色空間轉(zhuǎn)化算法概述

我們知道現(xiàn)在工業(yè)上使用色差儀檢測(cè)出來的顏色數(shù)據(jù)都是CIE L*a*b*的，但是電腦、打印機(jī)、掃描儀等電子設(shè)備通常使用的都是RGB格式的。為了更好的使用和分析色彩數(shù)據(jù)，也為了方便醫(yī)療、美容、化妝品等行業(yè)的真實(shí)顏色，正確將兩種色彩空間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，是目前國(guó)際色彩管理學(xué)家一直在積極研發(fā)的項(xiàng)目。

國(guó)際色彩協(xié)會(huì)的色彩管理體系中，關(guān)鍵的技術(shù)是設(shè)備特征化，建立設(shè)備相關(guān)色空間到設(shè)備無關(guān)色空間，即設(shè)備的顏色控制值（如RGB）與CIE色度值（如CIE XYZ或CIE L*a*b*）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于常用的輸出設(shè)備其顏色控制值通常為RGB值，這樣，特征化過程則為建立RGB控制值與輸出CIE色度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在掃描儀、打印機(jī)的色彩管理方面已經(jīng)有許多實(shí)際應(yīng)用。而對(duì)輸出設(shè)備而言，有意義的是有CIE色度值到RGB值的變換，成為輸出設(shè)備的正向變換，特征化尤指這一過程。對(duì)于攝像設(shè)備的特征化方法主要分為兩類：分析模型方法和經(jīng)驗(yàn)方法。

分析模型方法，將色彩輸出滿足的物理過程所形成的數(shù)學(xué)規(guī)律。如連續(xù)色調(diào)染料色規(guī)律的蒙版方程，半色調(diào)混色過程的紐介堡（Neugebauer）方程等。

經(jīng)驗(yàn)方法，把系統(tǒng)視為“黑箱”，由一定的輸入輸出擬合特征化關(guān)系，如3D-LUT查找表差值法、多項(xiàng)式回歸及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。這些方法各有優(yōu)勢(shì)與不足，對(duì)不同的輸出系統(tǒng)各有其不同的適應(yīng)能力。

基于三維查找表法的特征化過程

帶有插值算法的3D-LUT查找表法是一種相對(duì)新的色空間轉(zhuǎn)換技術(shù)，其中原理是將整個(gè)顏色空間分割成網(wǎng)格狀，每個(gè)格子點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)顏色空間數(shù)據(jù)都記錄在一個(gè)參照表格中，通過查找對(duì)應(yīng)及內(nèi)插計(jì)算，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的顏色空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

輸出設(shè)備特征化變換關(guān)系的建立首先需要進(jìn)行采樣，即對(duì)設(shè)備輸出一定數(shù)目的色塊，測(cè)試個(gè)色塊的CIE色度值。通常，采樣色塊的RGB設(shè)計(jì)為在0~255間均勻取值，如RGB分別取0、63、127、192和225，共組合出125組RGB數(shù)值，輸出125個(gè)采樣色塊。相同方法情況下，采樣數(shù)目越多，建立的變換關(guān)系越準(zhǔn)確。因而，在相同的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，查找表的轉(zhuǎn)換精度會(huì)隨查找表尺寸的增加而提高。而采樣點(diǎn)的增加將有助于形成大尺寸的查找表，因?yàn)檫@是，L*a*b*值對(duì)應(yīng)RGB值的計(jì)算誤差更小，但采樣的增加會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來不便。通過采用虛擬擴(kuò)充采樣點(diǎn)的方法，通過計(jì)算增加采樣數(shù)據(jù)。對(duì)于RGB均勻采樣獲得的n×n×n（n去奇數(shù)）組RGB和L*a*b*數(shù)值，可通過立方體插值、四面體插值等技術(shù)，將原R、G、B各相鄰點(diǎn)的中間值組成的RGB對(duì)應(yīng)的L*a*b*值求出。這樣，采樣點(diǎn)（RGB及對(duì)應(yīng)的L*a*b*值）的數(shù)目變?cè)黾拥剑?n-1）×（2n-1）×（2n-1）.根據(jù)插值策略的不同可以把三維插值法花分為立方體插值（三次線性插值）、三棱柱插值、金字塔插值和四面體插值。這也是根據(jù)切割立方體的不同方式來劃分的，它們分別利用了周圍的八個(gè)、六個(gè)、五個(gè)和四個(gè)柵格點(diǎn)來插值。

如果未來色差儀可以實(shí)現(xiàn)直接的CIE L*a*b*到RGB的轉(zhuǎn)化，可能使用行業(yè)將會(huì)更加廣泛。目前為止有一些色差儀生產(chǎn)商生產(chǎn)的顏色儀器已經(jīng)配置RGB測(cè)量空間，但是還沒有實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。