什么是顏色空間？顏色空間也稱色彩模型，它是用來表示顏色的三個(gè)參數(shù)所構(gòu)成的三維空間，是顏色抽象表示和描述的方法，是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用通?？山邮艿姆绞絹砗喕伾?guī)范。色差儀作為顏色檢測的專用設(shè)備，其內(nèi)部配置多種顏色空間。本文對色差儀RGB顏色空間和LAB顏色空間及它們之間的轉(zhuǎn)換方法做了介紹。
顏色空間怎么理解？
顏色空間是用來表示顏色的三個(gè)參數(shù)所構(gòu)成的三維空間，是顏色抽象表示和描述的方法，是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用通常可接受的方式來簡化顏色規(guī)范。因此，顏色空間是進(jìn)行顏色信息研究的理論基礎(chǔ)。表達(dá)顏色的空間可以是非均勻、非線性的，用于彩色圖像處理的空間必須同時(shí)具備獨(dú)立性和均勻性的要求。獨(dú)立性的要求是指顏色空間的三個(gè)分量不互相影響，對其中某個(gè)分量的處理不導(dǎo)致其它分量相對于人眼感覺發(fā)生變化。均勻性的要求是指對顏色空間中的每一個(gè)分量來說，在不同取值處的相同改變量引起的視覺變化是相同的?？梢哉f，彩色圖像處理與灰度圖像處理的區(qū)別主要在于建立一個(gè)能滿足上述條件的顏色空間，而具體對各個(gè)分量的處理則完全可以參照成熟的灰度圖像處理技術(shù)。
顏色空間要求能形象、直觀地反映人眼的顏色視覺特性，使得人們可以有目的地進(jìn)行各種處理，同時(shí)又能保證在各種處理過程中都能達(dá)到預(yù)期的處理效果而不產(chǎn)生負(fù)面影響。由于人眼對顏色的感覺是一個(gè)復(fù)雜的非線性關(guān)系，絕對滿足上述條件的顏色空間是不存在的。但是，可以以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，尋找一個(gè)能在較大范圍內(nèi)符合上述條件的顏色表達(dá)空間。
為了定量地表達(dá)自然界豐富多樣的色彩，人們借助于數(shù)學(xué)坐標(biāo)，已先后提出了各種各樣的顏色空間。在顏色空間中，顏色由三維坐標(biāo)表示，這個(gè)坐標(biāo)描述了顏色在特定顏色空間中的位置。有很多種顏色空間可以精確地表達(dá)任意一種顏色，但由于顏色感知所固有地主觀性和非線性，它們大多不能直接運(yùn)用于彩色圖像處理，必須經(jīng)過必要地非線性變換和可視化處理，這個(gè)過程需要花費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，是一個(gè)要在軟硬件設(shè)計(jì)中綜合考慮的因素。
顏色空間把抽象的、主觀的視覺感受具體化為三維空間中的位置、向量，使各種彩色圖像、彩色設(shè)備的顏色特性都能實(shí)現(xiàn)可視化，成為顏色研究的重要工具。各種混色系統(tǒng)都有其相應(yīng)的顏色空間，不同的顏色空間具有不同的特性，分別具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和局限性。下文將對色差儀RGB顏色空間和LAB顏色空間進(jìn)行介紹。
色差儀RGB顏色空間與Lab顏色空間介紹：
1.色差儀RGB顏色空間
色彩混合的基本定律表明：自然界中任何一種色彩均可用紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue）三種原色光混合產(chǎn)生，這在幾何上能夠以R、G、B三個(gè)互相垂直的軸所構(gòu)成的空間坐標(biāo)系統(tǒng)來表示，稱為RGB顏色空間。
RGB顏色空間是由六塊色片所包圍的立方體區(qū)域構(gòu)成的，如上圖所示，其內(nèi)部的每一個(gè)點(diǎn)都代表著一種不同的顏色。每一點(diǎn)的顏色均由R、G、B三個(gè)通道中的灰度值所決定，每個(gè)通道中的灰度值為0~255，共256個(gè)，當(dāng)三個(gè)通道共同作用時(shí)，就有256×256×256種組合，形成167.7萬多種顏色。在數(shù)字圖像中，改變像素在通道的灰度值，就可以改變像素的顏色。立方體的八個(gè)頂點(diǎn)分別是：紅、綠、藍(lán)、青、洋紅、黃、黑、白。立方體對角線的兩端，分別對應(yīng)著互補(bǔ)色，紅-青，綠-洋紅，藍(lán)-黃，黑-白。當(dāng)R=G=B時(shí)，圖像的像素顏色就在黑白之間漸變，R=G=B=0時(shí)，像素最黑，R=G=G=255時(shí)，像素最白，R、G、B不全相等時(shí)，像素就是有色的。
