色差评定的色度标准有哪些?色差怎么评定?

  DOHO标准光源箱     |      2023-07-04

色差是两个色样在视觉上的明度、色相和饱和度的综合差值的体现,色度学为了对色差进行定量的评价和比较,规定了多个用于色差评定的色度标准。那么,色差评定的色度标准有哪些?色差怎么评定?本文为大家做了相应的介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

色差仪

色差评定的色度标准:

1.CIE1931与CIE1964标准色度系统

颜色作为一个心理物理学量,是由客观世界及主观感知共同决定的。根据1940年美国光学学会色度学委员会的定义,颜色是辐射能刺激人眼视网膜而形成的视觉感知,对颜色进行定量描述不仅涉及观察者的颜色视觉特性,而且还受到照明和观察物理条件等诸多复杂因素的影响。因此,颜色科学发展的首要问题就是如何准确描述颜色的问题。

为了解决这个问题,各国科学家对视觉生理学进行了深入研究,特别是有关人眼锥体细胞光谱响应函数的研究,为基础色度学理论提供了生理学支持。1931年,国际照明委员会(CIE)基于大量实验数据,推荐了CIE1931标准色度系统、三个标准光源(A、B和C)以及标准照明和观察条件等,奠定了现代色度学的基础,基于狭义色度学的定义,如果两个刺激色样具有相同的三刺激值,则认为对于具有正常色觉的标准观察者,这两个刺激色样具有相匹配的颜色。

光源发出(光源色)或是光源经物体反射或透射后(物体色)进入人眼形成的光谱能量分布,称之为颜色刺激函数φ(λ),采用CIE1931标准色度观察者颜色匹配函数x(λ)、y(λ)、z(λ),颜色刺激可以表示为CIE三刺激值X、Y、Z,即:

CIE三刺激值X、Y、Z表达式

式中,k为归一化系数,将标准光源或照明体的亮度调整为100。CIE1931XYZ标准色度系统主要体现人眼视觉系统中央凹锥体细胞的作用,适用于1°-4°观察视场范围;当视场增大到4°以上时,由于中央凹外的杆体细胞的参与,视觉系统的响应随之发生变化。为了适应大视场下颜色测量的需要,CIE基于Stiles、Burch和 Speranskaya 在10°视场条件下得到的实验数据,于1964 年推荐了CIE1964标准色度观察者颜色刺激函数x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)。这两组标准数据是颜色测量和色度计算的最基本数据,结合CIE规定的一系列标准照明体和照明/观察几何条件,构成了现代色度学的基本系统,是国际上颜色测量和表征的统一标准,是几乎一切颜色计算和颜色测量仪器设计、制造的基本理论依据。

2.CIELAB均匀颜色空间

但是,CIE1931xy色品图具有明显的视觉非均匀性,并且相应的色度数值不能用于表述直观的视觉感受量,因而在实际应用中存在诸多不足。因此,CIE在1976年推荐了视觉均匀性得到明显改善的CIE1976均匀颜色空间,以便于客观准确地测量和评价颜色的差别,该空间为直角坐标系,由明度坐标L*和色度坐标a*、b*所组成,其通用计算公式为:

明度坐标和色度坐标计算公式

其中:

明度坐标和色度坐标计算公式参数

式中,X、Y、Z为颜色样品的三刺激值,Xn、Yn、Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上,然后反射到观察者眼中的三刺激值,其中Yn=100,当颜色样品的尺度小于4°观察视场时,三刺激值采用CIE1931标准色度系统;而当颜色样品的尺度大于 4° 观察视场时,则应采用 CIE1964 标准色度系统。

在CIELAB颜色空间中,有一组与心理量近似对应的感知属性,即明度L*彩度C*ab和色调角hab。颜色样品的明度L*与CIELAB空间中的明度指数L*是一致的,彩度和色调角可以通过下式计算:

彩度和色调角计算公式01

色差评定的方法:

1.色差的视觉判断

色差是指两个颜色刺激感知差异的量值,对于两个颜色之间差别的视觉判断主要有两种直观的评价,即可感知性和可接受性,前者是指观察者能够看到颜色的差别或判断其大小的视觉属性,后者则表示观察者认为是否可以接受被观察的颜色差别的视觉判断。一般来说,可感知性对应于人眼的视觉辨别阈值,主要受到观察者心理和生理因素的影响;而可接受性体现了对颜色质量的要求,与观察者的主观意图和被评价对象的技术指标等有关。

色差的视觉评价具有较大的主观性和易变性,需要进行大量视觉实验。因此,需要基于大量的颜色视觉判断和色差比较心理物理实验数据,才能建立可以预测目视色差的色差公式,以便直接应用于工业评价。

2.色差的公式判断

理想的色差评价公式应该基于真正视觉感知均匀的颜色空间而建立,任意两个颜色在理想颜色空间的欧氏距离可以用来表示色差,并与目视色差具有良好的一致性。这是色差研究的最终目标。长期以来,各国颜色科学工作者已在这一领域投入了大量精力,至今已提出了几十个色差公式,部分被CIE阶段性地推荐为评价标准。

于1976年被CIE正式推荐的CIELAB颜色空间及其色差公式以其良好的表现在科学研究和工业应用中得到了广泛的应用,成为色差公式发展的一个分界点。在CIELAB颜色空间中,任意两个颜色的差异可以用这两个颜色点的欧氏距离来表示,即:

色差公式表示方法

式中△L*、△a*和△b*分别表示两颜色样本的CIELAB坐标L*、a*和b*之差。如果CIELAB空间是视觉均匀的,其对应的等视觉容差轮廓在该颜色空间中的各个区域应当是一个等半径的球形。但是,实际上CIELAB颜色空间的等视觉色差容像是一个椭球。在a*b*平面上,等视觉色差椭圆的方位角除了蓝色区域外均指向原点,色度椭圆的长短半轴比随着彩度的增加而增大,说明CIELAB并非一个理想的均匀颜色空间,其对中小色差的预测结果与目视观察结果有较大的差异,然而由于CIELAB色差公式的表达式简单,而且其对大色差具有较好的预测性能,因此在工业中仍有广泛的应用。

近期的色差公式大多是在工业生产质量控制条件下,积累大量视觉数据,对CIELAB色差公式进行修正而得到,如FCM、JPC79、CMC(l:c)、BFD(l:c)、CIE94、CIEDE2000等是其代表。其中,CIEDE2000是CIE推荐的最新色差评价公式,其计算公式如下:

CIEDE2000色差公式表示方法

其中,下标“b”表示测试色样,下标“s”表示标准色样。

CIEDE2000色差公式表示方法01

CIEDE2000色差公式表示方法02

其中C*ab是样品中两个色样C*ab值的算术平均值。式中L'、C'和h'分别是样品对中两个色样的L'、C'和h'的算术平均值。可见,CIEDE2000相对于先前的色差公式要复杂许多,但其具有更高的精度。