色差仪常用颜色空间及常用色差公式类型介绍

  DOHO标准光源箱     |      2023-11-21

色差仪作为光电测色仪器,不仅可以给出特定颜色空间下样品的色度值,还可以给出该颜色空间下经色差公式计算后的总色差值。鉴于许多的用户对色差仪常用颜色空间及常用色差公式类型不是很了解,本文为大家做了详细的介绍,对色差仪测色系统和色差公式感兴趣的朋友可以了解一下!

色差仪

色差仪常用颜色空间类型:

1.CIEXYZ颜色空间

CIEXYZ颜色空间,也称CIE1931颜色空间。CIE希望通过该颜色空间下的三个分量(X,Y,Z)能够描述人颜色视觉系统所能察觉的任意一种颜色,其中X和Z定义为颜色的色度,Y为颜色的亮度。

CIEXYZ颜色空间主要应用于分光光度计和数字颜色分析器等分析仪器,它为这一类仪器提供了待分析样本所需的透射或折射的三色光信号。虽然 CIEXYZ颜色空间在分析化学中的相关应用也颇为广泛,但是它所表示的颜色与人眼感知不太一致,导致在不同颜色对比中存在一定缺陷。因此,该颜色模型往往只是用于线性转换到其他颜色空间的过渡颜色空间。

CIEXYZ颜色空间,是在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RGB中的色度坐标r,g,b变换为正值。由X、Y、Z在所形成的三角形将整个光谱色轨迹包含在内,如下图所示,因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。

CIEXYZ颜色空间模型

2.CIELab颜色空间

CIELab颜色空间是色差仪最常用的一种颜色空间,是基于生理特征的均匀颜色空间,是由明度(L)和两个色度分量a、b共三个分量构成,L表示颜色的明度,也常被称作亮度,取值范围在[0,100],表示从纯黑到纯白。a表示从绿色到红色,-a最小表示绿色,+a最大表示红色,取值范围在[-128,127],-a到+a是绿色到红色颜色渐变的过程。b表示从蓝色到黄色的范围,同样原理,-b到+b是由蓝色逐渐过渡到黄色的过程,取值范围在[-128,127]。其模型如下如所示:

CIELAB颜色空间模型01

CIELab颜色空间是颜色量化最均匀的颜色分布,在样品色差评比系统中,很多公式都是依赖该颜色空间的,它是颜色差异的规范化空间,能够解决颜色量化的等距度量,其均匀性较好。该颜色空间两点之间的几何距离,与人眼观察物体的色差大小相同。

3.CIELCh颜色空间

上述的Lab色空间与视觉无直接对应,也就是说,当给出Lab一组值时,不能形象地想象出具体颜色。为此,可以用Lab空间变形后得到的圆柱形颜色空间LCH来表示,如下图所示。该颜色空间由L、C、H表示。纵坐标L*值同样对应于颜色三要素的明度,取值0-100;C*代表彩度,即某一颜色的坐标位置与原点的距离,取值0-181,圆心处颜色的饱和度C*值为0,离圆心越远C*的值越大;H*为色调,取值0°-360°,h*代表色调角,是某一颜色坐标在色品平面内的投影点和坐标原点的连线与a轴的夹角。规定h*从正a轴(红)开始为0°,逆时针为正,正b轴(黄)为90°,负a轴(绿)为180°,负b轴(蓝)为270°。

CIELCH颜色空间

4.CIELuv颜色空间

CIELUV颜色空间是CIE1976L*u*v*均匀颜色空间的简称,在CIELUV空间中,L*为明度,u*、v*为色品指数。三者相互垂直构成色空间来描述相对应的亮度和色度量:垂直的轴是明度L*,位于水平面且互相垂直的是色品指数u*和 v*。

CIELUV颜色空间与CIELAB颜色空间相似,L*,u*,v*是X,Y,Z通过非线性变换得到的,同样用两点间的距离表示颜色之间的色差。CIEL*u*v*和CIEL*a*b*有一些共同的特点。首先,它们的颜色空间虽然距完全均匀仍有距离,但基本上是均匀的。其次,由于是基于颜色测量的CIE系统,CIEL*u*v*和CIEL*a*b*都是与设备无关的颜色空间。与CIELAB颜色空间不同,CIELUV颜色空间更多地应用于光源色和自发光色领域。

