應(yīng)用于色差計的兩種典型色差公式的對比

湯澤軍

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124)

現(xiàn)代電子商務(wù)的發(fā)展已經(jīng)深入到了千家萬戶，過去人們常說的購物在今天不一定非得逛街，在快節(jié)奏的生活中，更多的人選擇了網(wǎng)購，而只要有過網(wǎng)購經(jīng)歷，一定會經(jīng)歷一次色差的體驗，而這種體驗往往是不愉快的。于是廠家要確保同樣商品的無色差，商家也要想辦法消除客戶印象中的色差。因此，對于色差的研究，不僅僅限于在商品的生產(chǎn)階段，甚至已經(jīng)滲透到了商品的網(wǎng)絡(luò)營銷階段。可見，對于色差的研究是工業(yè)企業(yè)及商業(yè)界共同面臨的問題。色差公式正是用來評價兩個樣本之間顏色差異的科學(xué)有效的方法，根據(jù)色差公式得到的計算色差大小可以判斷色樣對的顏色差異是否為視覺可接受的。目前，國內(nèi)外學(xué)者都對色差進(jìn)行了多角度的研究中，色差公式是重要的研究基礎(chǔ)及可靠的研究方法，為了獲得較好的研究成果，對于色差的評定，色差的計算模型的選擇尤為重要［1］。通過對典型的色差計算公式進(jìn)行分析，可以從理論上對色差評價進(jìn)行更好的把握。

1 色差理論概述

1.1 顏色

顏色是指觀察者通過眼、腦和已有的生活經(jīng)驗所產(chǎn)生的一種對光的視覺效應(yīng)。顏色，實質(zhì)上是一個動態(tài)的視覺過程，顏色視覺過程主要有光源、物體、人眼、大腦四個要素，如圖1所示。光源發(fā)出的不同光譜組成的光照在物體表面，經(jīng)過物體對光選擇性地吸收、反射或透射之后作用于人眼，由人眼內(nèi)視細(xì)胞將光刺激轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動并通過視神經(jīng)傳入大腦，再由大腦內(nèi)視覺中樞判斷產(chǎn)生關(guān)于該物體的顏色感覺。顏色有三個特性，即明度、色調(diào)、飽和度［2］。明度是指一種主波長的光譜色被白光沖淡的程度，實質(zhì)上是表示了主波長光譜色的三刺激值在樣品三刺激值中所占的比重［3］，是指色彩的明暗程度。每一種顏色在不同強弱的照明光線下都會產(chǎn)生明暗差別，物體的各種顏色，必須在光線的照射下，才能顯示出來。色調(diào)，也稱色相，是色彩所具有的最顯著特征，就是指不同顏色之間質(zhì)的差別，它們是可見光譜中不同波長的電磁波在視覺上的特有標(biāo)志。飽和度(也稱飽和純度、色純度)，是指構(gòu)成顏色的純度也就是彩色的純潔性﹐色調(diào)深淺的程度［4］。它表示顏色中所含彩色成分的比例。彩色比例越大，該色彩的飽和度越高，反之則飽和度越低。

圖1 顏色視覺過程

1.2 色差

色差一詞在現(xiàn)代流行的電子商務(wù)特別是網(wǎng)上營銷中頻頻出現(xiàn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了人們生活的相關(guān)領(lǐng)域，簡言之，就是顏色的差別，即對實物進(jìn)行拍攝，拍出來的圖像與實物的顏色差別。

1.3 色差模型

為了進(jìn)一步改進(jìn)和統(tǒng)一顏色評價的方法，1976年CIE推薦了新的顏色空間及其有關(guān)色差公式，即CIE1976LAB(或L*a*b*)系統(tǒng)，現(xiàn)在已成為世界各國正式采納、作為國際通用的測色標(biāo)準(zhǔn)。CIE1976L*a*b*空間由CIEXYZ系統(tǒng)通過數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換公式如下:

