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espacio de color CIELAB

Nube de puntos con colores óptimos (croma máximo teórico de las superficies) en CIE Lab, vista superior. Nube de puntos con colores óptimos en CIE Lab, vista izquierda El espaci...

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Nube de puntos con colores óptimos (croma máximo teórico de las superficies) en CIE Lab, vista superior.
Nube de puntos con colores óptimos en CIE Lab, vista izquierda
El espacio de color CIE 1976 ( L *, a *, b *) (CIELAB), que muestra solo los colores que se ajustan a la gama sRGB (y que, por lo tanto, pueden visualizarse en una pantalla de ordenador típica). Cada eje de cada cuadrado abarca desde -128 hasta 127.

El espacio de color CIELAB , también conocido como L*a*b* , es un espacio de color definido por la Comisión Internacional de Iluminación (abreviada CIE) en 1976. [ a ] Expresa el color mediante tres valores: L* para la luminosidad perceptual y a* y b* para los cuatro colores únicos de la visión humana: rojo, verde, azul y amarillo. CIELAB fue concebido como un espacio perceptualmente uniforme , donde un cambio numérico dado corresponde a un cambio de color percibido similar. Si bien el espacio LAB no es verdaderamente perceptualmente uniforme, resulta útil en la industria para detectar pequeñas diferencias de color.

Al igual que el espacio CIEXYZ del que deriva, el espacio de color CIELAB es un modelo de "observador estándar" independiente del dispositivo. Los colores que define no son relativos a ningún dispositivo en particular, como un monitor de computadora o una impresora, sino que se relacionan con el observador estándar CIE, que es un promedio de los resultados de experimentos de igualación de color en condiciones de laboratorio.

Coordenadas

El espacio CIELAB es tridimensional y abarca toda la gama de colores de la percepción humana. Se basa en el modelo de oposición de la visión humana, donde el rojo y el verde forman un par de oposición, y el azul y el amarillo forman otro. Esto convierte a CIELAB en un espacio de color de oposición de Hering . La naturaleza de las transformaciones también lo caracteriza como un espacio de color de valor cromático . El valor de luminosidad, L* (pronunciado "L estrella"), define el negro en 0 y el blanco en 100. El eje a* es relativo a los colores oponentes verde-rojo, con valores negativos hacia el verde y positivos hacia el rojo. El eje b* representa los oponentes azul-amarillo, con números negativos hacia el azul y positivos hacia el amarillo.

El valor de luminosidad, L* en CIELAB, se calcula mediante la raíz cúbica de la luminancia relativa con un desplazamiento cercano al negro. Esto da como resultado una curva de potencia efectiva con un exponente de aproximadamente 0,43, que representa la respuesta del ojo humano a la luz en condiciones de luz diurna ( fotópica ).

Los ejes a* y b* no tienen límites y, según el blanco de referencia, pueden superar fácilmente ±150 para abarcar la gama de colores humanos. Sin embargo, las implementaciones de software suelen limitar estos valores por razones prácticas. Por ejemplo, si se utilizan operaciones matemáticas con números enteros, es común limitar a* y b* al rango de −128 a 127.

CIELAB se calcula en relación con un blanco de referencia , para lo cual la CIE recomienda el uso del iluminante estándar D65 . [ 1 ] El D65 se utiliza en la gran mayoría de las industrias y aplicaciones, con la notable excepción de la industria de la impresión , que utiliza el D50. El Consorcio Internacional del Color apoya en gran medida a la industria de la impresión y utiliza el D50 con CIEXYZ o CIELAB en el Espacio de Conexión de Perfiles, para los perfiles ICC v2 y v4 . [ 2 ]

Aunque la intención detrás de CIELAB era crear un espacio que fuera más uniforme perceptualmente que CIEXYZ usando solo una fórmula simple, [ 3 ] se sabe que CIELAB carece de uniformidad perceptual , particularmente en el área de los tonos azules. [ 4 ]

La gama de colores sRGB ( izquierda ) y el color sólido óptimo bajo iluminación D65 ( derecha ) se representan en el espacio de color CIELAB. a y b son los ejes horizontales; L es el eje vertical.

