色差的測試原理及色差的計算公式
2024-08-16
色差是產(chǎn)品顏色質(zhì)量管控的一項重要指標(biāo),對色差進(jìn)行測量,可以為色差管控提供數(shù)字化的參考依據(jù),而常用的色差測量儀器有色差儀及分光色差儀等,這些儀器可以給出經(jīng)色差公式計算后的色差值。本文對色差的測試原理及色差的計算公式做了介紹。
色差的含義:
色差,即顏色標(biāo)準(zhǔn)色與實(shí)際測量顏色之間的差異,包括色調(diào)、色相、彩度、明度等要素。①色調(diào),色調(diào)是顏色自身的特性,是區(qū)別與其他顏色的重要指標(biāo),體現(xiàn)了顏色的“質(zhì)”,光源光譜組成以及物體表面對波長的反射比例物體色調(diào)的決定性因素。②色相,色相即色彩的名稱,是顏色的光譜特性和基本要素,當(dāng)光從短波移動至長波時,人們所感受到的顏色變化便是色相。③彩度,彩度指色的彩飽和度、顏色的純粹度,涂膜表面的反射光譜輻射的選擇性程度是物體飽和度的決定性因素,若涂膜對除了對某一窄波段有著較高的反射率之外,對于氣壓波長均沒有反射率或反射率很低,則該涂膜光譜選擇性高。④明度,明度指色彩的明暗程度,即人眼對于物體的明亮感覺,物體對于光的反射強(qiáng)度是明度的決定性因素,反射率越高,明度越高,明度高顏色淺,明度低顏色深。
色差測試的原理:
色度學(xué)是對顏色刺激進(jìn)行度量、計算和評價的一門學(xué)科,是以光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué),是把主觀的顏色感知和客觀的物理刺激聯(lián)系起來,從而建立起高度準(zhǔn)確的定量學(xué)科,是顏色科學(xué)領(lǐng)域里的一個重要組成部分。經(jīng)過科學(xué)家不斷的努力,通過大量的科學(xué)試驗(yàn),建立了現(xiàn)代色度學(xué),并形成了許多色度學(xué)表色系統(tǒng)。表色系統(tǒng)是將顏色按照感知色貌的特性,在顏色空間進(jìn)行有序的排列所構(gòu)成的系統(tǒng)。顏色空間是表示顏色的空間,通常是三維的。而顏色立體是指表面色按照特定的色序系統(tǒng)在顏色空間里排列所占的空間部分。常
見的表色系統(tǒng)有:CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、孟塞爾表色系統(tǒng)、奧斯瓦爾德表色系統(tǒng)、自然色系統(tǒng)(NCS)、徳國DIN系統(tǒng)、美國光學(xué)學(xué)會一均勻色系統(tǒng)(OSA-UCS)和亨特Lab系統(tǒng)等,每種表色系統(tǒng)都有一定的應(yīng)用時間和地域。為了便于對顏色的度量,國際照明委員會CIE引入了三刺激值,任何色光的顏色都可以用三刺激值來表示。三刺激值可以用光學(xué)辦法客觀地測量。對不發(fā)光體,可以測量它在某種標(biāo)準(zhǔn)光源照射下的顏色(物體色),實(shí)際就是收集樣品的反射光,然后測出這些反射光的刺激值。CIE(1976)L*a*b*系統(tǒng)中,L*為明度指數(shù),表示在近似均勻三維空間中物體色的明度坐標(biāo);a*b*是色品指數(shù)。
目前,色差測量中最為常用的測色系統(tǒng)是CIE(1976)L*a*b*均勻顏色空間,其在三維色空間的各個坐標(biāo)軸方向上均具有視感知覺的等距性,而且細(xì)分了明度指數(shù)和色品指數(shù)的級差,更適宜在較小色差情況下的顏色測量、比較和討論。
色差的計算公式:
色差,又稱總體色差,通常用△E*表示,是表示標(biāo)準(zhǔn)色和試樣色的色空間的一種關(guān)系指標(biāo),其數(shù)值越大表示被測物和對照樣顏色差別越大。色差的計算公式有很多,這里主要介紹色差儀中使用比較廣泛的△E*ab色差公式和△E*00色差公式。
1.△E*ab色差公式
ΔE*ab色差公式是CIELAB色差公式的簡稱,是色差儀中目前使用最為廣泛的一個色差公式。CIELAB色差公式是基于近似均勻的三維顏色空間建立的,由直角坐標(biāo)L*、a*、b*構(gòu)成,國際照明委員會推薦使用。該色差公式建立在CIELAB顏色空間之上,在L*a*b*公式中,L*表示明度,a*表示紅色和綠色的成分,b*表示黃色和藍(lán)色的成分。色差是指用數(shù)值的方式表示兩種顏色給人色彩感覺上的差別,若兩個顏色都是按照L*a*b*標(biāo)定的,則兩個顏色之間的色差可以用歐式距離來計算:
其中,△L*是CIELAB空間的明度差,△a*是CIELAB空間的紅綠色光差,△b*是CIELAB空間的黃藍(lán)色光差。
△a*和△b*表示樣本和標(biāo)準(zhǔn)在ab*平面上位置的改變。如果將CIELab均勻顏色空間轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)空間,則能更好地表示色差的性質(zhì),極坐標(biāo)空間用LCH表示。因此,CIELAB色差公式也可以用明度差△L*、彩度差△C*ab和色相差△H*ab來定義,即:
2.△E*00色差公式
ΔE*00色差式是CIEDE2000色差公式的簡稱,CIEDE2000是由CIE專門設(shè)立的專業(yè)委員會TC1-47(Hue and Lightness Dependent Correction to Industrial Color-Difference Evaluation)在CIELAB顏色空間的基礎(chǔ)上經(jīng)過相關(guān)修正推出的色差公式。該公式可以實(shí)現(xiàn)更加精確、符合人眼感知的色差評價,但也因此在計算上更為復(fù)雜。其色差式如下所示:
式中,ΔL'為亮度差;ΔC'為彩度差;ΔH'為色相差;KL、KC、KH分別為亮度、彩度、色相的權(quán)重因子,在本文的應(yīng)用情況下,將其取值為KL=KC=KH=1;SL、SC、SH分別為對亮度、彩色、色相的補(bǔ)償函數(shù);RT為對藍(lán)色區(qū)域的旋轉(zhuǎn)因子。
CIEDE2000只是重新定義了色差的計算方法,并不是建立了一個新的均勻色空間。對于一般的工業(yè)色差評估,可以直接用該公式進(jìn)行計算,計算結(jié)果即可表示被知覺的色差。