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色差△E值怎么计算?色差仪常用△E值计算公式有哪些?

时间:2023-05-30 点击:1109次

色差△E怎么计算?多年来色度学上致力于一个纯数学量用于整个色域上裁定颜色的匹配程度。经过几十年的努力,各国的色度学家们先后提出几十种基于各种颜色空间的色差式,大致有CIE1931、CIE1964、CIE1976LAB、CIE1976LUV及DIN99等色差公式。其中最为有影响的为CIE1976Lab色差公式和 CMC(I:C)色差公式。本文对色差仪常用△E值计算公式进行了介绍。

色差仪色差值

色差△E值的计算过程:

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。


色差仪常用△E值计算公式介绍:

1.CIE1976L*a*b*色差公式

以1976年为界,色差公式的发展过程可大致分为两个阶段。1976年以前,因无统一的标准和约定,颜色工作者纷纷以所涉及到的数据、产品和领域为基础,提出了各自的色差公式。但效果都不能令人十分满意,而且给普及应用带来了很大的麻烦。因为不同的色差公式之间数据很难或无法相互转换,又没有一个具有权威性的色差公式可使太多数人接受并使用。当时有较大影响力的有ANLAB、FMC2和Hunter等几个色差公式。为了克服这种混乱,进一步统一色差评定的方法,国际照明协会在广泛的讨论和试验的基础上,于1976年正式推荐两个色空间及相应的色差公式,即CIE1976L*u*v*色差公式和CIE1976L*a*b*色差公式,为简便起见,CIE1976 L*a*b*通常写作CIELAB。前者主要用于彩色摄影和彩色电视等领域;后者则广泛用于纺织印染、染料、颜料等绝大多数与着色有关的行业。由于CIELAB色差公式在当时是使用效果最好的色差公式,许多国家包括国际标准化组织(ISO)都采用它作为自己的标准。因此可以讲CIELAB色差公式是自1976年起使用较广泛、较通用的色差公式。

在与颜色感觉一致的均匀颜色空间内,2个颜色样品之间的色差表示为其坐标点之间的距离,即:

色差计算公式30

式中L*1、a*1、b*1和L*2、a*2、b*2分别是2个样品的坐标值。色差公式的几何意义,是在均匀颜色空间以标准色样的坐标点为中心的一个椭球,其在L*、a*、b*三个方向的半轴长分别为(L*1-L*2)、(a*1-a*2)、(b*1-b*2)。若规定椭球内的颜色满足色差容限的要求,则椭球外的颜色与标准色样的色差超出了色差容限范围,便不满足色差的要求。

在实际计算中,可采用以下计算过程。CIE1976L*a*b*空间由CIE-XYZ系统通过数学方法转换得到,转换公式为:

转换关系式30

其中X、Y、Z是物体的三刺激值;X0、Y0、Z0为CIE标准照明体的三刺激值;L*表示心理明度;a*、b*为心理色度。其中X/X0,Y/Y0,Z/Z0任一个都不能小于0.008856,否则应按下式计算L*、a*、b*的值:

L、a、b值计算公式30

亮度差:

亮度差计算公式

饱和度差:

饱和度差计算公式

其中Cs表示样品颜色与中性灰的饱和度的差,即表示鲜艳程度。△Cs为负值表示标样比样品鲜艳,△Cs为正值则表示样品比标样鲜艳。

色度差:

色度差计算公式

色相差:

色相差计算公式

总色差:

总色差计算公式3001

2.CMC(I:C)色差公式

印刷行业常用的是基于CIE1976LAB均匀颜色空间的色差公式,随着研究的深入,逐渐发现该色差公式也有问题,CIE1976L*a*b*颜色空间对小色差来说是不太均匀的色空间,它的数据表达不能够和人眼的视觉感受相匹配,其中最主要的便是其计算结果与目测感觉并不总能保持一致。例如,与对深度变化相比,人眼对色相的变化更为敏感;另外人眼在低饱和度的色区的辩色能力远比在明亮鲜艳色区为高。

这就意味着在不同的色区即使用CIELAB色差公式得出一样的△E 数值,也不能肯定地说目视评定感觉也一样。比如有一对嫩黄样品和一对深灰样品,二者AE均等于1,但目测会感觉到深灰样品间的差别比嫩黄样品间的要大几倍。因此,近二十年来颜色科技工作者寻求更理想的色差公式的探索和努力一直就没有停止过。色彩学研究专家相继推出了CMC(I:C)色差公式、CIE94色差公式以及最新的CIEDE2000色差公式。

CMC(I:C)是基于CIE1976LAB 发展而来的,并且在一定的运用范围内对小色差都能作出很好的评价。它由FJJ Clarke、RMcDonald和Brigg在经修改于1984年提出的色差公式。后由英国染色家协会(SDC)的颜色测量委员会(CMC)推荐使用。计算公式如下:

CMC色差计算公式30

式中:

参数01

当L*<16时,

参数02

当164°<h<345°时,

参数03

当345°≤h≤164°时,

参数04

公式中的△L*、△C*、△H△为由CIELAB色差公式计算得到标样与样品之间的亮度差、饱和度差、色相差。色差公式中的I、C为调节明度和饱和度相对宽容量的两个系数。对于一把色差可观察性样品评价时,取I=C=1,而对于色差可接受性样品评价时,则取I=2,C=1。

由于该公式比CIELAB公式具有更好的目视一致性,因此对不同颜色产品的质量控制,都可使用“单一界限值(Single number tolerance)”,即该界限值与标样的颜色无关。这给用户采用颜色测量和仪器评价技术带来极大方便。因此该公式自推出后得到了广泛的应用。一些国家和组织纷纷采用以代替现行的CIELAB色差公式。如该公式在1988年被采用作为英国标准(BS 6823),在1989年被美国染色化学家协会(AATCC)采用形成AATCC试验方法173~1989年,其后又经修订为AATCC试验方法173~1992,并于1995年成为国际标准(ISO)。


色差仪△E值的单位:

1939年,美国国家标准局采纳了贾德等的建议并推行Y1/2、a、b色差计算公式,且根据此公式计算颜色差别的大小,以绝对值1作为一个单位,称为“NBS色差单位”。一个NBS色差单位大约相当于视觉色差识别阈值的5倍。与孟塞尔系统中相邻两级的色差值比较,则1个NBS单位约等于0.1孟塞尔明度值,0.15孟塞尔彩度值,2.5孟塞尔色相值(彩度为1);孟塞尔系统相邻两个色彩的差别约为10NBS单位。NBS的色差单位与人的色彩感觉差别用下表来描述,可知NBS色差单位在工业应用上是有价值的。后来开发的新色差公式,往往有意识的把单位调整到与NBS单位相接近,例如:ANLAB40、HunterLab以及CIELAB、CIELUV等色差公式的单位都与NBS单位大致相同(不是相等),并不是任何一个色差计算公式计算出的色差单位都是NBS。

NBS单位与颜色差别感觉程度

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