Los asteriscos (*) después de L* , a* y b* se pronuncian como "star" y forman parte del nombre completo para distinguir L * a * b * del Laboratorio de Hunter , que se describe a continuación.

Dado que el modelo L*a*b* tiene tres ejes, requiere un espacio tridimensional para su representación completa. [ 5 ] Además, como cada eje es no lineal, no es posible crear un diagrama de cromaticidad bidimensional. Asimismo, las representaciones visuales que se muestran en los gráficos de la gama completa de CIELAB en esta página son una aproximación, ya que es imposible que un monitor muestre la gama completa de colores LAB.

Diferencias perceptivas

Las relaciones no lineales para L* , a* y b* pretenden imitar la respuesta no lineal del sistema visual. Además, los cambios uniformes de los componentes en el espacio de color L*a*b* buscan corresponder a cambios uniformes en el color percibido, de modo que las diferencias perceptuales relativas entre dos colores cualesquiera en L*a*b* se pueden aproximar tratando cada color como un punto en un espacio tridimensional (con tres componentes: L* , a* , b* ) y tomando la distancia euclidiana entre ellos. [ 6 ]

Conversiones RGB y CMYK

Para convertir valores RGB o CMYK a o desde L*a*b* , los datos RGB o CMYK deben linealizarse con respecto a la luz. Es necesario conocer el iluminante de referencia de los datos RGB o CMYK, así como las coordenadas primarias RGB o los datos de referencia CMYK de la impresora en forma de tabla de consulta de color (CLUT).

En los sistemas de gestión del color, los perfiles ICC contienen los datos necesarios, que luego se utilizan para realizar las conversiones.

Rango de coordenadas

Como se mencionó anteriormente, la coordenada L * normalmente varía de 0 a 100. El rango de las coordenadas a * y b * es técnicamente ilimitado, aunque comúnmente se limita al rango de -128 a 127 para su uso con valores de código enteros. Sin embargo, esto puede provocar que algunos colores se recorten dependiendo del tamaño del espacio de color de origen. Debido al gran tamaño de la gama de colores y a la utilización ineficiente del espacio de coordenadas, la mejor práctica es usar valores de punto flotante para las tres coordenadas.

Ventajas

A diferencia de los modelos de color RGB y CMYK , CIELAB está diseñado para aproximarse a la visión humana. El componente L* se ajusta bastante bien a la percepción humana de la luminosidad, aunque no tiene en cuenta el efecto Helmholtz-Kohlrausch . CIELAB es menos uniforme en los ejes de color, pero resulta útil para predecir pequeñas diferencias de color.

El espacio de coordenadas CIELAB contiene toda la gama de colores de la visión humana, que supera la gama de sRGB o CMYK. En una implementación de enteros como TIFF, ICC o Photoshop, el amplio espacio de coordenadas genera una ineficiencia de datos considerable debido a los valores de código no utilizados. Solo alrededor del 35 % de los valores de código de coordenadas disponibles se encuentran dentro de la gama CIELAB con un formato de enteros. [ 7 ]

El uso de CIELAB en formato entero de 8 bits por canal suele generar errores de cuantificación significativos. Incluso con 16 bits por canal, puede producirse recorte, ya que la gama completa se extiende más allá del espacio de coordenadas delimitador. Idealmente, CIELAB debería utilizarse con datos de punto flotante para minimizar los errores de cuantificación evidentes.

