CIELAB 色空間

CIELAB色空間はL*a*b*とも呼ばれ、 1976 年に国際照明委員会(略称 CIE)によって定義された色空間です。 ^[a]この色空間は、色を 3 つの値で表現します。L * は知覚的明度、a*とb*は人間の視覚の4 つの固有色(赤、緑、青、黄) を表します。CIELAB は知覚的に均一な空間として意図されており、特定の数値の変化は同様に知覚される色の変化に対応します。LAB 空間は実際には知覚的に均一ではありませんが、業界では色の小さな違いを検出するために役立ちます。

CIELAB カラー スペースは、その元となる CIEXYZスペースと同様に、デバイスに依存しない「標準観察者」モデルです。CIELAB カラー スペースで定義される色は、コンピュータ モニターやプリンタなどの特定のデバイスに関連するものではなく、実験室環境でのカラー マッチング実験の結果を平均化したCIE 標準観察者に関連するものです。

CIELAB 空間は 3 次元で、人間の色覚の全範囲(範囲) をカバーします。これは、赤と緑が対立ペアを形成し、青と黄色が対立ペアを形成する、人間の視覚の対立モデルに基づいています。明度値L* (「L スター」と発音) は、黒を 0、白を 100 で定義します。a *軸は緑と赤の対立色を基準にしており、負の値は緑に、正の値は赤に向かいます。b *軸は青と黄色の対立色を表し、負の値は青に、正の値は黄色に向かいます。

a *軸とb*軸は無制限で、基準白色によっては人間の色域をカバーするために ±150 を簡単に超えることがあります。ただし、ソフトウェア実装では実用的な理由からこれらの値を固定することがよくあります。たとえば、整数演算が使用されている場合、a*とb* を-128 から 127 の範囲に固定するのが一般的です。

CIELABは基準白色を基準として計算され、CIEはCIE標準光源 D65の使用を推奨しています。^[1] D65はほとんどの業界や用途で使用されていますが、印刷業界ではD50が使用されています。国際色彩コンソーシアムは主に印刷業界をサポートしており、 ICCプロファイルv2およびv4では、プロファイル接続スペースでCIEXYZまたはCIELABのいずれかを使用してD50を使用しています。^[2]

CIELABの目的は、単純な式のみを使用してCIEXYZよりも知覚的に均一な空間を作成することでしたが、^{[3] CIELABは特に青色の領域で}知覚的な均一性に欠けていることが知られています。^[4]

CIELAB の明度値L*は、黒に近いオフセットを持つ相対輝度の立方根を使用して計算されます。これにより、指数が約 0.43 の有効パワー曲線が得られ、これは日光 (明所視) 条件下での光に対する人間の目の反応を表します。

CIELAB の 3 つの座標は、色の明度 ( L* = 0 は黒、L* = 100 は白)、赤と緑の間の位置 ( a*、負の値は緑、正の値は赤)、および黄色と青の間の位置 ( b* 、負の値は青、正の値は黄色) を表します。 L*、a*、b*の後のアスタリスク (*) は「スター」と発音され、 L * a * b * を以下で説明する Hunter's Labと区別するための正式名称の一部です。

L*a*b*モデルには3つの軸があるため、完全に表現するには3次元空間が必要です。^[5]また、各軸は非線形であるため、2次元色度図を作成することはできません。さらに、このページのCIELAB色域全体のプロットに示されている視覚的表現は近似値であり、モニターでLAB色の色域全体を表示することは不可能です。

緑-赤および青-黄色の反対色チャンネルは、人間の視覚システムの反対色プロセスに関連しています。これにより、CIELAB はヘリング反対色空間になります。変換の性質により、CIELAB は有彩値色空間としても特徴付けられます。

L*、a*、b*の非線形関係は、視覚システムの非線形応答を模倣することを目的としています。さらに、L*a*b*色空間の成分の均一な変化は、知覚される色の均一な変化に対応することを目的としており、そのため、L*a*b*内の任意の2色間の相対的な知覚の違いは、各色を3次元空間（3つの成分： L*、a*、b*）内の点として扱い、それらの間のユークリッド距離をとることで近似できます。^[6]

RGBまたはCMYK値をL*a*b*に変換するには、RGB または CMYK データを光に対して線形化する必要があります。RGB または CMYK データの基準光源、RGB 原色座標、またはカラー ルックアップ テーブル (CLUT) 形式の CMYK プリンターの基準データがわかっている必要があります。

