RGB、XYZ、CIELab、Hunter Lab顏色空間

RGB、XYZ、CIELab、Hunter Lab是四種不同的顏色空間，它們在顏色表示、應用領域和計算方法等方面各有特點。

RGB顏色空間

基本原理：RGB顏色空間基于紅（R）、綠（G）、藍（B）三種基本顏色，通過這三種顏色的不同比例疊加來產生豐富的色彩。RGB顏色空間主要用于顯示和表示圖像，是圖像處理中最基礎、最常用的顏色空間。

應用領域：RGB顏色空間廣泛應用于電視、電腦顯示器等視頻、多媒體與網頁設計中。

優點：直觀、容易理解。

缺點：RGB顏色空間不是均勻的顏色空間，即空間坐標上等距離的兩點并不能表示出顏色的差異性，因此并不適合用作色差檢測。

RGB顏色空間示意圖

XYZ顏色空間

定義：也稱CIE1931顏色空間，由國際照明委員會（CIE）定義。它用X、Y、Z三個值來表示顏色，其中X和Z代表色度，Y代表亮度。

應用領域：XYZ顏色空間主要應用于分光光度計和數字顏色分析器等分析儀器，為這一類儀器提供了待分析樣本所需的透射或折射的三色光信號。

特點：XYZ顏色空間是一個設備獨立的顏色空間，包含了所有人類能夠發覺的顏色。它是基于由實驗測定的顏色匹配函數的，因此不同于RGB顏色空間只是表示監視器所能顯示的顏色范圍，而是顯示所有的顏色。但是，它所表示的顏色與人眼感知不太一致，導致在不同顏色對比中存在一定缺陷。因此，該顏色模型往往只是用于線性轉換到其他顏色空間的過渡顏色空間。

XYZ顏色空間

Yxy顏色空間：

三刺激值XYZ對定義顏色非常有用，但卻不易直接目視其結果，為此CIE于1931年規定了Yxy色空間，它是在二維圖上描述顏色，但與亮度無關。Y為物體的反射比，用%數表示（與反射比為100%的理想漫反射相比較）。它對應于顏色三要素的明度其值就等于三刺激值的Y值。色度坐標x、y對應于色三要素的色調和彩度。x、y色度坐標可由下式算得：x=X/（X+Y+Z）y=Y/（X+Y+Z）

（其中X、Y、Z為三刺激值）X軸色度坐標相當于紅基色的比例；Y軸色度坐標相當于綠基色的比例，圖中沒有Z軸色度坐標（即藍基色所占的比例）。因為比例系數x+y+z=1，Z的坐標值可以推算出來，即z=1-x-y。

CIELab顏色空間

定義：也稱為Lab顏色空間，是一種基于人類視覺感知的顏色空間。由CIEXYZ色度系統經過非線性轉換得到，用明度指數L*、色品指數a*和b*構成的三維坐標系統來表示顏色感覺。

應用領域：CIELab顏色空間在設計、印刷和顏色質量控制等領域有廣泛應用。它是顏色量化最均勻的顏色分布，在樣品色差評比系統中，很多公式都是依賴該顏色空間的，是顏色差異的規范化空間，能夠解決顏色量化的等距度量，其均勻性較好。該顏色空間兩點之間的幾何距離，與人眼觀察物體的色差大小相同。

CIELab顏色空間

特點：

L*代表亮度，取值范圍在0,100，表示從純黑到純白。

* a*代表紅綠軸上的顏色變化，-a*最小表示綠色，+a*最大表示紅色，取值范圍在?128,127。

* b*代表黃藍軸上的顏色變化，-b*最小表示藍色，+b*最大表示黃色，取值范圍同樣在?128,127。

CIELab顏色空間解析：

CIELab是CIE1976L*a*b*均勻顏色空間的簡稱，是由CIEXYZ色度系統經過非線性轉換得到的，它用明度指數L*，色品指數a*和b*構成的三維坐標系統來表示顏色感覺，其轉換公式如下：

其中F（X/Xn）、FY/Yn）、F（Z/Zn）為分段函數，且具有相同的表達形式：

式中 X、Y、Z 為顏色樣品的三刺激值；Xn，Yn，Zn為CIE標準照明體照射到完全漫反射體表面的三刺激值，代表照明光源的顏色。在公式中引入的Xn，Yn，Zn目的是模擬色適應的效果，即無論照明光源的顏色如何，當它照射在完全漫反射體上，且眼睛適應了該光源后，所產生的顏色感覺都應該是白色，色品指數a*和b*都應該為0，即抵消了光源本身的顏色。