Las normas y documentos de la CIE están protegidos por derechos de autor y deben adquirirse; sin embargo, las fórmulas para CIELAB están disponibles en el sitio web de la CIE. [ 8 ]

Conversión entre coordenadas CIELAB y CIE XYZ

De CIE XYZ a CIELAB

L⋆=116F(Y/Ynorte)−16,a⋆=500(F(incógnita/incógnitanorte)−F(Y/Ynorte))b⋆=200(F(Y/Ynorte)−F(Z/Znorte)){\displaystyle {\begin{aligned}L^{\star }&=116\,f{{\bigl (}Y/Y_{\mathrm {n} }{\bigr )}}-16,\\[5mu]a^{\star }&=500{\bigl (}f(X/X_{\mathrm {n} })-f(Y/Y_{\mathrm {n} }){\bigr )}\\[5mu]b^{\star }&=200{\bigl (}f(Y/Y_{\mathrm {n} })-f(Z/Z_{\mathrm {n} }){\bigr )}\end{aligned}}}

donde t esincógnita/incógnitanorte,{\displaystyle X/X_{\mathrm {n} },}Y/Ynorte,{\displaystyle Y/Y_{\mathrm {n}},}oZ/Znorte{\displaystyle Z/Z_{\mathrm {n} }}:

F(t)={t3si t>δ313tδ−2+429de lo contrarioδ=629{\displaystyle {\begin{aligned}f(t)&={\begin{cases}{\sqrt[{3}]{t}}&{\text{si }}t>\delta ^{3}\\[4mu]{\tfrac {1}{3}}t\delta ^{-2}+{\tfrac {4}{29}}&{\text{en otro caso}}\end{cases}}\\\delta &={\tfrac {6}{29}}\end{aligned}}}

X , Y y Z describen el estímulo de color considerado y X n , Y n , Z n describen un iluminante de referencia blanco acromático especificado. Para el observador colorimétrico estándar CIE 1931 (2°) y suponiendo una normalización donde el blanco de referencia tiene Y = 100 , los valores son:

Para el iluminante estándar D65 :

incógnitanorte=95.0489,Ynorte=100,Znorte=108.8840{\displaystyle {\begin{aligned}X_{\mathrm {n} }&=95.0489,\\Y_{\mathrm {n} }&=100,\\Z_{\mathrm {n} }&=108.8840\end{aligned}}}

Para el iluminante D50 , que se utiliza en la industria de la impresión:

incógnitanorte=96.4212,Ynorte=100,Znorte=82.5188{\displaystyle {\begin{aligned}X_{\mathrm {n} }&=96.4212,\\Y_{\mathrm {n} }&=100,\\Z_{\mathrm {n} }&=82.5188\end{aligned}}}

La división del dominio de la función f en dos partes se realizó para evitar una pendiente infinita en t = 0. Se asumió que la función f era lineal por debajo de algún t = t 0 y se asumió que coincidía con lat3{\displaystyle {\sqrt[{3}]{t}}}parte de la función en t 0 tanto en valor como en pendiente. En otras palabras:

t03=metrot0+do (coincidencia en valor)13(t0)−2/3=metro (coincidencia en pendiente){\displaystyle {\begin{aligned}{\sqrt[{3}]{t_{0}}}&=mt_{0}+c&{\text{ (coincidencia en valor)}}\\[3mu]{\tfrac {1}{3}}\left(t_{0}\right)^{-2/3}&=m&{\text{ (coincidencia en pendiente)}}\end{aligned}}}

La intersección f (0) = c se eligió de modo que L * fuera 0 para Y = 0 : c = 16 / 116 = 4 / 29 . Las dos ecuaciones anteriores se pueden resolver para m y t 0 :

metro=13δ−2=7.787037…t0=δ3=0,008856…{\displaystyle {\begin{aligned}m&={\tfrac {1}{3}}\delta ^{-2}&=7.787037\ldots \\t_{0}&=\delta ^{3}&=0.008856\ldots \end{aligned}}}

donde δ = 6 / 29 . [ 9 ]​​

[ 10 ]