カラー管理システムでは、ICC プロファイルに必要なデータが含まれており、それを使用して変換が実行されます。

前述のように、L * 座標は名目上 0 から 100 の範囲です。a *およびb * 座標の範囲は技術的には無制限ですが、整数コード値で使用するために通常は -128 から 127 の範囲に制限されます。ただし、これにより、ソース カラー スペースのサイズに応じて一部の色がクリップされる可能性があります。色域のサイズが大きく、座標スペースが効率的に使用されていないため、ベスト プラクティスは 3 つの座標すべてに浮動小数点値を使用することです。

RGBやCMYK のカラー モデルとは異なり、CIELAB は人間の視覚に近似するように設計されています。L * コンポーネントは人間の明るさの知覚にほぼ一致しますが、ヘルムホルツ・コールラウシュ効果は考慮されていません。CIELAB は色軸の均一性は劣りますが、色の小さな違いを予測するのに役立ちます。

CIELAB 座標空間は、人間の明所視（日光）の全色域を表し、sRGB や CMYK の色域をはるかに超えています。TIFF、ICC、Photoshop などの整数実装では、座標空間が大きいと、未使用のコード値のためにデータの効率が大幅に低下します。使用可能な座標コード値の約 35% のみが、整数形式の CIELAB 色域内にあります。^[7]

CIELAB を 8 ビット/チャネルの整数形式で使用すると、通常は大きな量子化エラーが発生します。16 ビット/チャネルでも、全色域が境界座標空間を超えるため、クリッピングが発生する可能性があります。明らかな量子化エラーを最小限に抑えるには、CIELAB を浮動小数点データで使用するのが理想的です。

CIE規格と文書はCIEの著作権で保護されており、購入する必要があるが、CIELABの公式はCIEのウェブサイトで入手できる。^[8]

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

ここでtはまたは: ${\displaystyle X/X_{\mathrm {n} },}$ ${\displaystyle Y/Y_{\mathrm {n} },}$${\displaystyle Z/Z_{\mathrm {n} }}$

${\displaystyle {\begin{aligned}f(t)&={\begin{cases}{\sqrt[{3}]{t}}&{\text{if }}t>\delta ^{3}\\[4mu]{\tfrac {1}{3}}t\delta ^{-2}+{\tfrac {4}{29}}&{\text{otherwise}}\end{cases}}\\\delta &={\tfrac {6}{29}}\end{aligned}}}$

X、Y、およびZ は、考慮される色刺激を表し、X _n、Y _n、Z _{n は、}指定された白色無彩色基準光源を表します。 CIE 1931 (2°) 標準色彩観測者の場合、基準白色がY = 100である正規化を前提とすると、値は次のとおりです。

標準光源D65の場合:

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

印刷業界で使用される 光源D50の場合：

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

f関数の定義域を 2 つの部分に分割したのは、 t = 0で傾きが無限大になるのを防ぐためです。関数f は、あるt = t ₀より下では線形であると想定され、値と傾きの両方でt ₀での関数の部分と一致すると想定されました。言い換えると、 ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{t}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\sqrt[{3}]{t_{0}}}&=mt_{0}+c&{\text{ (match in value)}}\\[3mu]{\tfrac {1}{3}}\left(t_{0}\right)^{-2/3}&=m&{\text{ (match in slope)}}\end{aligned}}}$

切片f (0) = cは、 Y = 0のときにL *が0になるように選択された: c = ⁠16/116⁠ = ⁠4/29上記の2つの方程式は、mとt 0について解くことができ_ます。

${\displaystyle {\begin{aligned}m&={\tfrac {1}{3}}\delta ^{-2}&=7.787037\ldots \\t_{0}&=\delta ^{3}&=0.008856\ldots \end{aligned}}}$

ここでδ = ⁠6/29⁠ . ^[9]

^[10]

逆変換は、上記の関数fの逆関数を使用して最も簡単に表現できます。

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

どこ

${\displaystyle f^{-1}(t)={\begin{cases}t^{3}&{\text{if }}t>\delta \\3\delta ^{2}\left(t-{\tfrac {4}{29}}\right)&{\text{otherwise}}\end{cases}}}$

ここでδ = ⁠6/29⁠ .

