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对Lab颜色空间的学习

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发表于 2014-2-4 16:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【摘要】
本文阐述了Lab颜色模式的基本特性,从数字图像处理方面介绍了Lab颜色模式的应用以及与其他常用色彩模式进行了比较!这种用数学理论量化的色彩空间使不同设备的色彩能够相互比较、模拟和匹配.在数字水印技术中有很好的应用。在色彩管理中它是重要的表色体系。致力于感知均匀性,体现了该颜色模式在实际应用中的重要性!
【关键词】与设备无关;色域宽阔;色彩补偿;应用技术

一、Lab颜色模式简介
Lab是一种色彩空间,也即一种颜色模型,是在1931年国际照明委员会(CIE)制定的颜色度量国际标准的基础上建立的,在1976年又经修订并被命名为CIELab.这是一种与设备无关的颜色系统,也是一种基于生理特性的颜色系统,以数字化方式来描述人的视觉感应。它适用于一切光源色体或物体色的表示与计算。
在Lab颜色空间中,一种颜色由L(亮度)、a颜色、b颜色三种参数表征.L表示照度(Luminosity),相当于亮度,L取值为0--100(纯黑--纯白)。a表示从红色至绿色的范围,a取值为+127--128(洋红--绿)。b表示从黄色至蓝色的范围,b取值为+127--128(黄--蓝).、正为暖色,负为冷色.
二、Lab颜色模式的特点
1.           Lab颜色空间中明度和颜色是分开的, L通道没有颜色,a通道和b通道只有颜色。
2.           在Lab中进行调节很简单,速度很快.
3.           色域宽阔 。它不仅包含了RGB,CMYK的所有色域,还能表现它们不能表现的色彩,人的肉眼能感知的色彩,都能通过Lab模型表现出来.
4.           它弥补了RGB色彩模型和CMYK色彩模式色彩分布不均的不足.
三、Lab颜色模式在photoshop中的调色应用
  在一幅图像中,每一个像素有对应的Lab值.一幅图像就有对应的L通道、a通道和b通道.在上面已经提到L代表亮(明)度通道,这个通道只保存亮度信息,没有任何颜色信息。所以图片有点暗的时侯,可以转换到Lab,单独对L通道进行亮度调整,而不影响对比度,饱合度。a通道代表红-绿的过渡,b通道代表蓝-黄的过渡,这两个通道正值代表红和黄,负值代表绿和蓝,正负值取决于这两个通道中的亮度是在50%以上还是以下。离50%越远,饱合度越高。L取值为0--100(纯黑--纯白)、a取值为+127--128(洋红--绿)、b取值为+127--128(黄--蓝).正为暖色,负为冷色.(如图所示)

例如:如果希望绿色变成红黄色,可以把b通道全选拷贝到a通道,因为在a,b通道里面对绿色的表现是不一样的,在a通道里面,暗的值是绿的,而在b通道,黄色是正值,在三基色原理中,黄色又是红和绿混合而成,所以绿色在b通道是亮的值,当把亮的值拷到暗的通道里面,就相当于把a通道的负值拉向正值,由于a通道的正值是红色,红和黄相混就是红黄色。(如下图所示)

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 如果想改成紫色,首先紫色是由红色和蓝色相混而成,根据Lab模式的原理,需要降低b通道的亮度,增加a通道的亮度,所以可以分别复制两个通道的副本,然后把a副本拷到b通道,把b副本拷到a通道,这样就成了紫色了。之所以这样操作,是因为我们只想改变绿色变紫色,其它的颜色不想改变太多。(如下图所示)


四、RGB 、CMYK和Lab颜色模式的区别
1.RGB模式(光色/加色模式)
RGB模式是photoshop 软件的默认图像模式。是色光的色彩模式。即红 (Red)、绿 (Green)、蓝 (Blue)三原色的简称。三种色彩叠加形成了其它的色彩。由于三种颜色都有256个亮度水平级,所以三种色彩叠加就有1670万种颜色,也就是真彩色。通过它们足以表现绚丽的世界。我们日常用的彩色电脑显示器、彩色电视机等的色彩都使用这种模式。在Photoshop使用RGB色彩模式编辑图像时的通道窗口中可以看到组成这幅画面的三种通道。在RGB模式中,由红、绿、蓝相叠加可以产生其它颜色,因此该模式也叫加色模式。所有显示器、投影设备以及电视机等等许多设备都依赖于这种加色模式来实现的。
RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准,,这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色,是目前运用最广的颜色系统之一。
就编辑图像而言,RGB色彩模式也是最佳的色彩模式。它可以提供全屏幕的24bit的色彩范围,即真彩色显示。同时RGB模式在使用时也有一定的缺陷,如果将RGB模式用于打印就不是最佳的了,因为RGB模式所提供的有些色彩已经超出了打印的范围之外,因此在打印一幅真彩色的图象时,就会损失一部分亮度,并且比较鲜艳的色彩会失真。这主要因为打印所用的是CMYK模式,而CMYK模式所定义的色彩要比RGB模式定义的色彩少很多,因此打印时,系统自动将RGB模式转换为 CMYK模式,这样就难免损失一部分颜色,出现打印后失真的现象。(上面的为原始图片RGB模式,下面的为CMYK模式)。对照发现,两张图颜色上有差异。