CIElab顏色空間示意圖

在上圖中，由幾何關系可以看出，任一個坐標位置為p的顏色樣品，其明度、色調和彩度三個感覺特征量可用下列公式計算表示：

其中，明度L*的取值范圍為0～100，0對應著黑色，100對應著白色。色調角h*ab的范圍為0°~360°，以正a*軸作為0°方向，按逆時針旋轉為正。彩度C*ab為a*-b*平面上樣品的坐標點距離原點的距離或半徑。上式對轉換式式和上圖所示的直角坐標系進行了變換，從直角坐標系變換到柱面坐標系，用明度L*、色調角h*ab和彩度C*ab表示顏色感覺。

Hunter Lab顏色空間

定義：由Richard.S.Hunter創立的，是一種常用于顏色測量的顏色空間。它使用L、a、b三個參數來表示顏色，其中L代表顏色的深淺，a代表顏色的紅綠方向，b代表顏色的黃藍方向。

應用領域：Hunter Lab系統常用于陶瓷工業、塑料工業和紡織工業。

Hunter Lab顏色空間

特點：

L值越大，物體顏色越白；L值越小，物體顏色越黑。

沿（+a）方向紅色逐漸加深，沿（-a）方向綠色逐漸加深。

沿（+b）方向黃色逐漸加深，沿（-b）方向藍色逐漸加深。

Hunter Lab顏色空間解析：

Hunter Lab顏色空間是一個基于對立顏色學說的三維矩形空間，如下圖所示，與CIE L*a*b*色彩體系相類似，同一顏色在這兩個顏色空間中的數值是不同的，Hunter Lab在顏色空間的藍色部分是收縮的，CIE L*a*b*在顏色空間的黃色部分是過度擴張的；都是由CIE XYZ體系導出的。

L（明度）軸：其中）代表黑，100代表白。

a（紅一綠）軸：其中正值為紅；負值為綠。

b（藍一黃）軸：其中正值為黃；負值為藍。

L值越大，物體顏色越白；L值越小，物體顏色越黑。沿（+a）方向紅色逐漸加深，沿（-a）方向綠色逐漸加深。沿（+b）方向黃色逐漸加深，沿（-b）方向藍色逐漸加深。

Hunter Lab色度參數技術公式如下：

其中：L為明度；a、b為色度；X、Y、Z為物體的三刺激值；Xn、Yn、Zn為完全反射面的三刺激值；Ka、Kb為調整因子。

該系統的L，a，b值的表示及其色差公式為：

式中 X，Y，Z 為樣品的三刺激值。Hunter Lab系統常用于陶瓷工業、塑料工業和紡織工業。

CIELch顏色空間

LCH顏色空間是Lab空間變形后得到的圓柱形顏色空間。該顏色空間由L、C、H表示。縱坐標L*值同樣對應于顏色三要素的明度，取值0-100；C*代表彩度，即某一顏色的坐標位置與原點的距離，取值0-181，圓心處顏色的飽和度C*值為0，離圓心越遠C*的值越大；H*為色調，取值0°-360°，h*代表色調角，是某一顏色坐標在色品平面內的投影點和坐標原點的連線與a軸的夾角。規定h*從正a軸（紅）開始為0°，逆時針為正，正b軸（黃）為90°，負a軸（綠）為180°，負b軸（藍）為270°。

CIELch顏色空間

CIELuv顏色空間

CIELUV顏色空間是CIE1976L*u*v*均勻顏色空間的簡稱，在CIELUV空間中，L*為明度，u*、v*為色品指數。三者相互垂直構成色空間來描述相對應的亮度和色度量：垂直的軸是明度L*，位于水平面且互相垂直的是色品指數u*和 v*。

CIELUV顏色空間與CIELAB顏色空間相似，L*，u*，v*是X，Y，Z通過非線性變換得到的，同樣用兩點間的距離表示顏色之間的色差。CIEL*u*v*和CIEL*a*b*有一些共同的特點。首先，它們的顏色空間雖然距完全均勻仍有距離，但基本上是均勻的。其次，由于是基于顏色測量的CIE系統，CIEL*u*v*和CIEL*a*b*都是與設備無關的顏色空間。與CIELAB顏色空間不同，CIELUV顏色空間更多地應用于光源色和自發光色領域。

CIELuv顏色空間

綜上所述，RGB、XYZ、CIELab、Hunter Lab顏色空間各有其特點和應用領域。在實際應用中，需要根據具體需求選擇合適的顏色空間。