De CIELAB a CIEXYZ

La transformación inversa se expresa más fácilmente utilizando la inversa de la función f anterior:

incógnita=incógnitanorteF−1(L⋆+16116+a⋆500)Y=YnorteF−1(L⋆+16116)Z=ZnorteF−1(L⋆+16116−b⋆200){\displaystyle {\begin{aligned}X&=X_{\mathrm {n} }f^{-1}\left({\frac {L^{\star }+16}{116}}+{\frac {a^{\star }}{500}}\right)\\Y&=Y_{\mathrm {n} }f^{-1}\left({\frac {L^{\star }+16}{116}}\right)\\Z&=Z_{\mathrm {n} }f^{-1}\left({\frac {L^{\star }+16}{116}}-{\frac {b^{\star }}{200}}\right)\\\end{aligned}}}

dónde

F−1(t)={t3si t>δ33δ2(t−429)de lo contrario{\displaystyle f^{-1}(t)={\begin{cases}t^{3}&{\text{si }}t>\delta ^{3}\\3\delta ^{2}\left(t-{\tfrac {4}{29}}\right)&{\text{en otro caso}}\end{cases}}}

y donde δ = 6 / 29 .​

Modelo cilíndrico

La gama de colores sRGB ( izquierda ) y el color sólido óptimo bajo iluminación D65 ( derecha ) se representan en el espacio de color CIELCHab. L es el eje vertical; C es el radio del cilindro; h es el ángulo alrededor de la circunferencia.

El espacio "CIELCh" o "CIEHLC" es un espacio de color basado en CIELAB, que utiliza las coordenadas polares C * ( croma , intensidad del color) y h ° (ángulo de tono, ángulo del tono en la rueda de color CIELAB) en lugar de las coordenadas cartesianas a * y b *. La luminosidad L* de CIELAB permanece sin cambios.

La conversión de a * y b * a C * y h ​​° se realiza de la siguiente manera:

do⋆=a∗2+b∗2,h∘=atan⁡(b∗/a∗){\displaystyle C^{\star }={\sqrt {{a^{*}}^{2}+{b^{*}}^{2}}},\qquad h^{\circ }=\operatorname {atan} \left({b^{*}}/{a^{*}}\right)}

Por el contrario, dadas las coordenadas polares , la conversión a coordenadas cartesianas se logra con:

a⋆=do⋆porque⁡(h∘),b⋆=do⋆pecado⁡(h∘){\displaystyle a^{\star }=C^{\star }\cos(h^{\circ }),\qquad b^{\star }=C^{\star }\sin(h^{\circ })}

El espacio de color LCh (o HLC) no es lo mismo que los modelos de color HSV, HSL o HSB, aunque sus valores también pueden interpretarse como un color base, saturación y luminosidad de un color. Los valores HSL son una transformación de coordenadas polares de lo que técnicamente se define como el espacio de color del cubo RGB. LCh sigue siendo perceptualmente uniforme .

Espacio de color CIELCHab desde arriba
Espacio de color 3D de CIELCHab
L es el eje vertical; C es el radio del cilindro; h es el ángulo alrededor de la circunferencia.

Además, H y h no son idénticos, ya que el espacio HSL utiliza como colores primarios los tres colores primarios aditivos rojo, verde y azul ( H = 0, 120, 240°). En cambio, el sistema LCh utiliza los cuatro colores rojo, amarillo, verde y azul ( h = 0, 90, 180, 270°). Independientemente del ángulo h , C = 0 significa los colores acromáticos (no saturados), es decir, el eje de grises.

Las grafías simplificadas LCh, LCh(ab), LCH, LCH(ab) y HLC son comunes, pero la letra presenta un orden diferente. El espacio de color HCL (Tono-Croma-Luminancia) por otro lado es un nombre alternativo comúnmente utilizado para el espacio de color L*C*h(uv) , también conocido como la representación cilíndrica o CIELUV polar . Este nombre es comúnmente utilizado por los profesionales de la visualización de información que desean presentar datos sin el sesgo implícito en el uso de saturación variable . [ 11 ] [ 12 ] El nombre Lch(ab) se utiliza a veces para diferenciarlo de L*C*h(uv).

Un espacio de color relacionado, el espacio de color CIE 1976 L * u * v * (también conocido como CIELUV ), conserva el mismo L* que L*a*b* pero tiene una representación diferente de los componentes de cromaticidad. CIELAB y CIELUV también pueden expresarse en forma cilíndrica (CIELCh ab [ 13 ] y CIELCh uv , respectivamente), con los componentes de cromaticidad reemplazados por correlatos de croma y tono .

