色差仪XYZ颜色空间和Lab颜色空间转换方法介绍

颜色空间的转换意味着将一个颜色空间中的颜色特征信息转换到另一个颜色空间，以获得相应的颜色信息，即用不同颜色空间中的数据来表示相同的颜色。本文对色差仪XYZ颜色空间和Lab颜色空间及它们之间的转换方法做了详细的介绍，对色差仪测色空间知识噶兴趣的朋友不妨了解一下！

色差仪XYZ颜色空间介绍：

CIEXYZ颜色空间，也称CIE1931颜色空间。CIE希望通过该颜色空间下的三个分量（X，Y，Z）能够描述人颜色视觉系统所能察觉的任意一种颜色，其中X和Z定义为颜色的色度，Y为颜色的亮度。

CIEXYZ颜色空间主要应用于分光光度计和数字颜色分析器等分析仪器，它为这一类仪器提供了待分析样本所需的透射或折射的三色光信号。虽然 CIEXYZ颜色空间在分析化学中的相关应用也颇为广泛，但是它所表示的颜色与人眼感知不太一致，导致在不同颜色对比中存在一定缺陷。因此，该颜色模型往往只是用于线性转换到其他颜色空间的过渡颜色空间。

CIEXYZ颜色空间，是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将RGB中的色度坐标r，g，b变换为正值。由X、Y、Z在所形成的三角形将整个光谱色轨迹包含在内，如下图所示，因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。

色差仪Lab颜色空间介绍：

Lab颜色空间是色差仪最常用的一种颜色空间，是基于生理特征的均匀颜色空间，是由明度（L）和两个色度分量a、b共三个分量构成，L表示颜色的明度，也常被称作亮度，取值范围在[0，100]，表示从纯黑到纯白。a表示从绿色到红色，-a最小表示绿色，+a最大表示红色，取值范围在[-128，127]，-a到+a是绿色到红色颜色渐变的过程。b表示从蓝色到黄色的范围，同样原理，-b到+b是由蓝色逐渐过渡到黄色的过程，取值范围在[-128，127]。其模型如下如所示：

CIELab颜色空间是颜色量化最均匀的颜色分布，在样品色差评比系统中，很多公式都是依赖该颜色空间的，它是颜色差异的规范化空间，能够解决颜色量化的等距度量，其均匀性较好。该颜色空间两点之间的几何距离，与人眼观察物体的色差大小相同。

色差仪XYZ颜色空间和Lab颜色空间转换方法：

Lab颜色空间是XYZ颜色空间的非线性变换，它将XYZ直角坐标颜色空间转换为柱面极坐标，将三刺激值XYZ转换成与眼睛视觉相一致的明度L*和色度a*、b*，其中a*、b*与色调、饱和度的感觉相一致。在色度学中，明度L*和色度a*、b*计算公式的表达形式如下：

式中，X、Y、Z分别为CIE1931标准色度学系统的三刺激值，Xn、Yn、Zn为观察样品时使用的照明光源所对应的标准照明体三刺激值，通常规定使用D65或D50（印刷行业）为标准照明体。照明体D65和D50的三刺激值Xn、Yn、Zn以及色品坐标值，如下表所示。

上述公式适用于颜色不太暗的情况，即满足X/Xn、Y/Yn和Z/Zn分别大于0.008856的条件。一般而言，绝大多数样品的颜色都能满足这个条件。但是，当三刺激值中的某一项不满足这个条件时，该公式应该如何使用却往往没有详细的说明，在计算较暗颜色时就会出现问题。事实上，该公式还有更普遍的表达形式：

上式中为f（X/Xn）、f（Y/Yn）、f（Z/Zn）分段函数，以0.008856为临界点，在中、亮调区为立方根函数，在暗调区为线性函数。f（X/Xn）、f（Y/Yn）、f（Z/Zn）在临界点的0.008856处衔接情况如下图所示。

当X/Xn、Y/Yn和Z/Zn等于临界值0.008856时，f（X/Xn）、f（Y/Yn）、f（Z/Zn）在0.2069处相接。当X/Xn、Y/Yn和Z/Zn等于0时，f（X/Xn）、f（Y/Yn）、f（Z/Zn）不等于0，而是等于0.1379。

在使用上述公式进行计算时，应当注意如下问题：

1.照明体的选用。在计算L*、a*、b*值时所使用的标准照明体三刺激值Xn、Yn、Zn，一定要与计算或测量样品三刺激值X、Y、Z时所使用的一致。例如，测量三刺激值使用的是标准照明体D65，则计算L*、a*、b*时也应该使用标准照明体D65的三刺激值 Xn、Yn、Zn。

2.当X/Xn、Y/Yn和Z/Zn同时均小于0.008856 时，上式中明度和色度计算公式可以简化为以下形式：

3.当X/Xn、Y/Yn和Z/Zn中有一项或两项小于0.008856时，就应该改用上面的线性函数计算，而大于临界值的项为立方根函数，不宜再用式上面的明度和色度公式计算。

4.根据临界条件，可以计算出在标准照明体D65和D50条件下样品三刺激值的临界值，如下表。从下表所列数据可以看出，通常三刺激值小于1才会接近临界值，改换计算公式。