色差△E怎么理解?色差仪△E典型计算公式有哪些?

  DOHO标准光源箱     |      2023-09-14

色差△E怎么理解?色差△E是两个颜色在明度差、彩度差和色相差上的综合值,可以通过色差仪测量,并经过色差仪内置的色差公式计算而得到,是许多行业产品评价的重要依据。那么,色差仪△E典型计算公式有哪些?本文对色差△E的含义及计算公式做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

色差△E

色差△E怎么理解?

色差是颜色科学量化的重要参数,指的是不同颜色在特定颜色空间中的距离,可以通俗理解成颜色的差异,英语为Color Difference,是颜色科学领域非常关注的概念。在纺织印染、包装印刷、汽车制造、塑料、涂料和食品药品等相关色彩工业生产过程中,都需要对产品的颜色进行质量管控,以确保其符合行业标准或者客户的品质需求。在这些工业应用中需要用定量的可视化指标来表达颜色的差异。在比较理想的状态下,色差是需要根据人眼的视觉特性呈现出来,也就是色彩的数据化结果需要跟视觉匹配度的一致性完美契合,理解成相同的人眼视觉间隔同时拥着相同的颜色差异数值。科学上把以数值描述实际色样之间的色彩差异程度的量值叫做颜色色差。计算色差结果的评价模型为色差公式。理想的色差计算公式应该是建立在一定的均匀颜色空间上,是为了确保预测色差值与目视测量结果之间具有很高的匹配度。

色差是进行颜色品质管理的重要依据。色差的大小,影响产品的评级以及客户是否认可。传统目视评估的方法具有误差大,外界因素干扰多,主观性较强等缺点,采用仪器测量并依据色差公式进行质量控制是越来越多的行业共识。


色差△E计算步骤:

一般来讲,从拿到颜色样品到根据计算结果做出客观色差评价,大致需以下三个步骤:

1.测量样品

即使用合适的颜色测量仪器(光谱光度计)以获得代表样品光学特性的分光反射率ρ(λ)或分光透过率τ(λ);

2.计算三刺激值

即通过色度学的基础数据和测得的样品分光反射率,按规定公式求取三刺激值。实际上是客观定量地给出样品的颜色对人眼视网膜上视觉感光细胞产生的刺激,这种刺激通过神经冲动传至大脑,最终形成颜色的主观感觉;

3.计算色差值(△E)

即按一定的色差公式,计算出两样品间的色差,可以理解为这一色差值反映了两个不同的色刺激在大脑中产生的感觉上的差别。这也是为什么选用△E作为色差符号的原因。希腊字母△表示“在……方面的差别”,而E则是德语单词Empfindung(感觉)的第一个字母。

以上所述三个过程,与过程1和2相关的基本理论、基础数据和计算公式已基本定型,对于过程1来讲,主要工作在于硬件技术的实现和完善上。因此,这里仅对过程3的关键点一一色差公式进行介绍。


色差仪△E典型计算公式:

1.CIELAB色差公式

CIELAB色差公式是色差仪中使用最为广泛的一种色差公式。CIE用CIELAB颜色空间的欧几里德距离来表示两种颜色之间的差异大小,CIELAB色差公式(△E*ab)定义为:

CIELAB色差值计算公式

计算过程是在均匀的CIELAB色彩空间中定义的,以标准色坐标点为中心的椭球。它在L*、a*、b*三个方向上的长短半轴长度则用△L*、△a*、△b*来表示。

亮度差公式:

亮度差公式0607

△L*是亮度差,指测试样本和标准样本的颜色深浅差。如果△L*>0,则测试样本亮度比标准样本亮度浅,如果△L*<0,则测试样本亮度比标准样本亮度深。

饱和度差公式:

饱和度差公式0607

ΔC*c和度差,表示颜色偏离亮度灰色的程度,即用来描述样本的颜色鲜艳度。如果C*c>0,则表示测试样本比标准样本颜色鲜艳,如果C*c<0,则表示标准样本比测试样本颜色鲜艳。

色度差公式:

色度差公式0607

△a、△b表示色调偏差,在测色配色系统的颜色检测中,不仅要考虑总色差值,还要考虑分色差值,这样有利于分析样品颜色深浅和色调鲜艳度在总色差中的百分比权重。

色相角差公式:

色相角差公式0607

△H*表示色相角差,在a*和b*平面的样本颜色点相对于标准颜色点的位置关系决定了色相角ΔH*的大小。

2.CIELuv色差公式

CE1976L*u*v*色差公式是由CEx-y色度图进行线性变换推导而得。线性变换的目的是改善与目测结果对比的均匀性。CIE1976L*u*v*色差公式为:

CIE1976Luv色差公式

式中,X,Y,Z为色样的三刺激值;X0,Y0,Z0为CIE标准照明体的三刺激值,为常数值;X/X0,Y/Y0,Z/Z0,要求大于0.008856,对于不符合这一要求的极深的颜色,使用颜色修正公式。

u',v'分别为线性变换后的色样色度坐标,u'0,v'0分别为线性变换后的CE标准照明体的色度坐标;L*为明度;u',v'为彩度;△E*为总色差。

CEL*u*v*色度空间中,以u'、v'轴组成的平面表示颜色的彩度,L*轴表示颜色的明度,CEL*u*v*色差公式主要应用于光的加法混色,例如彩色电视和图象处理方面。

3.CIEDE2000色差公式

CIEDE2000色差公式是CIE于2001年推出的一个色差公式,也是目前色差仪中最新的一个色差公式。CIE2000色差公式并不是创建了一个新的人眼辨别临界区均匀的色空间,而是重新定义了色差计算方法,使得在整个CIELab(L*a*b*色度空间)中,色差计算值与人眼评估更为接近。新的色差公式在原色差计算公式基础上,另外特别引用了三个新的重量系数SL,SC和SH,分别代表了在亮度△L*、饱和度△C*和色调△H*方向上的差异程度。计算公式如下:

CIEDE2000 色差公式24

CIEDE2000 色差公式2401

其中,KL、KC、KH是校正因子,L'、C'、h'是两个样本之间的L'、C'和h'算术平均值。如果两个样本的色调角绝对差值不大于180°,直接用上式计算;如果两个样本的色调角绝对差值大于180°,把较大的色调角减去360°,再进行计算。