其中X、Y、Z是物體的三刺激值，X0、Y0、Z0為 理想白色物體的D65光源10°。L*a*b*色度空間是當(dāng)前最通用的測量物體顏色的色度空間，具體模型如圖2所示，得到了廣泛的應(yīng)用。圖2所示的為La*，b*色度空間模型，L*表示心理明度，a*、b*為心理色度。由X、Y、Z變換為L*、a*、b*，轉(zhuǎn)換后的空間用笛卡兒直角坐標(biāo)體系來表示，形成了表述的心理顏色空間，+a*表示紅色，－a*表示綠色，+b*表示黃色，－b*表示藍(lán)色，顏色的明度由L*的百分?jǐn)?shù)來表示。圖中央垂線L*為無色線，a*和b*值增大時，色點越遠(yuǎn)離中心垂線，色飽和度就越大。

圖2 La*，b*色度空間模型

2 兩種典型的色差公式

色差公式是把顏色放在一個LAB色彩空間里，然后計算兩個顏色在空間中的幾何距離。前提是色彩幾何空間是平均的。最初人們認(rèn)為是圓形空間，后來是橢圓形空間，后來發(fā)現(xiàn)橢圓也無法準(zhǔn)確地描述。CIE公式的發(fā)展至CIE2000，進(jìn)一步改善了色差評價的視覺一致性，是目前發(fā)展最為完善的色差公式，其色差精確性高達(dá)95%，比起CIElab的75%精確度有很大的提高，更接近人眼效果，目前比較推崇CIE2000。

2.1 CIE94 色差公式

其中:

ΔE*94即為得到的色差結(jié)果，顯示到LCD顯示屏上。用戶通過觀察顯示屏上的結(jié)果即獲得樣品的色差檢驗數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步做出顏色篩選的決策。

2.2 CIE 2000 色差公式

由于人眼與色差計在色度圖中不同位置的色彩評估方法和形狀上的差異，引起了許多色彩評定時測量數(shù)據(jù)與目測結(jié)論不匹配的問題，CIE 2000色差計算公式的提出，就是為了解決這個問題和難題。CIE 2000色差公式并不是創(chuàng)建了一個新的人眼辨別臨界區(qū)均勻的色空間，而是重新定義了色差計算方法，使得在整個CIE Lab(L*a*b*色度空間)中，色差計算值與人眼評估更為接近。新的色差公式在原色差計算公式基礎(chǔ)上，另外特別引用了三個新的重量系數(shù)SL，SC和SH，分別代表了在亮度ΔL*、飽和度ΔC*和色調(diào)ΔH*方向上的差異程度。

計算步驟:

Step2.計算 L'，a'，C'和 h'。

其中

G表示CIELAB顏色空間的軸的調(diào)整因子，a*是彩度的函數(shù)。是的算術(shù)平均值。

Step3.計算 ΔL'，Δ，Δ。

其中

Step4.計算 SL，SC，SH和 T。

其中

Step5．代入CIEDE2000色差公式計算。

3 兩種公式的比較

CIE 2000色差公式針對CIE94公式做了幾點改進(jìn):重新標(biāo)定L*a*b*色度空間靠近中間范圍的a*軸，從而改善中性色的預(yù)測性能;引用了三個新的修正系數(shù) SL，SC和 SH，修正飽和度 ΔC*、亮度ΔL*和色調(diào)ΔH*方向上差異程度，以提高色差計算結(jié)果與目視評判的一致性。

4 結(jié)論

基于色差理論，分析并比較了CIE 94色差公式和CIE 2000色差公式，通過應(yīng)用于色差計進(jìn)行對比，對兩個公式的適用能力進(jìn)行了比較評價，發(fā)現(xiàn)CIE 2000色差公式在人眼可辨別臨界區(qū)均勻的色度空間，重新定義了色差計算方法，使得在整個L*a*b*色度空間中，人眼的辨別臨界區(qū)的特征，更能滿足人眼評估密切相關(guān)的三個參數(shù):亮度、色調(diào)、飽和度的需要。

［1］張芙蓉，湯澤軍.基于TCS3414CS的高精度色差計［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2012，(2).

［2］王寒.基于物體表面色的色差評價研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2008.

［3］林鴻飛.自制分光光度計的改進(jìn)方法研究［D］.西安:西安理工大學(xué)，2009.

［4］路榮建.四種牙科全瓷基底材料光學(xué)特性的研究［D］.北京:中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院，2012.