色差的测试原理及色差的计算公式

2024-08-16

色差是产品颜色质量管控的一项重要指标，对色差进行测量，可以为色差管控提供数字化的参考依据，而常用的色差测量仪器有色差仪及分光色差仪等，这些仪器可以给出经色差公式计算后的色差值。本文对色差的测试原理及色差的计算公式做了介绍。

色差测量仪器01

色差的含义：

色差，即颜色标准色与实际测量颜色之间的差异，包括色调、色相、彩度、明度等要素。①色调，色调是颜色自身的特性，是区别与其他颜色的重要指标，体现了颜色的“质”，光源光谱组成以及物体表面对波长的反射比例物体色调的决定性因素。②色相，色相即色彩的名称，是颜色的光谱特性和基本要素，当光从短波移动至长波时，人们所感受到的颜色变化便是色相。③彩度，彩度指色的彩饱和度、颜色的纯粹度，涂膜表面的反射光谱辐射的选择性程度是物体饱和度的决定性因素，若涂膜对除了对某一窄波段有着较高的反射率之外，对于气压波长均没有反射率或反射率很低，则该涂膜光谱选择性高。④明度，明度指色彩的明暗程度，即人眼对于物体的明亮感觉，物体对于光的反射强度是明度的决定性因素，反射率越高，明度越高，明度高颜色浅，明度低颜色深。


色差测试的原理：

色度学是对颜色刺激进行度量、计算和评价的一门学科，是以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学，是把主观的颜色感知和客观的物理刺激联系起来，从而建立起高度准确的定量学科，是颜色科学领域里的一个重要组成部分。经过科学家不断的努力，通过大量的科学试验，建立了现代色度学，并形成了许多色度学表色系统。表色系统是将颜色按照感知色貌的特性，在颜色空间进行有序的排列所构成的系统。颜色空间是表示颜色的空间，通常是三维的。而颜色立体是指表面色按照特定的色序系统在颜色空间里排列所占的空间部分。常

见的表色系统有：CIE标准色度系统、孟塞尔表色系统、奥斯瓦尔德表色系统、自然色系统（NCS）、徳国DIN系统、美国光学学会一均匀色系统（OSA-UCS）和亨特Lab系统等，每种表色系统都有一定的应用时间和地域。为了便于对颜色的度量，国际照明委员会CIE引入了三刺激值，任何色光的颜色都可以用三刺激值来表示。三刺激值可以用光学办法客观地测量。对不发光体，可以测量它在某种标准光源照射下的颜色（物体色），实际就是收集样品的反射光，然后测出这些反射光的刺激值。CIE（1976）L*a*b*系统中，L*为明度指数，表示在近似均匀三维空间中物体色的明度坐标；a*b*是色品指数。

目前，色差测量中最为常用的测色系统是CIE（1976）L*a*b*均匀颜色空间，其在三维色空间的各个坐标轴方向上均具有视感知觉的等距性，而且细分了明度指数和色品指数的级差，更适宜在较小色差情况下的颜色测量、比较和讨论。


色差的计算公式：

色差，又称总体色差，通常用△E*表示，是表示标准色和试样色的色空间的一种关系指标，其数值越大表示被测物和对照样颜色差别越大。色差的计算公式有很多，这里主要介绍色差仪中使用比较广泛的△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色差公式的简称，是色差仪中目前使用最为广泛的一个色差公式。CIELAB色差公式是基于近似均匀的三维颜色空间建立的，由直角坐标L*、a*、b*构成，国际照明委员会推荐使用。该色差公式建立在CIELAB颜色空间之上，在L*a*b*公式中，L*表示明度，a*表示红色和绿色的成分，b*表示黄色和蓝色的成分。色差是指用数值的方式表示两种颜色给人色彩感觉上的差别，若两个颜色都是按照L*a*b*标定的，则两个颜色之间的色差可以用欧式距离来计算：

CIELAB色差公式029

其中，△L*是CIELAB空间的明度差，△a*是CIELAB空间的红绿色光差，△b*是CIELAB空间的黄蓝色光差。

△a*和△b*表示样本和标准在ab*平面上位置的改变。如果将CIELab均匀颜色空间转化为极坐标空间，则能更好地表示色差的性质，极坐标空间用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来定义，即：

CIELAB色差公式0291

2.△E*00色差公式

ΔE*00色差式是CIEDE2000色差公式的简称，CIEDE2000是由CIE专门设立的专业委员会TC1-47（Hue and Lightness Dependent Correction to Industrial Color-Difference Evaluation）在CIELAB颜色空间的基础上经过相关修正推出的色差公式。该公式可以实现更加精确、符合人眼感知的色差评价，但也因此在计算上更为复杂。其色差式如下所示：

ΔE00色差式

式中，ΔL'为亮度差；ΔC'为彩度差；ΔH'为色相差；KL、KC、KH分别为亮度、彩度、色相的权重因子，在本文的应用情况下，将其取值为KL=KC=KH=1；SL、SC、SH分别为对亮度、彩色、色相的补偿函数；RT为对蓝色区域的旋转因子。

CIEDE2000只是重新定义了色差的计算方法，并不是建立了一个新的均匀色空间。对于一般的工业色差评估，可以直接用该公式进行计算，计算结果即可表示被知觉的色差。

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