2.CMYK模式 (四色印刷模式)
  当阳光照射到一个物体上时,这个物体将吸收一部分光线,并将剩下的光线进行反射,反射的光线就是我们所能看见的物体颜色。这是一种减色色彩模式,同时也是与RGB模式的根本不同之处。我们看物体的颜色时用到了这种减色模式,同时在纸上印刷时应用的也是这种减色模式。在该模式中,可以为图像中每个像素的每种印刷油墨设置一个百分比值。其中,最亮(高光)颜色设置的印刷油墨颜色百分比较低,较暗(暗调)颜色设置的百分比较高。例如,亮红色可能包含 2% 青色、93% 洋红、90% 黄色和 0% 黑色。 (如图)
CMYK代表印刷上用的四种颜色,C代表青色,M代表洋红色,Y代表黄色,K代表黑色。但是在实际引用中,青色、洋红色和黄色很难叠加形成真正的黑色,最多不过是褐色而已。因此才引入了K——黑色。黑色的作用是强化暗调,加深暗部色彩。
    CMYK模式是最佳的打印模式,RGB模式尽管色彩多,但不能完全打印出来。那是否在编辑的时候就采用CMYK模式?
  用CMYK模式编辑虽然能够避免色彩的损失,但运算速度很慢。主要因为:1、即使在CMYK模式下工作,Photoshop也必须将CMYK模式转变为显示器所使用的RGB模式。2、对于同样的图象,RGB模式只需要处理三个通道即可,而CMYK模式则需要处理四个。
在非彩色报纸的排版过程中,应用Lab模式将图片转换成灰度图是经常用到的。(这样色彩不会有损失)
Lab彩色空间广泛应用彩色印刷业,用于防止彩色图像印刷行业的盗版。
3.Lab模式(标准色模式)
  在phootshop软件在不同颜色之间转换时都要利用Lab模式作为中间过渡模式来进行。只不过大家平时看不到它在工作。理论上,在Lab中存在的某些颜色并不表示我们能够在CMYK或者甚至是在RGB中获得它们。
相对于前面提到的两种颜色模式,   Lab模式有它的优势:
(1)Lab模式既不依赖光线,也不依赖于颜料。
(2)处理速度与RGB模式同样快,比CMYK模式快很多。
(3)Lab模式在转换成CMYK模式时色彩没有丢失或被替换。因此,最佳避免色彩损失的方法是:应用Lab模式编辑图象,再转换为CMYK模式打印输出。
(4)Lab模式还弥补了前面两种色彩模式的不足。RGB在蓝色与绿色之间的过渡色太多,绿色与红色之间的过渡色又太少,CMYK模式在编辑处理图片的过程中损失的色彩则更多,而Lab模式在这些方面都有所补偿。
在表达色彩范围上,处于第一位的是Lab模式,第二位的是RGB模式,第三位是CMYK模式。(如图)
Lab彩色空间的应用领域
  Lab色彩空间应用于图像处理,印刷等方向,尤其在印刷行业的应用中占有重要地位!
  “媒体的数字化使得信息的存储更加方便,同时也使得盗版非法篡改等行为更加难以觉察和认证,数字水印技术是解决媒体版权保护问题的有效方法。”【3】
  “所谓数字水印是在数字图像,音频和视频等产品中嵌入秘密信息(水印),以便保护数字产品的版权。”【3】
  “在Lab彩色空间中。在L分量比在B分量嵌入水印更合适,给出的彩色图像水印技术算法具有较好的鲁棒性、不可见性,该算法可应用于防止彩色图像印刷行业的盗版。”【3】【注:鲁棒性,是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。主要用于版权保护的数字水印易损水印(Fragile Watermarking),主要用于完整性保护】
Lab颜色空间展望
  Lab颜色空间在数码摄影、平面设计、照片修正、印前处理等行业都有很好的应用,随着技术的不断发展和成熟,在图像处理领域体现其举足轻重的地位. 正如《Lab修色圣典》在这本专门介绍Lab的书中提出更多崭新的概念和操作技巧,有些甚至是对传统观念的挑战和颠覆。在序中说到这本书迈向顶级专业色彩修正领域的最佳伙伴!在数字化世界的今天,我们有理由相信在未来数字图像的处理中,Lab会发挥其强大的处理转换功能,广泛应用于各个领域。
结束语
  本文介绍了Lab颜色空间及其在图像处理领域、工业印刷、色彩校正中的应用,从基本原理出发进行了知识的扩展。在其强大的功能使用背后,我们更应该考虑到它未来的应用,基于现在很多人对这个模式的认识和使用都停留在初级层面,所以在以后的应用中需要有更多的发展空间,从而为图象处理开辟更广阔的天地!


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发表于 2014-2-4 21:56 | 显示全部楼层
听月老师辛苦了!
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发表于 2014-2-5 08:16 | 显示全部楼层
辛苦听月老师了!
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发表于 2014-2-5 16:02 | 显示全部楼层
谢谢听月老师的好教材。
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发表于 2014-2-5 16:04 | 显示全部楼层
我收藏了,现在还看不懂,再学习。
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