色差的含義和色差儀中常用的色差公式

2023-08-15

在產品色外觀顏色評定時，經常會遇到色差這個概念，評定色差一般會用色差儀。那么，什么是色差？色差儀中常用色差計算公式有哪些呢？本文結合實際情況，進行了簡單整理。

色差的含義

色差是指兩個試樣在顏色知覺上的差異，它包括明度差、彩度差和色相差三方面。色差是指兩個顏色經測色儀器測量后，再經色差公式計算出的這兩個顏色的差異值。

憑人的視覺評價試樣之間色差的方法，就是將兩個評價對象擺放在一起，在規定的照明和觀察條件下，靠人的視覺來完成。經過視覺估計后，決定出顏色間差異及方向，但并不是指顏色間等級上的差距。如果能夠以兩點的距離表示色差，就實現了數字表達。通常人們采用比色法來判斷顏色間的差異值。過去，工業上使用標準樣卡來評定顏色的差別，例如3級色差、4級半（4.5級）色差等。標準色度觀察者建立了X，Y，Z三刺激值，解決了用數字表達顏色的問題。色差值可供色彩品管、配方計算及修色等應用。

1. 色差的表示

顏色間的差異值以DE或△E表示。E是德語單詞Empfindung（感覺）的第一個字母；D是希臘字母，表示某方面的差別。DE表示兩個顏色彼此間的差異值。△E表示色彩空間內兩個色樣彼此間的距離差距。

2. 色差單位

作為色差的計算單位，以前常用NBS。1939年，美國國家標準局采納賈德等人的建議而推行Y1/2，a，b色差計算公式，并采用此公式計算顏色差別的大小，以絕對值1作為一個單位，稱為“NBS色差單位”。一個NBS單位大約相當于視覺色差識別值的5倍。如果與孟塞爾系統中相鄰兩級的色差值比較，則1NBS單位約等于0.1孟塞爾明度值、0.15孟塞爾彩度值、2.5孟塞爾色相值（彩度為1）；孟塞爾系統中相鄰兩個色彩的差別約為10NBS單位。NBS單位色差值和視覺之間的關系如下表所示：

色差儀中常用的色差公式

色差公式是隨著色差理論研究的發展不斷更新的，它的發展大致經歷了兩個大的階段：第一階段：1936-1976年為一個階段，有20多個公式；第二階段：1976年后，多數以CIELAB色差公式為基礎進行修正，實用性大大提高。現在已成為世界各國正式采納、作為國際通用的測色標準。

色差儀中常見色差公式有CIELAB、CMC（l:c）、CIE1964、Cube-Root、FMC-2、Godlove、Visual、CIE94、ISO、CIE1976LUV、JPC79等多種，且各具優缺點，其準確性見表下表。。實際使用中與習慣和經濟發展水平以及行業特點有重要關系。

印染行業，普遍采用CMC色差公式。

涂料行業，普遍使用CIELAB色差公式。

織物配色效果的評價中，最常用的色差公式為CIELAB。

基于圖像的紡織領域，CIE94色差公式的效果更佳。

在所有的色差公式中，我們選取最常用的CIE1976L*a*b*色差公式進行介紹。

CIE1976L*a*b*色差公式又稱CIE1976LAB（或L*a*b*）系統，簡稱CIELAB，現在已被世界各國正式采用并作為國際通用的測色標準。它適用于一切光源色或物體色的表示與計算方法。CIEL*a*b*顏色空間如下圖所示。

CIELAB色彩空間的描述，L*表示明暗度，指顏色明暗的強度，其數值為0～100，L*愈接近0，顏色愈暗；L愈接近100，顏色愈亮。對于一些明暗度相同的顏色，還得考慮用彩度指標來描述顏色的差異。

a*和b*表示色相，指顏色的相貌。a*表示紅一綠軸，正值表示紅，負值表示綠；b*表示黃一藍軸，正值表示黃，負值表示藍。h*表示顏色的色相角度，即任一顏色以+a*軸為基準，沿逆時針方向算起的相對角度。

C*表示彩度，指顏色的鮮艷程度，是色樣在a*b*色彩圖形位置距中心點的距離。低彩度的顏色（灰色），C*略大于0；高彩度的顏色，C*為70～90。

CIE1976 L*a*b*空間由CIE XYZ系統通過數學方法轉換得到。其中X、Y、Z是物體的三刺激值；X0、Y0、Z0為CIE標準照明體的三刺激值；L*表示心理明度；a*、b*為心理色度。

色差是人們用數值方式來表示兩種顏色的差別，這種方法更直觀，也更容易傳遞相關的數據。若兩個色樣樣品都按L*、a*、b*標定顏色，則兩者之間的總色差△E*ab以及各項單項色差可用下列公式計算：

明度差：△L*=L*1-L*2

色度差：△a*=a*1-a*2△b*=b*1-b*2

總色差也就是上面介紹過的△E*。我們大多數時候，查看的色差都是總色差，因為總色差代表數據更為直觀，明度差和色度差有一個為零，也不能說明兩種顏色沒有色差。我們在配色過程中，力求總色差最小，而明度差和色度差表現的相對均勻一些，差異性不要太大。

任一實色都可視作由三原色組成，在XYZ表色系統中，可表示為F=X（X）+Y（Y）+Z（Z）。其中，（X）（Y）（Z）為三原色基色量，X，Y，Z稱三色系數（即三刺激值）。通過電腦測配色儀可測得A與B兩色的三刺激值X，Y，Z，按下列色差公式計算得到A與B兩色間的色差，即：

式中：△E為總色差。

其中：Xo，Yo，Zo為標準觀察者的三刺激值。

CIELAB色差公式由于在色相、明度、彩度方面與人眼的吻合度較差，以及在同等的色彩空間內某一顏色與鄰近的顏色差異較大等因素，在紡織品評價過程中，準確性受到一定影響。