紡織品中的幾種色差評價方法

唐穎，周煒，張歡歡

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海 200040）

0 前言

中國是紡織大國，紡織業作為國民經濟重要的支柱產業之一，對經濟的拉動作用十分明顯。在國內外貿易中，色差作為紡織品質量評價中的一項重要指標，一直受到客戶的特別關注。由于色差問題而導致最終成品不合格的情況屢見不鮮，對供需雙方都會造成較大的經濟損失，因此對于色差的評價尤為重要。色差是指物體與比較物體之間的顏色差異，通常是指不包括照明條件、環境和觀察目標距離等差異后，非發光物體與標準物體之間的色差[1]。簡單來說，色差就是紡織品在視覺上的差異，主要包括純度、明暗度和色相這3個方面。

現階段，紡織品檢測試驗大部分是以人眼觀察色差進行評級，而對于儀器及色差公式的了解、認知和應用少之又少。一方面，人眼目光色差評價方式是實驗室的首選，檢測人員通過對試樣色澤變化的觀察，與標準樣卡進行比較，使大腦獲得相應信息，經過綜合分析之后得出評定結果，具有快速、易操作的特點。另一方面，檢測人員對色差公式具有心理抵觸，認為其難以理解且不實用，操作速度慢，無法滿足批量化的實驗室檢測需求。但是，儀器測色將會是今后的大趨勢，逐步淘汰人眼目光色差評價方式，更頻繁地應用到各行各業。因此，了解紡織品色差的相關基礎知識及色差評價方法具有一定的實用性和必要性。

1 色差表示及單位

1.1 色差表示

顏色間的差異值一般以ΔE或DE來表示。ΔE表示為顏色空間中2個色點間的距離，DE則表示2個顏色彼此間的差異值。

1.2 色差單位

色差的單位一般以NBS表示，以Y1/2、a、b色差計算公式計算的絕對值1作為一個單位，這是美國國家標準局在1939年推行的色差計算公式。1個NBS單位大約相當于視覺色差識別閾值的5倍[2]。如果與孟塞爾系統中相鄰兩級的色差值比較，則1 NBS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）；孟塞爾系統相鄰兩個色彩的差別約為10 NBS單位。至于產品顏色差異應當被允許的合適范圍區間，要根據檢測人員的色彩感覺差別來確定。NBS單位色差值和視覺關系見表1。

表1 NBS單位色差值和視覺關系

2 色差評價方法介紹

常用的紡織品中色差研究方法主要有主觀評價法和客觀評價法這2種。

2.1 主觀評價法

主觀評價法即灰卡法，其是以GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》、ISO 105/A02《紡織品色牢度試驗第A02部分：評定變色用灰色樣卡》、AATCC EP1—2020《顏色變化的灰度評估程序》等標準的灰卡為依據來評定樣品的色差，借助灰卡的級別替代目測評定標樣與比對樣之間的色差。灰卡一般有5個等級，在整數級別中間再增加1.5級，即常說的5級9檔。

在實際試驗中，首先，觀察者在標準光源燈箱的人工模擬光源照明下進行觀察，將所有對比樣品隨機緊鄰變色灰卡放置在同一平面上，要求觀察者比較標樣與比對樣的差異，在標準卡上選擇對比樣品組色差大小接近的色牢度等級來表示色差大小；然后將每位觀察者給出的視覺評級轉化為對該樣本對的視覺色差。灰卡法存在主觀意向強，易受情緒、環境及個人目光疲勞等因素影響的問題。因此，主觀評價法容易造成結果的不穩定性。

2.2 客觀評價法

客觀評價是通過光譜功率分布、顏色密度、顏色三刺激值、色度坐標值等指標客觀地表達和評價顏色。客觀評價法需用到測色儀，通過儀器測定原織物及經過處理織物樣品的相關色度值，再用公式轉化為相應的灰卡級數。

長期以來，各國顏色科學的研究人員都在努力提出符合人類視覺和心理感受的色差公式。到目前為止，已經提供了幾十種色差公式，以下是5種常用的色差公式。

2.2.1 CIELAB色差公式

CIELAB是基于CIE1976L*a*b*空間建立的最基本的色差公式[3]，在CIELAB顏色空間中，已知2種顏色的亮度值和色度坐標，可以計算這2種顏色之間的色差，公式見式（1）。

式中：L*——CIELAB空間的明度值；

a*、b*——色品坐標；

ΔL*、Δa*和Δb*——CIELAB空間中3個標尺的差值。

如果CIELAB空間在視覺上是均勻的，并且選擇了某個顏色中心，則其相應的視覺容差應為顏色空間中的一個球體，并且顏色空間的每個區域應具有相同的半徑。但事實上，使用橢球表示CIELAB空間中對應顏色中心的視覺容差更合適[4-5]。

