色差儀常用顏色空間及常用色差公式類型介紹

? DOHO標準光源箱 ????|???? ?2023-11-21

色差儀作為光電測色儀器,不僅可以給出特定顏色空間下樣品的色度值,還可以給出該顏色空間下經色差公式計算后的總色差值。鑒于許多的用戶對色差儀常用顏色空間及常用色差公式類型不是很了解,本文為大家做了詳細的介紹,對色差儀測色系統和色差公式感興趣的朋友可以了解一下!

色差儀

色差儀常用顏色空間類型:

1.CIEXYZ顏色空間

CIEXYZ顏色空間,也稱CIE1931顏色空間。CIE希望通過該顏色空間下的三個分量(X,Y,Z)能夠描述人顏色視覺系統所能察覺的任意一種顏色,其中X和Z定義為顏色的色度,Y為顏色的亮度。

CIEXYZ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,它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。雖然 CIEXYZ顏色空間在分析化學中的相關應用也頗為廣泛,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。

CIEXYZ顏色空間,是在RGB系統的基礎上,用數學方法,選用三個理想的原色來代替實際的三原色,從而將RGB中的色度坐標r,g,b變換為正值。由X、Y、Z在所形成的三角形將整個光譜色軌跡包含在內,如下圖所示,因此整個光譜色變成了以XYZ三角形作為色域的域內色。

CIEXYZ顏色空間模型

2.CIELab顏色空間

CIELab顏色空間是色差儀最常用的一種顏色空間,是基于生理特征的均勻顏色空間,是由明度(L)和兩個色度分量a、b共三個分量構成,L表示顏色的明度,也常被稱作亮度,取值范圍在[0,100],表示從純黑到純白。a表示從綠色到紅色,-a最小表示綠色,+a最大表示紅色,取值范圍在[-128,127],-a到+a是綠色到紅色顏色漸變的過程。b表示從藍色到黃色的范圍,同樣原理,-b到+b是由藍色逐漸過渡到黃色的過程,取值范圍在[-128,127]。其模型如下如所示:

CIELAB顏色空間模型01

CIELab顏色空間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,它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。

3.CIELCh顏色空間

上述的Lab色空間與視覺無直接對應,也就是說,當給出Lab一組值時,不能形象地想象出具體顏色。為此,可以用Lab空間變形后得到的圓柱形顏色空間LCH來表示,如下圖所示。該顏色空間由L、C、H表示??v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

4.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。

Luv顏色空間

色差儀常用色差公式類型:

1.CIELAB色差公式

CIELAB色差公式是以Lab顏色空間為基礎建立的一個色差公式,它的計算公式比較的簡單,是目前使用最為廣泛的一個色差公式,其表達式如下:

CIELAB色差公式00017

式中:X,Y,Z——色樣的三刺激值;X0,Y0,Z0——CIE標準照明體的三刺激值。

其中,當 X,Y,Z和X0,Y0,Z0滿足條件X/X0,Y/Y0和Z/Z0均小于等于0.008856時,坐標參數修正公式如下:

坐標參數修正公式

2.CIELUV色差公式

CIELUV色差公式是以LUV顏色空間為基礎建立的色差公式,它是由CIEx-y色度圖進行線性變換得到的,具體的色差公式如下所示:

LUV色差公式

式中:X,Y,Z——色樣的三刺激值;X0,Y0,Z0——CIE標準照明體的三刺激值;u',v'——色樣的色度坐標;u'0,v'0——-CIE標準照明體的色度坐標;L*——明度;u*,v*——彩度;ΔE*uv——總色差其中,X/X0,Y/Y0,Z/Z0要求大于0.008856,若該顏色不符合要求則需使用深色修正公式。

3.CMC(l:c)色差公式

CMC(l:c)色差公式是在JPC79的基礎上修改提出來的,主要是由于CMC(l:c)色差公式的目視一致性較好,并且方便用戶對于顏色的評價,現在仍是紡織行業的ISO標準。色差計算公式如下:

CMC色差公式00017

式中:L*,C*,h,a*,b*——標樣的色度參數;l——明度的加權值;c——彩度的加權值。

在國際上紡織業界都采用l:c=2:1;對于涂料、塑料和油墨等應用,取l=1.4?!鱈*、△C*和△H*是CIELAB空間中明度、飽和度和色調的差。其中,當L*<16時,SL=0.511;當164°<h<345°時,T=0.56 +[0.2cos(h+168)]。

4.CIE94色差公式

為了提高CIELUV和CIELAB色差公式與人眼視覺的相關性,經過大量目視數據分析,CIE提出了CIE94色差公式,其表達式如下所示:

CIE94色差公式00017

式中:SL=1,SC=1+0.045C*,Sh=1+0.015C*;C*——標樣的彩度值;ΔL*——明度的差;△C*——飽和度的差;ΔH*——色調的差;kL——明度的權重;kC——飽和度的權重;kH——色調的權重。

當實際的觀察條件和應用場合不同于CIE94參照條件時,要通過參數kL、kC、kH來調整明度、彩度和色調分色差在總色差中的相對權重?;緱l件下,kL=kC=kH=1,紡織工業中,kL=2,kC=kH=1。

5.CIEDE2000色差公式

CIEDE2000是色差儀中最新的色差公式,在明度差和色調差的顏色空間均勻性校正函數、藍色區域色分辨橢圓主軸方向偏轉的校正和低彩度區色度坐標量度的校正等4個方面改進了CIELAB顏色空間的均勻性,適用于工業產品表面色中、小色差的評估。CIEDE2000色差公式中色差以△E00表示,其計算式如下所示:

CIEDE2000色差公式09

式中:KL、KC、KH分別是明度、飽和度和色調的權重,參數因子KL、KC、KH仍用于修正實際觀測實驗條件的變化,根據具體的色差評價環境條件,采用與前述相關色差公式中類似的方法進行分析和定義,因此沿用CIE94色差公式的參照條件,來確定CIEDE2000色差公式的參數因子KL=KC=KH=1,紡織業色差評估式通常取KL=2,KC=KH=1?!鱈'△C'△H'分別表示明度、彩度和色調的差,其計算式分別如下:

明度、彩度和色調的差計算式

其中,L'=L*,a'=a*(1+G),b'=b*;L*,a*和b*分別為CIE1976L*a*b*的明度和色度坐標;G為紅綠軸的調整因子,計算式分別如下:

CIEDE2000色差公式參數計算式02

式中:SL——明度的權重函數;SC——飽和度的權重函數;SH——色調的權重函數;RT——旋轉函數。

CIED2000重新定義了CIELAB顏色空間的a軸,改善了對中性顏色的預測性能,并修改了明度和色調的權重系數SL和SH,很好的修正了橢圓不規則的問題。