色差的含義和色差儀中常用的色差公式

2023-08-15

在產(chǎn)品色外觀顏色評(píng)定時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到色差這個(gè)概念，評(píng)定色差一般會(huì)用色差儀。那么，什么是色差？色差儀中常用色差計(jì)算公式有哪些呢？本文結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行了簡(jiǎn)單整理。

色差的含義

色差是指兩個(gè)試樣在顏色知覺(jué)上的差異，它包括明度差、彩度差和色相差三方面。色差是指兩個(gè)顏色經(jīng)測(cè)色儀器測(cè)量后，再經(jīng)色差公式計(jì)算出的這兩個(gè)顏色的差異值。

憑人的視覺(jué)評(píng)價(jià)試樣之間色差的方法，就是將兩個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象擺放在一起，在規(guī)定的照明和觀察條件下，靠人的視覺(jué)來(lái)完成。經(jīng)過(guò)視覺(jué)估計(jì)后，決定出顏色間差異及方向，但并不是指顏色間等級(jí)上的差距。如果能夠以兩點(diǎn)的距離表示色差，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字表達(dá)。通常人們采用比色法來(lái)判斷顏色間的差異值。過(guò)去，工業(yè)上使用標(biāo)準(zhǔn)樣卡來(lái)評(píng)定顏色的差別，例如3級(jí)色差、4級(jí)半（4.5級(jí)）色差等。標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者建立了X，Y，Z三刺激值，解決了用數(shù)字表達(dá)顏色的問(wèn)題。色差值可供色彩品管、配方計(jì)算及修色等應(yīng)用。

1. 色差的表示

顏色間的差異值以DE或△E表示。E是德語(yǔ)單詞Empfindung（感覺(jué)）的第一個(gè)字母；D是希臘字母，表示某方面的差別。DE表示兩個(gè)顏色彼此間的差異值。△E表示色彩空間內(nèi)兩個(gè)色樣彼此間的距離差距。

2. 色差單位

作為色差的計(jì)算單位，以前常用NBS。1939年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局采納賈德等人的建議而推行Y1/2，a，b色差計(jì)算公式，并采用此公式計(jì)算顏色差別的大小，以絕對(duì)值1作為一個(gè)單位，稱為“NBS色差單位”。一個(gè)NBS單位大約相當(dāng)于視覺(jué)色差識(shí)別值的5倍。如果與孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級(jí)的色差值比較，則1NBS單位約等于0.1孟塞爾明度值、0.15孟塞爾彩度值、2.5孟塞爾色相值（彩度為1）；孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩個(gè)色彩的差別約為10NBS單位。NBS單位色差值和視覺(jué)之間的關(guān)系如下表所示：

色差儀中常用的色差公式

色差公式是隨著色差理論研究的發(fā)展不斷更新的，它的發(fā)展大致經(jīng)歷了兩個(gè)大的階段：第一階段：1936-1976年為一個(gè)階段，有20多個(gè)公式；第二階段：1976年后，多數(shù)以CIELAB色差公式為基礎(chǔ)進(jìn)行修正，實(shí)用性大大提高。現(xiàn)在已成為世界各國(guó)正式采納、作為國(guó)際通用的測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)。

色差儀中常見(jiàn)色差公式有CIELAB、CMC（l:c）、CIE1964、Cube-Root、FMC-2、Godlove、Visual、CIE94、ISO、CIE1976LUV、JPC79等多種，且各具優(yōu)缺點(diǎn)，其準(zhǔn)確性見(jiàn)表下表。。實(shí)際使用中與習(xí)慣和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及行業(yè)特點(diǎn)有重要關(guān)系。

印染行業(yè)，普遍采用CMC色差公式。

涂料行業(yè)，普遍使用CIELAB色差公式。

織物配色效果的評(píng)價(jià)中，最常用的色差公式為CIELAB。

基于圖像的紡織領(lǐng)域，CIE94色差公式的效果更佳。

在所有的色差公式中，我們選取最常用的CIE1976L*a*b*色差公式進(jìn)行介紹。

CIE1976L*a*b*色差公式又稱CIE1976LAB（或L*a*b*）系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CIELAB，現(xiàn)在已被世界各國(guó)正式采用并作為國(guó)際通用的測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)。它適用于一切光源色或物體色的表示與計(jì)算方法。CIEL*a*b*顏色空間如下圖所示。

CIELAB色彩空間的描述，L*表示明暗度，指顏色明暗的強(qiáng)度，其數(shù)值為0～100，L*愈接近0，顏色愈暗；L愈接近100，顏色愈亮。對(duì)于一些明暗度相同的顏色，還得考慮用彩度指標(biāo)來(lái)描述顏色的差異。

a*和b*表示色相，指顏色的相貌。a*表示紅一綠軸，正值表示紅，負(fù)值表示綠；b*表示黃一藍(lán)軸，正值表示黃，負(fù)值表示藍(lán)。h*表示顏色的色相角度，即任一顏色以+a*軸為基準(zhǔn)，沿逆時(shí)針?lè)较蛩闫鸬南鄬?duì)角度。

C*表示彩度，指顏色的鮮艷程度，是色樣在a*b*色彩圖形位置距中心點(diǎn)的距離。低彩度的顏色（灰色），C*略大于0；高彩度的顏色，C*為70～90。

CIE1976 L*a*b*空間由CIE XYZ系統(tǒng)通過(guò)數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換得到。其中X、Y、Z是物體的三刺激值；X0、Y0、Z0為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的三刺激值；L*表示心理明度；a*、b*為心理色度。

色差是人們用數(shù)值方式來(lái)表示兩種顏色的差別，這種方法更直觀，也更容易傳遞相關(guān)的數(shù)據(jù)。若兩個(gè)色樣樣品都按L*、a*、b*標(biāo)定顏色，則兩者之間的總色差△E*ab以及各項(xiàng)單項(xiàng)色差可用下列公式計(jì)算：

明度差：△L*=L*1-L*2

色度差：△a*=a*1-a*2△b*=b*1-b*2

總色差也就是上面介紹過(guò)的△E*。我們大多數(shù)時(shí)候，查看的色差都是總色差，因?yàn)榭偵畲頂?shù)據(jù)更為直觀，明度差和色度差有一個(gè)為零，也不能說(shuō)明兩種顏色沒(méi)有色差。我們?cè)谂渖^(guò)程中，力求總色差最小，而明度差和色度差表現(xiàn)的相對(duì)均勻一些，差異性不要太大。

任一實(shí)色都可視作由三原色組成，在XYZ表色系統(tǒng)中，可表示為F=X（X）+Y（Y）+Z（Z）。其中，（X）（Y）（Z）為三原色基色量，X，Y，Z稱三色系數(shù)（即三刺激值）。通過(guò)電腦測(cè)配色儀可測(cè)得A與B兩色的三刺激值X，Y，Z，按下列色差公式計(jì)算得到A與B兩色間的色差，即：

式中：△E為總色差。

其中：Xo，Yo，Zo為標(biāo)準(zhǔn)觀察者的三刺激值。

CIELAB色差公式由于在色相、明度、彩度方面與人眼的吻合度較差，以及在同等的色彩空間內(nèi)某一顏色與鄰近的顏色差異較大等因素，在紡織品評(píng)價(jià)過(guò)程中，準(zhǔn)確性受到一定影響。