色差儀幾個最常用顏色空間及色差公式介紹

? DOHO標準光源箱 ????|???? ?2024-04-19

色差儀作為量化顏色的測量工具,其內部設置了多種類型的顏色空間和色差公式,不同類型的顏色空間表達顏色的方法不同,其使用不同的色差公式計算的色差值也有所差異。本文對色差儀幾個最常見顏色空間及色差公式做了介紹。

色差儀

色差儀幾個最常用顏色空間:

色差儀中顏色空間的類型有很多,其中幾個常見的顏色空間有:CIELAB、XYZ、Yxy、LCh、CIELUV、RGB等,下文分別作了介紹:

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。

2.CIEYxy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。

3.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]。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。

4.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??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°。

5.CIELuv色度空間

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。


色差儀幾個最常用色差公式:

色差儀中的色差公式有很多,但常用的主要有:ΔE*ab、ΔE*uv、ΔE*94、ΔE*cmc、ΔE*00等,下文對此做了介紹。

1.ΔE*ab色差公式

色差儀ΔE*ab色差公式介紹

CIELAB色差是指CIELAB均勻顏色空間模型下兩個顏色點的距離,該空間模型為直角坐標系。在CIELAB顏色空間中,兩個顏色樣本(L1,a1,b1)和(L2,a2,b2)之間的色差可以用歐式距離來計算:

CIELAB色差公式029

其中ΔL*、Δa*、△b*分別是CIELab顏色空間的三個坐標差值。如果CIELab空間是視覺均勻的,其對應的視覺寬容度在該顏色空間中應當是一個圓球形,并且在顏色空間的各個區域都應具有相同的半徑。但是由于CIELab顏色空間并不是均勻的,因此應該用橢球來表示各顏色區域所對應的視覺寬容度更為合適。雖然對于中小色差的預測性能,CIELab色差公式不甚理想,但相對于其后的一些色差公式而言,其公式比較簡單易算,并且對大色差尚有較好的預測性能,因此在現今工業生產中仍被廣泛采用。

2.ΔE*uv色差公式

CIE1976L*u*v*色差公式是由CIE x-y色度圖進行線性變換推導而得。線性變換的目的是改善與目測結果對比的均勻性。CIE1976L*u*v*色差公式為:

CIE1976Luv色差公式01

式中,X,Y,Z為色樣的三刺激值:X0,Y0,Z0為CIE標準照明體的三刺激值,為常數值:X/X0,Y/Y0,Z/Z0,要求大于0.008856,對于不符合這一要求的極深的顏色,使用顏色修正公式。

u',v'分別為線性變換后的色樣色度坐標,u'0,v'0分別為線性變換后的CIE標準照明體的色度坐標;L*為明度;u',v為彩度;△E*uv為總色差。

3.ΔE*cmc色差公式

CMC是英國顏色測量委員會名稱的縮寫。CMC色差公式雖未被CIE推薦為標準,但是目前工業上廣泛采用的色差方法。

CMC色差公式0601

△L*、△C*ab、△H*ab分別是CIE1976L*a*b*明度差、彩度差和色調差,SL、SC、SH分別是明度差、彩度差和色調差的權重函數。對于大多數的應用而言,c=1。對于紡織行業,l=2時計算得到的紡織品色差與視覺感覺非常接近。對于涂料、塑料和油墨等行業的應用,l=1.4。

4.ΔE*94色差公式

ΔE*94色差公式是CIE于1955年推薦的一個色差公式,其全稱為“CIE1994(△L*△C*ab△H*ab)色差模型”,正式縮寫形式是CIE94,色差符號為△E*94?!鱁*94色差公式是CMC(1:c)色差公式的一種改良形式,其結構與ΔE*CMC(l:c)色差公式相似的公式,該公式的計算式如下所示:

色差儀ΔE94色差公式計算式

CIE94色差公式中ΔL*,△C*ab,△H*ab分別表示兩種顏色間的明度差、彩度差和色相差。參數因子KL,KC,KH可根據不同的評價對象和評價條件選擇不同數值,參考條件下的參數因子數值均為1。當觀察條件改變時,可以對各參數進行單獨改變以適應視覺上每個顏色分量(明度、彩度、色相)的變化。

CIE94色差公式沿用了變化參數的思想,對關系顏色差別的三要素明度、彩度和色相給出了更好的參考。常用的參考數值僅僅對明度的取值進行改變,例如,評價紡織品是明度的參數因子取值為2,而在印刷行業中推薦的明度參數因子的取值為1.4,這兩種情況下其他兩者的取值與參考條件下的取值相同。

5.ΔE*00色差公式

CIEDE2000色差公式是在CIELAB、CIE94等色差公式基礎上,通過大量視覺實驗和色差評估實驗得到的。

CIEDE2000色差公式0619

SL、SC、SH分別是明度、彩度和色調的權重因子。KL、KC、KH分別為可調參數因子,可根據不同的被測物體來選擇不同的參數。如紡織業色差評估式通常取KL=2,KC=KH=1。