Desde el trabajo en CIELAB y CIELUV, la CIE ha estado incorporando un número creciente de fenómenos de apariencia del color en sus modelos y ecuaciones de diferencias para predecir mejor la percepción del color en humanos. Estos modelos de apariencia del color , de los cuales CIELAB es un ejemplo simple, [ 14 ] culminaron con CIECAM02 .

Oklab se basa en la misma estructura espacial y logra una mayor uniformidad perceptiva.

Uso

Algunos sistemas y aplicaciones de software que son compatibles con CIELAB incluyen:

  • CIELAB es ampliamente utilizado por X-Rite como espacio de color en sus sistemas de medición de color, tanto de hardware como de software.
  • CIELAB D50 está disponible en Adobe Photoshop , donde se denomina "Modo Lab". [ 15 ] [ 16 ]
  • CIELAB está disponible en Affinity Photo cambiando el formato de color del documento a "Lab (16 bits)". El punto blanco , que por defecto es D50 , se puede cambiar mediante el perfil ICC .
  • CIELAB D50 está disponible en los perfiles ICC como un espacio de conexión de perfil llamado "Espacio de color Lab". [ 2 ]
  • CIELAB (cualquier punto blanco) es un espacio de color compatible con los archivos de imagen TIFF . [ 17 ]
  • CIELAB (cualquier punto blanco) está disponible en documentos PDF , donde se denomina "espacio de color Lab". [ 18 ] [ 19 ]
  • CIELAB es una opción en el Medidor de color digital en macOS que se describe como "L*a*b*".
  • CIELAB está disponible en el editor de fotos RawTherapee , donde se le llama "espacio de color Lab". [ 20 ]
  • GIMP utiliza CIELAB para el filtro de ajuste de tono y croma, la selección difusa y el cubo de pintura. También incluye un selector de color LCh(ab). [ 21 ]
  • La compatibilidad de los navegadores web con CIELAB se introdujo como parte del Módulo de Color CSS Nivel 4 y es compatible con todos los navegadores principales. [ 22 ] [ 23 ]
  • CIELAB se utiliza para caracterizar el color de objetos biológicos, y se ha propuesto la transformación de L*a*b* a croma y ángulo de tono como una solución mejor que simplemente publicar los valores L*a*b* sin procesar. Un conjunto de herramientas gratuitas se describe en https://hal.science/hal-05479897

Laboratorio Hunter

Hunter Lab (también conocido como Hunter L,a,b) es un espacio de color definido en 1948 [ 24 ] [ 25 ] por Richard S. Hunter . Fue diseñado para ser calculado mediante fórmulas simples a partir del espacio CIEXYZ , pero para ser más uniforme perceptualmente. Hunter denominó a sus coordenadas L , a y b . Hunter Lab fue un precursor de CIELAB , creado en 1976 por la Comisión Internacional de Iluminación (CIE), que denominó a las coordenadas de CIELAB como L* , a* , b* para distinguirlas de las coordenadas de Hunter. [ 24 ] [ 25 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Se debe evitar referirse a CIELAB como "Lab" sin asteriscos para evitar confusiones con Hunter Lab .

