色差仪RGB颜色空间与XYZ、LAB颜色空间转换

颜色空间可以理解为颜色坐标系，是用数学形式定量表示颜色的一种方法。RGB颜色空间是色差仪中常用的一种颜色空间，是基于笛卡尔坐标系统的色度空间，可以对三个维度对颜色进行表示，是其他颜色空间建立的基础。本文对色差仪RGB颜色空间与XYZ、LAB颜色空间转换做了介绍。

色差仪RGB颜色空间介绍：

RGB颜色空间是使用范围最广泛也是最常见的颜色空间模型之一。RCB颜色空间基于笛卡尔坐标系统，是目前所有空间模型中使用最多的颜色空间模型，其他颜色空间模型几乎都是从其延伸出来，可用RGB进行数学表达。

RGB颜色空间有三个通道：R（red）红色、G（green）绿色、B（blue）蓝色。大部分可见光都可由R、G、B三基色按不同的权值组合形成。RGB颜色空间如下图所示，为了对比说明方便，我们将其归一化，使该空间所有的值都落在[01]内。RGB颜色空间以黑色（0，0，0）作为立方体的原点，以R、G、B三基色作为三坐标轴，离原点最远的是体对角线顶点，白色（1，1，1），两者之间的连线表示图像的灰度信息，此时R=G=B。其他所有的颜色都可用立方体三维坐标表示，例如青色可用（0，1，1）表示。蓝色可用（0，0，1）表示。

RGB颜色空间的缺点：其内的颜色是连续分布的，但却是不均匀，人眼观察两种颜色的差别，不能按照颜色空间两点之间的距离判定，因为这距离与人眼的视觉感知距离存在较大的差别。颜色空间内点（50，0，0）与（0，0，0）距离为50，一种颜色属于深红色接近黑色，另一种是纯黑色，两者颜色在视觉上差别不大，而距离同样为50的（100，200，0）和（100，150，0）两者颜色差别却极大。

色差仪RGB颜色空间与XYZ、LAB颜色空间转换：

XYZ是在RGB颜色空间的基础上发展起来的一个颜色空间，在XYZ颜色空间中，三个分量X、Y、Z并不代表真正的颜色，它与RGB空间成线性关系结构。XYZ颜色空间囊括了人们能够发觉的所有颜色种类。X、Y、Z和RGB系数之间的关系为：

从RGB转换为XYZ颜色空间的转换公式如下所示：

RGB色彩空间的颜色不能直接转换到CIELAB色彩空间，需要借助XYZ色彩空间进行非线性操作，先把RGB色彩空间转换到XYZ色彩空间，然后通过XYZ色彩空间和CIELAB色彩空间之间的联系进行转换。相关转换公式如下所示：

（1）RGB转换到XYZ

（2）XYZ转换到LAB

上式中，X、Y、Z 指的是物体的三刺激值，这三个属性值是在海明对立坐标理论的基础上建立起来的。Xn、Yn、Zn表示的是CIE标准照明体先照射在完全反射漫反射体上，再经其反射到人们眼中的白颜色物体的三刺激值。光源和观察者的条件分别以D65和10°条件为佳。在不同的光源以及观察者条件下，三刺激值是不同的。

RGB颜色空间向XYZ颜色空间转换的必要性：

颜色量化系统能够直接得到RCB值，可以说已经把颜色量化，还需要将RCB向XYZ颜色空间转换的原因是由于RCB颜色空间存在以下主要缺点：

①不直观，从RGB值中很难知道该值所表示颜色的认知属性；

②RCB颜色空间是最不均匀的颜色空间之一，两个颜色之间的知觉差异不能表示为该颜色空间中两个色点之间的距离。

③实际选定的三原色RGB在比配等能光谱时存在着负比配，光谱三刺激值曲线有一部分是负的。负值的存在和日常关于颜色的概念相去甚远。为此，CIE选择了一套虚拟的三原色，使虚拟的颜色比配全部为正值，称为CEXYZ颜色空间。XYZ颜色空间是通过心理物理实验得到的，是人类视觉系统颜色空间的出发点。