CIELAB色差公式被廣泛應用，主要是由于其ΔE的值可以用空間中標準色和樣品色的距離計算，被應用于表面色和光源色工業。

2.2.2 CMC（l∶c）色差公式

由于CIELAB色差公式無法在整個顏色空間中獲得良好的視覺一致性，FJJ Clarke、R McDonald和B Rigg基于對紡織品色差的研究，于1984年創建了CMC公式。該公式修正了JPC79在深色和中性色顏色區域范圍內的計算結果，縮小了其與視覺結果的偏差，并引入了明度權重因子l和c。目前，CMC公式是我國紡織印染行業的國家標準[6]，也是紡織領域使用最頻繁的色差公式，CMC公式見式（2）。

式中：ΔL*——標準樣品與測試樣品之間的明度差；

ΔC*——標準樣品與測試樣品之間的色度差；

ΔH*——標準樣品與測試樣品之間的色調差；

SL、SC、SH—三個方向的加權系數；

l、c—分別表示明度系數和彩度系數。

式中，ΔL*、ΔC*、ΔH*可通過CIELAB色差公式計算，在紡織行業中，對色差進行可接受評價時，習慣取l∶c=2∶1。CMC公式在推出以后得到了很廣泛的應用，很多國家和組織紛紛使用該公式來替代CIELAB公式。

2.2.3 CIE94色差公式

CIE94色差公式是在合理有效地處理和分析基于物體顏色、RIT-DuPont、Luo-Rigg和Witt的中小色差視覺測試數據的基礎上提出的。在染色工業的某些應用中，CIE94色差公式計算的明度、色調和彩度的差異與人眼感知一致，與CMC（l∶c）色差公式結構相類似，具體公式見式（3）。

式中：ΔL*——樣品之間亮度的差異；

ΔC*ab——樣品之間色度的差異；

ΔH*ab——樣品之間色調的差異；

C*ab—標準色樣品的CIELAB色度。

式中，ΔL*、ΔC*ab、ΔH*ab可以通過CIELAB色差公式計算，C*ab通常是指標準色樣品的CIELAB色度，但當被測樣品不分為標準色樣品和測試色樣品時，C*ab則表示為2者的幾何平均值。

CIE色差公式實際上是CMC（l∶c）色差公式的一個修正版本，其研究了色差距離的均勻性和參量對色差的影響，在基本條件下應用無需對參量效應進行校正。

2.2.4 CIEDE2000色差公式

CIE在1998年成立了工業色差評價的色相與明度相關修正技術委員會TC1-47，將理論和試驗研究相結合，系統地研究了工業評估總色差中色調差和明度差的貢獻度，然后從4個方面改善了CIELAB顏色空間的均勻性，于2001年提出了一個新的色差評價公式CIEDE2000[7]，見式（4）、式（5）和式（6）。

式中：ΔE*00——兩個樣品之間CIEDE2000色差；

SL、SC、SH——分別代表三個方向（L、C、H）的權重函數；

KL、KC、KH——分別是調整L方向、C方向和H方向的相對寬容量的系數；

RT—旋轉函數。

CIEDE2000色差公式并不是創建了一個新的人眼辨別臨界區均勻的色空間，而是重新定義了色差計算方法，使得色差計算值與人眼評估更為接近。

2.2.5 CAM16-UCS色差公式

色貌模型（CAM）是研究如何在復雜環境下預測顏色的屬性。色貌模型不僅可以解釋各種顏色視覺現象，還應用于光源的顯色特性及設備色域映射等方面。

色貌模型CAM02的色差公式在跨媒體色彩復制處理圖像時會出現一些計算問題，李長軍[8]等人提出用CAM16-UCS均勻顏色空間來取代原有的CAM02-UCS，為色彩外觀預測和色差評價提供了一種新的解決方案，見式（7）。

式中：ΔJ'——CAM16模型構建的均勻顏色空間的視明度差；

Δa'——紅綠坐標的差值；

Δb'——黃藍坐標的差值。

常用的色差公式的色差值對照表見表2。

表2 常用紡織品色差對照表

3 結論

綜上所述，色差的研究理論隨時間的推移和科學技術的進步而不斷更新，色差公式也隨之在明度、彩度、色相及調整因子等方面改進。今后，色差公式將會聚焦在不同觀察條件、圖像間色差的評價和均勻顏色空間等方面，廣泛地應用于更多領域。