高精度分光測色儀是顏色測量中的常用儀器,在其參數中,色差公式是一個重要的參數,可用于色差值的計算,為產品的色差評定提供參考儀器。本文對高精度分光測色儀幾個常用色差公式及特點做了介紹。
ΔE*ab色差公式:
ΔE*ab色差公式是色差儀中目前使用最為廣泛的一個色差公式,該色差公式建立在CIELab顏色空間之上的,由直角坐標L*、a*、b*構成。L表示心理明度;a、b表示心理色度。在CIELAB顏色空間中,兩個顏色樣本(L1,a1,b1)和(L2,a2,b2)之間的色差可以用歐式距離來計算:
其中ΔL*、Δa*、△b*分別是CIELab顏色空間的三個坐標差值。如果CIELab空間是視覺均勻的,其對應的視覺寬容度在該顏色空間中應當是一個圓球形,并且在顏色空間的各個區域都應具有相同的半徑。但是由于CIELab顏色空間并不是均勻的,因此應該用橢球來表示各顏色區域所對應的視覺寬容度更為合適。雖然對于中小色差的預測性能,CIELab色差公式不甚理想,但相對于其后的一些色差公式而言,其公式比較簡單易算,并且對大色差尚有較好的預測性能,因此在現今工業生產中仍被廣泛采用。
ΔE*cmc色差公式:
ΔE*cmc色差公式在修正ΔE*ab色差公式的基礎上,根據視覺關系調整了每個色調方向的色差橢圓大小和形狀;改善了彩度差變化與明度之間的關系,使不同彩度的顏色具有不同的色差容限。非彩色區域附近的橢圓較小,彩度高的橢圓較大,色差容限與彩度的變化成正比。它引入了明度權重因子l彩度權重因子c,能夠解決暗色和中性色區域的色差結果計算與人眼測量結果相差較大的問題,適應不同的色差需求。
ΔE*cmc公式定義視覺特性為橢圓,橢圓內部所表示的顏色與標準色在視覺特性上表示一致,橢圓外部所表示的顏色則不一樣。用橢圓方程定義的色差公式如下所示:
上式中,△L*、△C*、△H*三個參數分別代表明度差、彩度差和色相差,下標為std的代表標準樣本。SL、SC、SH橢圓的半軸,l是明度權重因子,c是彩度權重因子,通過改變l,c因子改變相對橢圓半軸的長度來控制色差范圍,對于可接受色差取l=2,c=1。
由于ΔE*cmc色差公式與人眼視覺特性一致,因此獨立于顏色區域的“單一閾值”可用于對不同的顏色質量控制,為顏色測量和色差評估帶來極大的方便。
ΔE*94色差公式:
ΔE*94色差公式是CIE于1955年推薦的一個色差公式,其全稱為“CIE1994(△L*△C*ab△H*ab)色差模型”,正式縮寫形式是CIE94,色差符號為△E*94。△E*94色差公式是CMC(1:c)色差公式的一種改良形式,其結構與ΔE*CMC(l:c)色差公式相似的公式,該公式的計算式如下所示:
CIE94色差公式中ΔL*,△C*ab,△H*ab分別表示兩種顏色間的明度差、彩度差和色相差。參數因子KL,KC,KH可根據不同的評價對象和評價條件選擇不同數值,參考條件下的參數因子數值均為1。當觀察條件改變時,可以對各參數進行單獨改變以適應視覺上每個顏色分量(明度、彩度、色相)的變化。
CIE94色差公式沿用了變化參數的思想,對關系顏色差別的三要素明度、彩度和色相給出了更好的參考。常用的參考數值僅僅對明度的取值進行改變,例如,評價紡織品是明度的參數因子取值為2,而在印刷行業中推薦的明度參數因子的取值為1.4,這兩種情況下其他兩者的取值與參考條件下的取值相同。
ΔE*00色差公式:
ΔE*00色差式是CIEDE2000色差公式的簡稱,是CIE最新推薦的基于CIELAB的色差公式。為了進一步改善工業色差評價的準確性,CIE專門成立了工業色差評價的色相與明度相關修正專業委員會TC1-47,經過該委員會根據對現有色差模型和大量視覺評價數據的大量分析之后,終于在2000年推薦了該公式。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、色相的權重因子,在本文的應用情況下,將其取值為KL=KC=KH=1;SL、SC、SH分別為對亮度、彩色、色相的補償函數;RT為對藍色區域的旋轉因子。
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。對于一般的工業色差評估,可以直接用該公式進行計算,計算結果即可表示被知覺的色差。
ΔE*uv色差公式:
ΔE*uv色差公式是由CIE x-y色度圖進行線性變換推導而得。線性變換的目的是改善與目測結果對比的均勻性。CIE1976L*u*v*色差公式為:
式中,X,Y,Z為色樣的三刺激值:X0,Y0,Z0為CIE標準照明體的三刺激值,為常數值:X/X0,Y/Y0,Z/Z0,要求大于0.008856,對于不符合這一要求的極深的顏色,使用顏色修正公式。
u',v'分別為線性變換后的色樣色度坐標,u'0,v'0分別為線性變換后的CIE標準照明體的色度坐標;L*為明度;u',v為彩度;△E*uv為總色差。
ΔE(Hunter)色差公式:
Hunter色差公式是由亨特(Hunter)為使光電色度計讀數方便,而于1948年提出的Lab對抗色系統中計算色差的公式,大多用于陶瓷、塑料和紡織品等,一般可滿足工業生產管理的需要。在該系統中,L表示物體反射光的明度,a表示反射光中紅色與綠色的成分,b表示反射光中黃色與藍色的成分。因此,Lab系統的色差公式可表示為:
式中:△L、△a、△b分別為兩個物體表面色的明度差和色品坐標差。
FMC-II色差公式:
X,Y,Z 為求色差的兩個顏色樣品中一個樣品的三刺激值。△P、△Q、△S是兩個顏色樣品求得的P,Q,S值之差。
FMC-II色差單位約為0.5倍NBS色差單位,雖然求FMC-II色差的公式復雜,不便計算但它同樣是在已求得樣品三刺激值情況下,一步一步求得的。FMC-II公式在紡織、印染等行業里應用較廣。