色差仪不同类型色差公式有什么优缺点?

  DOHO标准光源箱     |      2023-10-17

色差公式作为两种颜色差异的定量化评价方法,主要用于有色行业判断产品是否合格。CIE作为专业的颜色研究机构,先后提出几十种基于不同颜色空间的色差公式,例如CIELAB、CMC(1:c)、CIE94及CIEDE2000等色差公式,这些色差公式也是色差仪中目前常用的色差公式。本文对色差仪不同类型色差公式的优缺点作了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

色差仪色差公式

CIELAB色差公式:

在1976年以前对于色差没有统一的标准,直到1976年国际照明委员会通过讨论和实验,推荐了两个颜色空间以及相对应的色差公式,一个是广泛用于彩色摄影与彩色电视领域的CIELUV色差公式,另一个是广泛用于纺织、染料、颜料、印染等大多数着色有关领域的CIELAB色差公式。CIELAB色差公式一经推出就受到了各个国家以及各个标准组织的认可,是当时效果最好的色差公式。CIELAB的表达式如下:

CIELAB色差公式的表达式01

其中△E为色差,L为明度坐标,a与b为色品坐标。L明度和a、b色度计算公式如下:

L明度和a、b色度计算公式

其中X、Y、Z和Xn、Yn、Zn分别是颜色样本和照明体的三刺激值,其中f的定义为:

参数f的定义式

CMC(l:c)色差公式:

在CIELAB色差公式提出以后,一直广泛运用于印刷业中。随着研究的深入,人们逐渐的发现CIELAB颜色空间对于小色差来说是一个不太均匀的色度空间,它的数据表达式与人眼的视觉感受并不相匹配,用该色差公式计算出来的色差与人眼的视觉感受并不总是保持一致。例如相对于深度变化,人眼对色相的变化比较敏感;而且,人眼在低饱和度下比在明亮鲜艳色区的辩色能力高得多。也就是说在不同色区用CIELAB计算的色差△E相同,也不能肯定地说人眼视觉感受一样。比如说一对深灰样品和嫩黄样品,通过CIELAB计算其色差△E都为1,但是人眼还是会感觉到嫩黄样品间的差别比深灰样品之间的差别要小几倍。因此,颜色科技工作者在CIELAB的基础上改进,提出了CMC(l:c)色差公式。在一定的运用范围内它比CIELAB对小色差的评价更符合人眼的视觉感受。CMC色差公式可根据视觉的关系改变各色调方向的色差椭圆大小,它的计算公式如下:

CMC色差计算公式

式中的△L*、△H*、△C*是由CIELAB色差公式计算得到标准样本与待测样本之间的亮度差、色相差、饱和度差。SL、SC和SH是椭圆的半轴,c与l为调节饱和度和明度相对宽容量的两个系数,通过调节c系数与l系数可以改变半轴长度,从而改变△L*、△H*、△C*的相对容忍度。在纺织业中通常将l设为2,c设为1,希望△L有较大的相对容忍度。

CMC色差公式比CIELAB更接近人眼的视觉评估,CMC(2:1)色差公式对比人眼误判比例为11.2%,而CIELAB对于人眼的误判比例是20.2%。CMC色差公式如今也广泛的应用于纺织行业。


CIE94色差公式:

CIE94色差公式是国际照明委员会于1995年推荐的一个色差公式,它与CMC 色差公式结构相同,但是权重函数更为简单,其计算式如下所示:

CIE94色差公式

其中,KL为明度参数因子,KC为彩度参数因子,KH为色度参数因子,在不一样的观察条件下可通过调节参数因子来调整明度、彩度以及色调的权重,以此来改变最终色差。

在KL=KC=KY=1的条件下,实际使用条件与参考的条件不一样时,会导致视觉的明度、彩度与色调也会不一样,所以对于每个色差变量要结合实际使用条件单独调整。比如在对纺织品色差做评价时,当KL=2,KC=KH=1时纺织品的肉眼视觉评价和CIE94色差公式计算出来的色差比较接近:在印刷业一般使用KL=1.4,KC=KH=1。SL、SC以及SH分别对应明度、彩度以及色调的权重函数。在CMC色差公式中是根据视觉关系改变各色调方向的色差椭圆半轴SL、SC和SH的大小,CIE94则不同,它是通过线性方程进行定义如上所示。

当一对颜色中的被比较色与标准色明显不同的时候,则C*ab,x=C*ab,s。但是由于这种经过优化的方程不对称性,使得在计算两个样本色差时,因为选取样本不一致而得出色差的不一样。比如一对颜色样本1和样本2,以样本1为标准和以样本2为标准计算的色差将不一样。在这种无法确定哪种样本作为标准时,C*ab,x取两个样本CIELAB的彩度几何平均值,如上所示。


CIEDE2000色差公式:

国际照明委员会专门设立了工业色差评价的色调与明度相关修正技术委员会TC1-47,进一步改善工业色差评价的视觉一致性。该技术委员会对现有色差模型和视觉评价数据的分析和测试,其在2000年提出了一个新的色差评价公式,并且在2001年CIE推荐了该公式。这个公式就是CIEDE2000色差公式,它的表达式如下:

CIEDE2000色差公式290

CIEDE2000结合了CMC和CIE94的两大优势,弥补了相互间的不足,是目前发展最为完善的色差公式,其结果更接近于人眼效果,对色差的计算准确率也更好。