CIELab色彩空间详解

1. CIELab色彩空间概述

CIELab色彩空间是国际照明委员会（CIE）定义的一种颜色空间，广泛应用于各种工业和科学领域，如涂料、玻璃、化工、印刷、纺织和食品等行业的色差测量。该色彩空间旨在提供一个均匀且设备无关的颜色表示方法，使得颜色的量化、比较和交流更加准确和便捷。

2. CIELab色彩空间的参数

CIELab色彩空间主要由以下几个参数构成：

• L：* 明暗度（Lightness）。L值越大，颜色越浅；L值越小，颜色越深。它是描述颜色深浅程度的关键指标。

• a 和 b：** 色度坐标。a代表红绿轴，正方向为红，负方向为绿；b代表黄蓝轴，正方向为黄，负方向为蓝。这两个值共同决定了颜色的色相和饱和度。

• C：* 彩度（Chroma），也叫饱和度。C值越大，颜色越鲜艳；C值越小，颜色越暗淡。彩度是由a和b的值计算得出的，它表示颜色的鲜艳程度。

• H：* 色调角（Hue angle）。H值的变化对应着不同的颜色，它表示颜色的基本属性，即红、黄、绿、蓝等。

3. CIELab色彩空间的应用

CIELab色彩空间广泛应用于各种需要准确测量和比较颜色的场合。例如，在涂料、玻璃、化工、印刷、纺织和食品等行业中，通过测量样品在CIELab色彩空间中的坐标值，可以准确地描述和比较不同样品之间的颜色差异。

此外，CIELab色彩空间还可以用于计算两个颜色之间的色差。色差是指两个颜色在视觉上的差异程度，通过计算它们在CIELab色彩空间中的坐标差值，可以得到一个具体的数值来表示这种差异。这对于产品的质量控制、配方计算和颜色修正等方面具有重要的应用价值。

4. 色差表述与判断标准

在CIELab色彩空间中，色差可以通过计算两个颜色在L*、a和b三个坐标轴上的差值来得到。常用的色差公式有dE*ab等，它可以给出一个具体的数值来表示两个颜色之间的差异大小。

根据色差的大小，可以判断两个颜色之间的相似程度。一般来说，当dE值小于0.6时，可以认为两个颜色非常接近或相同；当dE值在0.6到1.2之间时，可以认为两个颜色有一定的差异，但仍然是可接受的；当dE*值大于1.5时，可以认为两个颜色有明显的差异。

5.CIELab颜色空间色差公式介绍：

色差仪中基于CIELab颜色空间的色差公式有很多，下文主要对几个常用的色差公式进行介绍：

1.CIELAB色差公式

在CIELAB颜色空间中，知道两个颜色的L*值、a*值和 b*值，可以计算两个颜色之间的色差，如下式所示：

式中，△L*为两个颜色的明度差，△a*为两个颜色的红绿坐标差，△b*为两个颜色的黄蓝坐标差。

麦克亚当椭圆也用于测试色差公式，Robertson选取L*=50将他们绘制在a*b*平面上，也可以选择不同的L*值，只是椭圆的大小会变化，但它们将保持相同的形状、方向和相对大小。如果颜色空间是均匀的，a*b*绘制出来的不是椭圆，而是圆。CIE推出1976CIELAB颜色空间后，Luo和Rigg根据BFD数据集绘出了CIELab颜色宽容量图，发现a*b*平面绘制出来的不是圆，而是椭圆，但由于椭圆的形态、大小不同，离圆心愈远，则椭圆的体积也愈大。除了蓝色之外，整个椭圆的长轴均指向中央。所以，CIE1976L*a*b*的空间虽然并不均匀，但是由于它构造简单，而且能够很好的预测大色差色样，所以目前仍被广泛应用。

2.CMC（l：c）色差公式

在修正CIELAB色差公式的基础上，CMC色差公式根据视觉关系调整了每个色调方向的色差椭圆大小和形状；改善了彩度差变化与明度之间的关系，使不同彩度的颜色具有不同的色差容限。非彩色区域附近的椭圆较小，彩度高的椭圆较大，色差容限与彩度的变化成正比。并引入了明度权重因子l和彩度权重因子c，以适应不同应用的需求。CMC（l:c）的色差表达式为：

式中，△Lab*为色样在明度方向上的差值，△Cab*为色样在彩度方向上的差值，△Hab*为色样在色调方向上的差值，这三种值均由CIELAB颜色差公式的运算得出；SL、SC、SH是明度、彩度和色相的权重系数，可以用来调整色度椭圆的半轴值；l和c是明度程度权重因子和彩度权重因子，在印染中通常使用l：c=1：1，在纺织领域中通常使用l：c=2：1。

3.CIE2000色差公式

由于人眼与色差计在色度图中不同位置的色彩评估方法和形状上的差异，引起了许多色彩评定时测量数据与目测结论不匹配的问题，CIE2000色差计算公式的提出，就是为了解决这个问题和难题。CIE2000色差公式并不是创建了一个新的人眼辨别临界区均匀的色空间，而是重新定义了色差计算方法，使得在整个CIELab色度空间中，色差计算值与人眼评估更为接近。新的色差公式在原色差计算公式基础上，另外特别引用了三个新的重量系数SL，SC和SH，分别代表了在亮度△L*、饱和度△C*和色调△H*方向上的差异程度。其表达式为：

CIEDE2000的推导侧重于五个方面的建模：色相、色调、蓝色区域中的旋转项、亮度变换和中性灰色。近中性区域性能得益于a'的修改；通过旋转系数RT，蓝色区域性能得到改善，SL用于调整亮度差异。CIEDE2000这五种校正的重要性顺序如下：色相、色调、旋转项、亮度和灰度。

总结

CIELab色彩空间是一种均匀且设备无关的颜色表示方法，具有广泛的应用价值。通过测量样品在CIELab色彩空间中的坐标值，可以准确地描述和比较不同样品之间的颜色差异。同时，通过计算色差可以判断两个颜色之间的相似程度，为产品的质量控制、配方计算和颜色修正等方面提供重要的依据。