色差仪作为测色仪器,其内部设置了多个颜色空间,以对颜色进行定量表达的同时,使颜色之间的评定具有统一的色度标准。CIELab颜色空间是色差仪中使用最为广泛的一个颜色空间,在该颜色空间下的色差值与人眼之间的一致性最好。本文对色差仪常用颜色空间及CIELab颜色空间色差公式作了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!
色差仪常用颜色空间:
1.CIERGB颜色空间
光谱三刺激值,是国际照明委员会(CIE)以317位正常视觉者用三原色光红、绿、蓝等能光谱色,从380nm到700nm进行专门性颜色混合匹配实验得到。
在CIERGB彩色空间的原点上,任一基色均没有亮度,即原点为黑色。三基色都达到最高亮度则表现为白色。亮度较低的等亮的三基色产生灰色。所有这些点均落在彩色立方体的对角线上,该对角线被称为灰色线。彩色立方体中有三个角对应于三基色一红,绿和蓝色。剩下的三个角对应于二次色一黄色,青色(蓝绿色)和品红(紫色)。
在色度学体系中并不直接使用三刺激值来表示颜色,而是用三原色各自在三,原色总量中所占的比例来表示颜色。三原色各自在其总量中的相对比例称为色品坐标,光谱的三刺激值和色品坐标之间的换算关系如下式所示:
基本RGB颜色空间的主要缺点是不直观,不能直接从RGB的数值中估计出颜色的色度、饱和度和亮度等感知特征。
2.CIEXYZ颜色空间
CIERGB系统的r、g、b光谱三刺激值可以定量表示颜色,但三刺激值中有很多负值,色度坐标中也有些负值,不易理解。因此,1931年CIE讨论推荐了一个新的国际通用的色度学系统——CIEXYZ标准色度学系统。
在CIEXYZ系统中,用于匹配等能光谱三刺激值X、Y、Z三色数量,叫做“标准色度观察者颜色匹配函数”,简称“颜色匹配函数”,记为x、y、z。它们是依据实验建立的r、g、b光谱三刺激值经过下式计算出来的。
只是采用简单的数学比例方法,描绘所要匹配颜色的三刺激值的比例关系。可见,CIEXYZ系统建立在RGB系统的基础上,用数学方法,选用三个理想的原色来代替实际的三原色,从而将CIERGB系统中的光谱三刺激值r、g、b和色度坐标r、g、b均变为正值。
CIEXYZ系统和CIERGB系统的色度坐标转换关系如下式所示:
3.CIELab颜色空间
CIELab色度空间是国际照明委员会向世界各国推荐的通用的均匀颜色空间,是经CIEXYZ色度空间非线性变换而得到的。CIELab在三维色空间的各个坐标轴上均具有视觉和颜色心理感知的等距性,并且细分了明度坐标和色品坐标的级差。同时,CIELab空间中当颜色的色差大于视觉的识别阈值(恰可察觉)而又小于孟塞尔系统中相邻两级色差时,可以较好地反映物体色的心理感受效果。CIELab与CIEXYZ的非线性转换关系如下式所示。
式中:X、Y、Z 为颜色样品的三刺激值;Xn、Xn、Zn为CIE标准照明体的三刺激值(D65光源:Xn=95.05、Yn=100.00、Zn=108.91)。
L*称为心理计量明度,简称心理明度或明度指数:a*、b*称为心理计量色度,简称心理色度或色度参数。
CIEL*a*b*色度空间是一种基于赫林四色对立学说原理的心理色度空间,心理色度a*和b*中包含有(X-Y)和(Y-Z)项。颜色的明度感觉用纵坐标L*轴表示,黑色位于最下端,对应明度L*=0,白色最亮位于最上端,对应明度L*=100。a*轴与b*轴共同表示彩色的特性,a*轴正方向代表红色(偏品红)的变化,a*轴负方向代表绿色的变化:b*轴正方向代表黄色变化,b*轴负方向代表蓝色变化。任何颜色都可以由这四个原色中的一个或两个按一定的明度值混合而成,原色的混合比例决定了混合色的色调。
色差仪CIELab颜色空间色差公式:
CIELab色差公式是在CIELa*b*均匀颜色空间中的色差公式,其结果与人眼的视觉相关性较好,两种颜色之间的色差如下式所示:
色差用△E表示,△表示差异,单位是NBS,是由美国国家标准局制定的。△E=1称为1个NBS色差单位,大约相当于在最优试验条件下人眼所能知觉的恰可观察差的5倍。下表表示NBS单位及在色差视觉上的显著程度。
对于有色产品,色差的允许范围应该根据物品的不同分别设定,如纺织品定为小于2个NBS单位,而彩色电视可以设定为4-5个NBS单位,涂料则设定为小于1个NBS单位。