颜色空间的分类及均匀颜色空间CIELab解析

颜色空间也称颜色模型，是用数字的形式对颜色进行表达的一种方式。不同类型的颜色空间由于构成的不同，其表达颜色的方式也不同。本文对颜色空间的分类及均匀颜色空间CIELab做了解析。

颜色空间的分类：

用于表示物体颜色的体系称为表色系，分为混色系、显色系、均匀色空间和色貌模型四种。

混色系，是以颜色加法混合的三原色理论为基础构建的表色系统，可以在该表色系下标定样品的颜色坐标，如1931CIE-RGB颜色空间。

显色系，是指以装订成色卡图册的实物样品为基础构建的表色系统，可用于目测祥品颜色时的对比色卡，如1943年孟塞尔提出的孟塞尔显色系、瑞典自然色系（NCS）。

均匀色空间，是以前两类的研究结果为基础构建的，既可准确地标定祥品的颜色坐标，而且色空间中的颜色差异更符合人眼的色觉，如CIE1960均匀颜色空间、C1E1964均匀颜色空间、CIE1976L*a*b*和CIE1976L*u*v'均匀色空间等，其中CIE1976L*a*b*是最常用的颜色空间。

色貌模型，是以人眼观察的各种參数为基础构建的，能准确描述人眼在不同背景、环境、周围场等状态下颜色观察结果的表色系统，如CIECAM02色貌模模型。

以上四类表色系均能定量的表示物体的颜色，定量的分析物体之间颜色的差异，但我们需要一种能和人眼色觉一致的表色系。在四类表色系中，均匀色空间最接近人眼的实际效果。CIEL*a*b*色空间的各颜色指数的均匀性优于其它色空间，CIEL*a*b*的特点是当颜色的色差大于视觉的识别阈限（恰可察觉）而又小于孟塞尔系统中相邻两级的色差值时，能较好地反映物体色的心理感受效果。

均匀颜色空间CIELab解析：

CIEL*a*b*（CIELAB）色空间是由纵坐标L*、水平的a*和b*轴构成的三维立体坐标系，如下图所示。纵坐标轴L*表示明度，值越大样品的明度值越高，取值范围为0～100，纯黑位于最下端，对应明度L*=0；纯白色最亮，位于最上端，对应明度L*=100。a*和b*是色度坐标，正负值代表颜色的方向，+a*表示红色方向，值越大红色饱和度越高，-a*代表绿色方向，绝对值越大代表绿色越鲜艳，a*值范围为-128～127；+b*为黄色方向，值越大黄色越鲜艳，-b*为蓝色方向，绝对值越大表示蓝色饱和度越高，b*值范围为-128～127。

右图是CIEL*a*b*色空间的极坐标表示法，由L*、C*、H表示。纵坐标L*值同样对应于颜色三要素的明度，C*代表彩度，即某一颜色的坐标位置与原点的距离，圆心处颜色的饱和度C*值为0，离圆心越远C*的值越大；H为色调，代表色调角，是某一颜色坐标在色品平面内的投影点和坐标原点的连线与a轴的夹角。规定*从正a轴（红）开始为0°，逆时针为正，正b轴（黄）为90°，负a轴（绿）为180°，负b轴（蓝）为270°。

CIELCH色彩空间是从CIELab色彩空间推导出来的，一种颜色可以用LAB表示，也可以用LCH表示。CIELab与CIELCH之间的转换关系为：

在CIELab颜色空间中，若两个颜色都是按照L*a*b*标定的，则两个颜色之间的色差可以用欧式距离来计算：

其中，△L*是CIELAB空间的明度差，△a*是CIELAB空间的红绿色光差，△b*是CIELAB空间的黄蓝色光差。

△a*和△b*表示样本和标准在ab*平面上位置的改变。如果将CIELab均匀颜色空间转化为极坐标空间，则能更好地表示色差的性质，极坐标空间用LCH表示。因此，CIELAB色差公式也可以用明度差△L*、彩度差△C*ab和色相差△H*ab来定义，即：