Luv颜色空间

色差仪常用色差公式类型:

1.CIELAB色差公式

CIELAB色差公式是以Lab颜色空间为基础建立的一个色差公式,它的计算公式比较的简单,是目前使用最为广泛的一个色差公式,其表达式如下:

CIELAB色差公式00017

式中:X,Y,Z——色样的三刺激值;X0,Y0,Z0——CIE标准照明体的三刺激值。

其中,当 X,Y,Z和X0,Y0,Z0满足条件X/X0,Y/Y0和Z/Z0均小于等于0.008856时,坐标参数修正公式如下:

坐标参数修正公式

2.CIELUV色差公式

CIELUV色差公式是以LUV颜色空间为基础建立的色差公式,它是由CIEx-y色度图进行线性变换得到的,具体的色差公式如下所示:

LUV色差公式

式中:X,Y,Z——色样的三刺激值;X0,Y0,Z0——CIE标准照明体的三刺激值;u',v'——色样的色度坐标;u'0,v'0——-CIE标准照明体的色度坐标;L*——明度;u*,v*——彩度;ΔE*uv——总色差其中,X/X0,Y/Y0,Z/Z0要求大于0.008856,若该颜色不符合要求则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的基础上修改提出来的,主要是由于CMC(l:c)色差公式的目视一致性较好,并且方便用户对于颜色的评价,现在仍是纺织行业的ISO标准。色差计算公式如下:

CMC色差公式00017

式中:L*,C*,h,a*,b*——标样的色度参数;l——明度的加权值;c——彩度的加权值。

在国际上纺织业界都采用l:c=2:1;对于涂料、塑料和油墨等应用,取l=1.4。△L*、△C*和△H*是CIELAB空间中明度、饱和度和色调的差。其中,当L*<16时,SL=0.511;当164°<h<345°时,T=0.56 +[0.2cos(h+168)]。

4.CIE94色差公式

为了提高CIELUV和CIELAB色差公式与人眼视觉的相关性,经过大量目视数据分析,CIE提出了CIE94色差公式,其表达式如下所示:

CIE94色差公式00017

式中:SL=1,SC=1+0.045C*,Sh=1+0.015C*;C*——标样的彩度值;ΔL*——明度的差;△C*——饱和度的差;ΔH*——色调的差;kL——明度的权重;kC——饱和度的权重;kH——色调的权重。

当实际的观察条件和应用场合不同于CIE94参照条件时,要通过参数kL、kC、kH来调整明度、彩度和色调分色差在总色差中的相对权重。基本条件下,kL=kC=kH=1,纺织工业中,kL=2,kC=kH=1。

5.CIEDE2000色差公式

CIEDE2000是色差仪中最新的色差公式,在明度差和色调差的颜色空间均匀性校正函数、蓝色区域色分辨椭圆主轴方向偏转的校正和低彩度区色度坐标量度的校正等4个方面改进了CIELAB颜色空间的均匀性,适用于工业产品表面色中、小色差的评估。CIEDE2000色差公式中色差以△E00表示,其计算式如下所示:

CIEDE2000色差公式09

式中:KL、KC、KH分别是明度、饱和度和色调的权重,参数因子KL、KC、KH仍用于修正实际观测实验条件的变化,根据具体的色差评价环境条件,采用与前述相关色差公式中类似的方法进行分析和定义,因此沿用CIE94色差公式的参照条件,来确定CIEDE2000色差公式的参数因子KL=KC=KH=1,纺织业色差评估式通常取KL=2,KC=KH=1。△L'△C'△H'分别表示明度、彩度和色调的差,其计算式分别如下:

明度、彩度和色调的差计算式

其中,L'=L*,a'=a*(1+G),b'=b*;L*,a*和b*分别为CIE1976L*a*b*的明度和色度坐标;G为红绿轴的调整因子,计算式分别如下:

CIEDE2000色差公式参数计算式02

式中:SL——明度的权重函数;SC——饱和度的权重函数;SH——色调的权重函数;RT——旋转函数。

CIED2000重新定义了CIELAB颜色空间的a轴,改善了对中性颜色的预测性能,并修改了明度和色调的权重系数SL和SH,很好的修正了椭圆不规则的问题。