ser aproximadas tratando cada cor como um ponto em um espaço tridimensional (com três componentes: L * , a * , b * ) e tomando a distância euclidiana entre eles.

Conversões RGB e CMYK

Para converter valores RGB ou CMYK de ou para L * a * b * , os dados RGB ou CMYK devem ser linearizados em relação à luz. O iluminante de referência dos dados RGB ou CMYK deve ser conhecido, bem como as coordenadas primárias RGB ou os dados de referência da impressora CMYK na forma de uma tabela de pesquisa de cores (CLUT).

Em sistemas com gerenciamento de cores, os perfis ICC contêm esses dados necessários, que são usados ​​para realizar as conversões.

Alcance de coordenadas

Como mencionado anteriormente, o L * varia de coordenadas nominalmente de 0 a 100. A gama de um * e b * coordenadas é tecnicamente sem limites, embora seja normalmente fixada para a gama de -128 a 127 para uso com valores de código inteiro, embora esta resulta no possível corte de algumas cores, dependendo do tamanho do espaço de cores de origem. O grande tamanho da gama e a utilização ineficiente do espaço de coordenadas significa que a melhor prática é usar valores de ponto flutuante para todas as três coordenadas.

Conversão entre coordenadas CIELAB e CIEXYZ

De CIEXYZ para CIELAB

onde, sendo t =X/X n, Y/S n, ou Z/Z n:

X, Y, Z descrevem o estímulo de cor considerado e X n , Y n , Z n descrevem um iluminante de referência acromático branco especificado. para o observador colorimétrico padrão CIE 1931 (2 °) e assumindo normalização onde branco de referência = Y = 100 , os valores são:

Para iluminante padrão D65 :

Para iluminante D50 , que é usado na indústria de impressão:

A divisão do domínio da função f em duas partes foi feita para evitar uma inclinação infinita em t = 0 . A função f foi assumida como linear abaixo de algum t = t 0 , e foi assumida que correspondia à parte 3t da função em t 0 em valor e inclinação. Em outras palavras:

O intercepto f (0) = c foi escolhido de modo que L * fosse 0 para Y = 0 : c =16/116 = 4/29. As duas equações acima podem ser resolvidas para m e t 0 :

onde δ =6/29.

De CIELAB para CIEXYZ

A transformação reversa é mais facilmente expressa usando o inverso da função f acima:

Onde

e onde δ =6/29.

Modelo cilíndrico

A gama sRGB ( esquerda ) e a gama visível sob iluminação D65 ( direita ) plotados no espaço de cores CIELCHab. L é o eixo vertical; C é o raio do cilindro; h é o ângulo em torno da circunferência.

O espaço "CIELCh" ou "CIEHLC" é um espaço de cores baseado em CIELAB, que usa as coordenadas polares C * (croma, saturação relativa) e h ° (ângulo de matiz, ângulo de matiz na roda de cores CIELAB) em vez do Coordenadas cartesianas a * e b *. A leveza do CIELAB L * permanece inalterada.

A conversão de a * eb * em C * e h ° é realizada da seguinte forma:

Por outro lado, dadas as coordenadas polares , a conversão para coordenadas cartesianas é alcançada com:

O espaço de cores LCh não é igual aos modelos de cores HSV, HSL ou HSB, embora seus valores também possam ser interpretados como uma cor de base, saturação e luminosidade de uma cor. Os valores HSL são uma transformação de coordenadas polares do que é tecnicamente definido o espaço de cores do cubo RGB. LCh ainda é perceptualmente uniforme .

Além disso, H e h não são idênticos, porque o espaço HSL usa como cores primárias as três cores primárias aditivas vermelho, verde e azul ( H = 0, 120, 240 °). Em vez disso, o sistema LCh usa as quatro cores vermelho, amarelo, verde e azul ( h = 0, 90, 180, 270 °). Independentemente do ângulo h , C = 0 significa as cores acromáticas, ou seja, o eixo cinza.

As grafias simplificadas LCh, LCH e HLC são comuns, mas esta última apresenta uma ordem diferente. O espaço de cores HCL (Hue-Chroma-Luminance), por outro lado, é um nome alternativo comumente usado para o espaço de cores L * C * h (uv) , também conhecido como representação cilíndrica ou CIELUV polar . Esse nome é comumente usado por profissionais de visualização de informações que desejam apresentar dados sem o preconceito implícito no uso de saturação variável . O nome Lch (ab) às vezes é usado para diferenciar de L * C * h (uv).

