色差仪以目前业界最常用的CIELab色空间为依托,即规定以L值表示颜色的明度、a值表示颜色的绿红值、b值表示颜色的蓝黄值,通过这一方式,每一个特定的颜色都能够用CIELab三维坐标中一个特定的点来表示。当比较两个颜色时,其差异就能够通过这两个颜色的空间的距离△E*来表示。本文对色差仪最常用颜色空间及其色差计算式作了介绍。
色差仪最常用颜色空间介绍:
色彩空间也可以称为色彩模型,它们都是由三个正交向量组成,每个向量代表它们的一个组成部分。色彩空间是评定物品色差的重要依据,所以选择正确的色彩空间非常重要。色差仪中最常用颜色空间是CIELAB色空间,该色空间在1976年被提出,与其他色空间相比,它能更好的体现人眼视觉的均匀性,符合人眼观察的形式,且该色空间和显示设备无关,所以是目前最为理想的色空间。
CIELAB色空间由三个分量组成,分别为明度L、红绿成分量a、黄蓝成分量b。用数轴表示该色空间的模型,如图所示,其中L值的范围为0-100,0 为黑色,100 为白色。a 表示红绿成分的量,其正值为红色,负值为绿色。b 表示黄蓝成分的量,其正值为黄色,负值为蓝色。
检测织物色度值时,常用CIELAB色空间,所以Lab值可以通过仪器测出。但是有些仪器只能测出CIEXYZ值,这时候要想知道Lab值,必须由相关公式算出相应的值,所以说二者色空间可以相互转换,其转换公式如下:
式中Lab值分别为CIELAB色空间的三个分量,X,Y,Z为所测物品的三刺激值,X0,Y0,Z0为CIE标准光源三刺激值,其中在D65光源视角为10°的条件下,X0=94.81,Y0=100,Z0=107.31,在D65光源视角为2°的条件下,X0=95.04,Y0=100,Z0=108.89。
色差仪CIELAB颜色空间的几何解释:
CIEL*a*b*均匀颜色空间表示颜色的方式,模拟了人眼对颜色的感觉。如下图所示,颜色的明度感觉用纵坐标L*轴表示,黑色位于最下端,对应明度L*=0;白色最亮位于最上端,对应明度L*=100。a*轴与b*轴共同表示彩色的特性,a*轴正方向代表红色(偏品红)的变化,a*轴负方向代表绿色的变化;b*轴正方向代表黄色变化,b*轴负方向代表蓝色变化。这四个变化方向构成互补对抗颜色的模型。
在CIEL*a*b*均匀颜色空间中,a*与b*的值表示颜色感觉中的彩色成分。当a*和b*的值均为0时,颜色的饱和度为0,即非彩色,其坐标点落到纵坐标轴上。所以,所有的非彩色都位于纵坐标轴上,从下到上依次为黑、深灰、灰、浅灰和白。颜色的坐标点距纵坐标轴越远,则颜色就越鲜艳。根据这一性质,可以用a*和b*的值进一步计算色调和饱和度,并使其与颜色的感觉更加接近。
任一个颜色在CIE1976L*a*b*均匀颜色空间的坐标位置为P,则其对应的明度值为纵坐标的高度,对应的a*与b*坐标值为该点在a*与b*坐标轴上的投影。根据图中的几何关系,该颜色的色调H*可以用该点在a*-b*平面的投影到纵坐标轴连线与a*坐标轴的转角表示;彩度(或饱和度)C*可以用该点到纵坐标轴的距离来表示。因此,可以得到色调角和彩度分别为:
根据a*和b*值的正负,可以判断色调角在0°~360°内的变化:如a*>0,b*≥0,则0≤h*ab<90°;如a*≤0,b*>0,则90°≤h*ab<180°;如a*<0,b*≤0,则180°≤h*ab<270°;如a*≥0,b*<0,则270≤h*ab<360°。
结合上图可知,在a*-b*平面上,色调角在0°~90°范围内,a*与b*值都大于0,其间的颜色都由红和黄原色混合而成;色调角在90°~180°范围内,a*值小于0,b*值大于0,其间的颜色由黄和绿原色混合而成;色调角在180°~270°范围内,a*与b*值都小于0,其间的颜色由绿与蓝原色混合而成;色调角在270°~360°范围内,a*值大于0,b*值小于0,其间的颜色由蓝和红原色混合而成。
色差仪CIELAB颜色空间的色差计算式:
CIELAB色差公式是CIE基于CIELAB颜色空间提出的,由于其适用于一切光源色和物体色的检测,被广泛应用于实际生产生活中,是国际上最通用的一种色差计算方法。CIE用CIELAB颜色空间的欧几里德距离来表示两种颜色之间的差异大小,CIELAB色差公式(△E*ab)定义为:
其中,△L*、△a*和△b*是测试样本(B)与其标准样本(S)之间在CIELAB三维空间的坐标差。
色差还可以用极坐标中彩度差值△C*ab和色调角差值△hab表达,其中,△C*ab、△E*ab和△L表示线段长度大小,单位是一致的,只有△hab,是以角度为单位,需要将色调角度差△hab(以度为单位)转换为色调差异△H*ab(与△L*和△C*ab相同的单位),公式如下:
其中,色度差△C*ab和色调角度差△hab定义如下:
虽然CIELAB空间不是理想的均匀颜色空间,CIELAB公式的预测结果与人眼观察结果也不是完全一致,但是与其他色差公式相比,CIELAB色差公式在大色差的表现上具有很大的优势,而且在公式表达上比较简单,从而得到了广泛的应用。