「CIELCh」または「CIEHLC」空間は、CIELAB に基づく色空間であり、直交座標a * と b * の代わりに 極座標C * (彩度、相対彩度) とh ° (色相角、CIELAB カラー ホイールの色相の角度) を使用します。CIELAB明度L* は変更されません。

a * とb * からC * とh ° への変換は次のように実行されます。

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

逆に、極座標が与えられている場合、直交座標への変換は次のように行われます。

${\displaystyle a^{\star }=C^{\star }\cos(h^{\circ }),\qquad b^{\star }=C^{\star }\sin(h^{\circ })}$

LCh (または HLC) カラー スペースは HSV、HSL、または HSB カラー モデルと同じではありませんが、それらの値は色のベース カラー、彩度、明度として解釈することもできます。HSL 値は、技術的に定義された RGB 立方体カラー スペースの極座標変換です。LCh は知覚的に均一です。

さらに、HSL 空間では、原色として 3 つの加法混色の赤、緑、青 ( H = 0、120、240°) を使用するため、 Hとh は同一ではありません。代わりに、 LCh システムでは、赤、黄、緑、青 ( h = 0、90、180、270°) の 4 色を使用します。角度hに関係なく、C = 0 は無彩色 (非飽和色)、つまりグレー軸を意味します。

LCh、LCh(ab)、LCH、LCH(ab)、HLCという簡略化された綴りが一般的ですが、文字は異なる順序を表します。一方、HCL色空間（色相-彩度-輝度）は、円筒表現または極性CIELUVとしても知られるL*C*h(uv)色空間の一般的な別名です。この名前は、さまざまな彩度を使用することで生じるバイアスをかけずにデータを提示したい情報視覚化の専門家によって一般的に使用されています。^{[11] [12]} Lch(ab)という名前は、L*C*h(uv)と区別するために使用されることがあります。

関連する色空間であるCIE 1976 L * u * v *色空間（別名CIELUV ）は、 L*a*b*と同じL*を保持しますが、色度成分の表現が異なります。CIELABとCIELUVは円筒形（それぞれCIELCh _ab ^[13]とCIELCh _uv ）でも表現でき、色度成分は彩度と色相の相関関係に置き換えられます。

CIELABとCIELUVの研究以来、CIEは人間の色知覚をより正確に予測するために、ますます多くの色の見えの現象をモデルと差分方程式に取り入れてきました。これらの色の見えのモデル（CIELABはその単純な例です）^[14]は、 CIECAM02で最高潮に達しました。

Oklabは同じ空間構造上に構築されており、より優れた知覚の均一性を実現します。

CIELAB をサポートするシステムおよびソフトウェア アプリケーションには、次のものがあります。

• CIELAB は、関連する色差計算を含め、 Datacolor分光光度計で使用されます。
• CIELAB は PantoneLive ライブラリによって使用されます。
• CIELAB は、XRite のハードウェアおよびソフトウェアの色測定システムの色空間として広く使用されています。
• CIELAB D50はAdobe Photoshopで利用可能で、そこでは「Labモード」と呼ばれています。^{[15] [16]}
• Affinity Photoでは、ドキュメントのカラー フォーマットを「Lab (16 ビット)」に変更することでCIELAB を使用できます。ホワイト ポイントはデフォルトでD50に設定されていますが、 ICC プロファイルで変更できます。
• CIELAB D50は、ICCプロファイルでは「Labカラースペース」と呼ばれるプロファイル接続スペースとして利用できます。 ^[2]
• CIELAB（任意の白色点）はTIFF画像ファイルでサポートされている色空間です。 ^[17]
• CIELAB（任意の白色点）はPDF文書で利用でき、そこでは「Lab色空間」と呼ばれています。^{[18] [19]}
• CIELAB は、macOSのデジタル カラー メーターのオプションで、「L*a*b*」と表記されます。
• CIELABはRawTherapeeフォトエディタで利用でき、そこでは「Labカラースペース」と呼ばれています。^[20]
• CIELABはGIMPの色相彩度調整フィルタ、ファジー選択、ペイントバケツに使用されています。LCh(ab)カラーピッカーもあります。^[21]
• CIELABのウェブブラウザサポートはCSSカラーモジュールレベル4の一部として導入され、すべての主要ブラウザでサポートされています。^{[22] [23]}

• 色彩理論
• 反対者のプロセス
• HSLとHSV
• RGBカラーモデル
• CMYKカラーモデル
• シエルブ
• 国際会議
• HCLカラースペース
• Oklab 色空間

• デモ用カラー変換アプレット
• CIE 色彩測定 15-3 CIE 技術レポート 色彩測定 15 第 3 版 (2004)。権威ある参考文献。
• X-rite による色の理解に関するホワイトペーパー。