Referencias

  1. ↑ Colorimetría CIE 15 (Tercera  ed.). CIE. 2004. ISBN 3-901-906-33-9.
  2. 1 2 Consorcio Internacional del Color, Especificación ICC.1:2004-10 (Versión de perfil 4.2.0.0) Gestión del color de la tecnología de imagen: arquitectura, formato de perfil y estructura de datos, (2006).
  3. ↑ MacEvoy, Bruce. "Explicación de esta historia" .
  4. ↑ Un análisis y una propuesta de mejora , Bruce Lindbloom
  5. ↑ Representaciones 3D de la gama L*a*b* , Bruce Lindbloom.
  6. ↑ Jain, Anil K. (1989). Fundamentos del procesamiento digital de imágenes . Nueva Jersey, Estados Unidos de América: Prentice Hall . págs. 68 , 71, 73. ISBN  0-13-336165-9.
  7. ↑ "Gama de enteros LAB — Bruce Lindbloom" . brucelindbloom.com . Consultado el 12 de diciembre de 2020 .
  8. ↑ "Fórmula CIELAB" . Lista de términos CIE . Consultado el 10 de mayo de 2024 .
  9. ↑ János Schanda (2007). Colorimetría . Wiley-Interscience. pag. 61.ISBN​  978-0-470-04904-4.
  10. ↑ "Espacio de color CIE 1976 L*a*b* | eilv" . eilv.cie.co.at. Archivado del original el 28-12-2019 . Consultado el 12-12-2020 .
  11. ↑ Zeileis, Achim; Hornik, Kurt; Murrell, Paul (2009). "Escapando de RGBland: Selección de colores para gráficos estadísticos" (PDF) . Computational Statistics & Data Analysis . 53 (9): 3259– 3270. doi : 10.1016/j.csda.2008.11.033 .
  12. ↑ Stauffer, Reto; Mayr, Georg J.; Dabernig, Markus; Zeileis, Achim (2015). "En algún lugar sobre el arco iris: cómo hacer un uso efectivo de los colores en las visualizaciones meteorológicas" (PDF) . Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana . 96 (2): 203– 216. Bibcode : 2015BAMS...96..203S . doi : 10.1175/BAMS-D-13-00155.1 . hdl : 10419/101098 .
  13. ↑ Escala de color CIE-L*C*h
  14. ↑ Fairchild, Mark D. (2005). "Modelos de apariencia de color e imagen" . Modelos de apariencia de color . John Wiley and Sons. pág. 340. ISBN  0-470-01216-1.
  15. ↑ Margulis, Dan (2006). Photoshop Lab Color: The Canyon Conundrum and Other Adventures in the Most Powerful Colorspace . Berkeley, California : Londres: Peachpit; Pearson Education. ISBN  0-321-35678-0.
  16. ↑ El modo de color Lab en Photoshop , Adobe TechNote 310838
  17. ↑ TIFF: Revisión 6.0 Archivado el 15/08/2000 en Wayback Machine Adobe Developers Association, 1992
  18. ↑ Consistencia del color y Adobe Creative Suite. Archivado el 25/07/2008 en Wayback Machine.
  19. ↑ Guía del usuario de Adobe Acrobat Reader 4.0 "El modelo de color que utiliza Acrobat Reader se llama CIELAB…"
  20. ↑ "Ajustes de laboratorio - RawPedia" . rawpedia.rawtherapee.com . Consultado el 8 de mayo de 2018 .
  21. ↑ "2.6. Mayor uso de CIE LAB y CIE LCH" . docs.gimp.org .
  22. ↑ "Módulo de color nivel 4" . w3.org . Consultado el 6 de octubre de 2023 .
  23. ↑ "lab() - CSS: Cascading Style Sheets MDN" . developer.mozilla.org . Consultado el 06-10-2023 .
  24. 1 2 Hunter, Richard Sewall. "Medidor fotoeléctrico de diferencia de color". pág. 661. En: "Actas de la trigésimo primera reunión de la Junta Directiva de la Sociedad Óptica de América, Incorporada". Revista de la Sociedad Óptica de América . 38 (7): 651. Julio de 1948. doi : 10.1364/JOSA.38.000651 .
  25. 1 2 Hunter, Richard Sewall. "Exactitud, precisión y estabilidad de un nuevo medidor fotoeléctrico de diferencia de color". pág. 1094. En: "Actas de la trigésimo tercera reunión anual de la Sociedad Óptica de América". Journal of the Optical Society of America . 38 (12): 1092–1106 . Diciembre de 1948. doi : 10.1364/JOSA.38.001092 .
  • Applet de conversión de color demostrativo
  • Colorimetría CIE 15-3. Informe técnico CIE sobre colorimetría 15, tercera edición (2004). Una referencia autorizada.
  • Documento técnico sobre la comprensión de los colores, elaborado por X-rite.