RGB顏色空間主要是面向硬件的模型，最常用的用途就是顯示器系統(tǒng)和掃描儀。由于不同型號(hào)的顯示器顯示同一圖像時(shí)會(huì)有不同的色彩呈現(xiàn)效果；不同型號(hào)的掃描儀掃描相同圖像時(shí)，也會(huì)得到不同的彩色圖像數(shù)據(jù)。因此，RGB顏色空間被稱為與設(shè)備相關(guān)的顏色空間。
2.色差儀Lab顏色空間
CIEL*a*b*色度空間是國際照明委員會(huì)向世界各國推薦的通用的均勻顏色空間，是經(jīng)CIEXYZ色度空間非線性變換而得到的。CIEL*a*b*在三維色空間的各個(gè)坐標(biāo)軸上均具有視覺和顏色心理感知的等距性，并且細(xì)分了明度坐標(biāo)和色品坐標(biāo)的級(jí)差。同時(shí)，CIEL*a*b*空間中當(dāng)顏色的色差大于視覺的識(shí)別閱值（恰可察覺）而又小于孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級(jí)色差時(shí)，可以較好地反映物體色的心理感受效果。CIEL*a*b*與CIEXYZ的非線性轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式所示。
式中：X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值；X0、Y0、Z0為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的三刺激值（D65光源：X0=95.05、Y0=100.00、Z0=108.91）。
L*稱為心理計(jì)量明度，簡稱心理明度或明度指數(shù)；a*、b*稱為心理計(jì)量色度，簡稱心理色度或色度參數(shù)。
CIEL*a*b*色度空間是一種基于赫林四色對立學(xué)說原理的心理色度空間，心理色度a*和b*中包含有（X-Y）和（Y-Z）項(xiàng)。顏色的明度感覺用縱坐標(biāo)L*軸表示，黑色位于最下端，對應(yīng)明度L*=0，白色最亮位于最上端，對應(yīng)明度L*=100。a*軸與b*軸共同表示彩色的特性，a*軸正方向代表紅色（偏品紅）的變化，a*軸負(fù)方向代表綠色的變化；b*軸正方向代表黃色變化，b*軸負(fù)方向代表藍(lán)色變化。任何顏色都可以由這四個(gè)原色中的一個(gè)或兩個(gè)按一定的明度值混合而成，原色的混合比例決定了混合色的色調(diào)。
色差儀RGB顏色空間轉(zhuǎn)換LAB顏色空間方法：
L*a*b*顏色空間是由國際照明委員會(huì)于1976年提出的，其是在CIE1931-XYZ色度系統(tǒng)基礎(chǔ)上修改得到的一個(gè)簡化的均勻顏色空間，在三維色空間的各個(gè)坐標(biāo)軸上均具有視覺和顏色心理感知的等距性，而且細(xì)分了明度指數(shù)和色品指數(shù)的級(jí)差，具有較高的色差分辨力，更適合色差較小情況下的顏色測量和比較。因此，L*a*b*顏色空間在各個(gè)行業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。
計(jì)算機(jī)輸入的圖像多為RGB圖像，因此需要先將圖像由RGB圖像轉(zhuǎn)換到XYZ空間，然后再轉(zhuǎn)換到Lab空間。由RGB顏色空間到CIEXYZ空間的轉(zhuǎn)換公式有很多，這里采用的是其中比較常用的一種。
L*a*b*均勻顏色空間是CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的非線性變換，它將XYZ直角坐標(biāo)顏色空間轉(zhuǎn)換為柱面極坐標(biāo)，將三刺激值XYZ轉(zhuǎn)換成與眼睛視覺相一致的明度L*和與色調(diào)、飽和度的感覺相一致的a*、b*。
由CIEXYZ空間向L*a*b*顏色空間轉(zhuǎn)換的公式為：
式中，X、Y、Z分別表示圖像中某像素點(diǎn)的三刺激值，Xn、Yn、Zn為圖像采集時(shí)使用的照明光源所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)照明體三刺激值，通常使用的標(biāo)準(zhǔn)照明體為D65或D50，它們各自對應(yīng)的Xn、Yn、Zn值見下表。