Onde CIELAB é usado

Alguns sistemas e aplicativos de software que suportam CIELAB incluem:

  • CIELAB é usado por espectrofotômetros Datacolor , incluindo os cálculos de diferença de cores relacionados .
  • CIELAB é usado pela biblioteca PantoneLive.
  • CIELAB é amplamente utilizado pela XRite como um espaço de cores com seus sistemas de medição de cores de hardware e software.
  • O CIELAB D50 está disponível em Adobe Photoshop , onde é denominado "modo Lab".
  • CIELAB está disponível em Affinity Photo alterando o formato de cor do documento para "Lab (16 bits)". O ponto branco, cujo padrão é D50, pode ser alterado pelo perfil ICC.
  • CIELAB D50 está disponível em perfis ICC como um espaço de conexão de perfil denominado "Espaço de cor de laboratório".
  • CIELAB (qualquer ponto branco) é um espaço de cores com suporte em arquivos de imagem TIFF .
  • CIELAB (qualquer ponto branco) está disponível em documentos PDF , onde é chamado de "Espaço de cores Lab".
  • CIELAB é uma opção no medidor de cores digital no macOS descrito como "L * a * b *".
  • CIELAB está disponível no editor de fotos RawTherapee , onde é chamado de "espaço de cores do laboratório".
  • CIELAB é usado pelo GIMP para o filtro de ajuste de matiz-croma, seleção difusa e balde de tinta. Há também um seletor de cores LCh (ab).

Hunter Lab

O espaço de cores Hunter Lab, definido em 1948 por Richard S. Hunter , é outro espaço de cores conhecido como "Lab". Como o CIELAB, ele também foi projetado para ser calculado por meio de fórmulas simples do espaço CIEXYZ, mas para ser mais uniforme em termos de percepção do que o CIEXYZ. Hunter nomeou suas coordenadas L , a e b. O CIE nomeou as coordenadas do CIELAB como L * , a * , b * para distingui-las das coordenadas de Hunter.

Hunter Lab Math

L é um correlato de leveza e é calculado a partir do valor de tristímulus Y usando a aproximação de Priest para o valor de Munsell :

onde Y n é o valor de tristímulus Y de um objeto branco especificado. Para aplicações de cores de superfície, o objeto branco especificado é geralmente (embora nem sempre) um material hipotético com refletância unitária que segue a lei de Lambert . O L resultante será escalado entre 0 (preto) e 100 (branco); cerca de dez vezes o valor de Munsell. Observe que uma luminosidade média de 50 é produzida por uma luminância de 25, devido à proporcionalidade da raiz quadrada.

a e b são denominados eixos de cores oponentes . a representa, aproximadamente, vermelhidão (positivo) versus verde (negativo). É calculado como:

onde K a é um coeficiente que depende do iluminante (para D65, K a é 172,30; consulte a fórmula aproximada abaixo) e X n é o valor tristímulus X do objeto branco especificado.

O outro eixo de cor oponente, b , é positivo para cores amarelas e negativo para cores azuis. É calculado como:

onde K b é um coeficiente que depende do iluminante (para D65 , K b é 67,20; consulte a fórmula aproximada abaixo) e Z n é o valor tristímulus de Z do objeto branco especificado.

Tanto a quanto b serão zero para objetos que têm as mesmas coordenadas de cromaticidade dos objetos brancos especificados (ou seja, objetos acromáticos, cinza).

Fórmulas aproximadas para K a e K b

Na versão anterior do espaço de cores Hunter Lab , K a era 175 e K b era 70. Hunter Associates Lab descobriu que uma melhor concordância poderia ser obtida com outras métricas de diferença de cor, como CIELAB (veja acima), permitindo que esses coeficientes dependam sobre os iluminantes. As fórmulas aproximadas são:

que resultam nos valores originais do iluminante C , o iluminante original com o qual o espaço de cores Lab foi usado.

Como um espaço de valência cromática de Adams

Os espaços de cores de valência cromática de Adams são baseados em dois elementos: uma escala de luminosidade (relativamente) uniforme e uma escala de cromaticidade (relativamente) uniforme . Se tomarmos como a escala de leveza uniforme a aproximação de Priest à escala de valor de Munsell, que seria escrita em notação moderna como:

e, como as coordenadas de cromaticidade uniformes:

onde k e é um coeficiente de afinação, obtemos os dois eixos cromáticos:

e

que é idêntico às fórmulas do Hunter Lab fornecidas acima se selecionarmos K =K a/100e k e =K b/K a. Portanto, o espaço de cores do Hunter Lab é um espaço de cores de valência cromática de Adams .

Veja também

Referências

links externos