色差的含义和色差仪中常用的色差公式

2023-08-15

在产品色外观颜色评定时，经常会遇到色差这个概念，评定色差一般会用色差仪。那么，什么是色差？色差仪中常用色差计算公式有哪些呢？本文结合实际情况，进行了简单整理。

色差的含义

色差是指两个试样在颜色知觉上的差异，它包括明度差、彩度差和色相差三方面。色差是指两个颜色经测色仪器测量后，再经色差公式计算出的这两个颜色的差异值。

凭人的视觉评价试样之间色差的方法，就是将两个评价对象摆放在一起，在规定的照明和观察条件下，靠人的视觉来完成。经过视觉估计后，决定出颜色间差异及方向，但并不是指颜色间等级上的差距。如果能够以两点的距离表示色差，就实现了数字表达。通常人们采用比色法来判断颜色间的差异值。过去，工业上使用标准样卡来评定颜色的差别，例如3级色差、4级半（4.5级）色差等。标准色度观察者建立了X，Y，Z三刺激值，解决了用数字表达颜色的问题。色差值可供色彩品管、配方计算及修色等应用。

1. 色差的表示

颜色间的差异值以DE或△E表示。E是德语单词Empfindung（感觉）的第一个字母；D是希腊字母，表示某方面的差别。DE表示两个颜色彼此间的差异值。△E表示色彩空间内两个色样彼此间的距离差距。

2. 色差单位

作为色差的计算单位，以前常用NBS。1939年，美国国家标准局采纳贾德等人的建议而推行Y1/2，a，b色差计算公式，并采用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单位大约相当于视觉色差识别值的5倍。如果与孟塞尔系统中相邻两级的色差值比较，则1NBS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）；孟塞尔系统中相邻两个色彩的差别约为10NBS单位。NBS单位色差值和视觉之间的关系如下表所示：

色差仪中常用的色差公式

色差公式是随着色差理论研究的发展不断更新的，它的发展大致经历了两个大的阶段：第一阶段：1936-1976年为一个阶段，有20多个公式；第二阶段：1976年后，多数以CIELAB色差公式为基础进行修正，实用性大大提高。现在已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。

色差仪中常见色差公式有CIELAB、CMC（l:c）、CIE1964、Cube-Root、FMC-2、Godlove、Visual、CIE94、ISO、CIE1976LUV、JPC79等多种，且各具优缺点，其准确性见表下表。。实际使用中与习惯和经济发展水平以及行业特点有重要关系。

印染行业，普遍采用CMC色差公式。

涂料行业，普遍使用CIELAB色差公式。

织物配色效果的评价中，最常用的色差公式为CIELAB。

基于图像的纺织领域，CIE94色差公式的效果更佳。

在所有的色差公式中，我们选取最常用的CIE1976L*a*b*色差公式进行介绍。

CIE1976L*a*b*色差公式又称CIE1976LAB（或L*a*b*）系统，简称CIELAB，现在已被世界各国正式采用并作为国际通用的测色标准。它适用于一切光源色或物体色的表示与计算方法。CIEL*a*b*颜色空间如下图所示。

CIELAB色彩空间的描述，L*表示明暗度，指颜色明暗的强度，其数值为0～100，L*愈接近0，颜色愈暗；L愈接近100，颜色愈亮。对于一些明暗度相同的颜色，还得考虑用彩度指标来描述颜色的差异。

a*和b*表示色相，指颜色的相貌。a*表示红一绿轴，正值表示红，负值表示绿；b*表示黄一蓝轴，正值表示黄，负值表示蓝。h*表示颜色的色相角度，即任一颜色以+a*轴为基准，沿逆时针方向算起的相对角度。

C*表示彩度，指颜色的鲜艳程度，是色样在a*b*色彩图形位置距中心点的距离。低彩度的颜色（灰色），C*略大于0；高彩度的颜色，C*为70～90。

CIE1976 L*a*b*空间由CIE XYZ系统通过数学方法转换得到。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。

色差是人们用数值方式来表示两种颜色的差别，这种方法更直观，也更容易传递相关的数据。若两个色样样品都按L*、a*、b*标定颜色，则两者之间的总色差△E*ab以及各项单项色差可用下列公式计算：

明度差：△L*=L*1-L*2

色度差：△a*=a*1-a*2△b*=b*1-b*2

总色差也就是上面介绍过的△E*。我们大多数时候，查看的色差都是总色差，因为总色差代表数据更为直观，明度差和色度差有一个为零，也不能说明两种颜色没有色差。我们在配色过程中，力求总色差最小，而明度差和色度差表现的相对均匀一些，差异性不要太大。

任一实色都可视作由三原色组成，在XYZ表色系统中，可表示为F=X（X）+Y（Y）+Z（Z）。其中，（X）（Y）（Z）为三原色基色量，X，Y，Z称三色系数（即三刺激值）。通过电脑测配色仪可测得A与B两色的三刺激值X，Y，Z，按下列色差公式计算得到A与B两色间的色差，即：

式中：△E为总色差。

其中：Xo，Yo，Zo为标准观察者的三刺激值。

CIELAB色差公式由于在色相、明度、彩度方面与人眼的吻合度较差，以及在同等的色彩空间内某一颜色与邻近的颜色差异较大等因素，在纺织品评价过程中，准确性受到一定影响。