色差評定的色度標準有哪些?色差怎么評定?

? DOHO標準光源箱 ????|???? ?2023-07-04

色差是兩個色樣在視覺上的明度、色相和飽和度的綜合差值的體現,色度學為了對色差進行定量的評價和比較,規(guī)定了多個用于色差評定的色度標準。那么,色差評定的色度標準有哪些?色差怎么評定?本文為大家做了相應的介紹,感興趣的朋友可以了解一下!

色差儀

色差評定的色度標準:

1.CIE1931與CIE1964標準色度系統

顏色作為一個心理物理學量,是由客觀世界及主觀感知共同決定的。根據1940年美國光學學會色度學委員會的定義,顏色是輻射能刺激人眼視網膜而形成的視覺感知,對顏色進行定量描述不僅涉及觀察者的顏色視覺特性,而且還受到照明和觀察物理條件等諸多復雜因素的影響。因此,顏色科學發(fā)展的首要問題就是如何準確描述顏色的問題。

為了解決這個問題,各國科學家對視覺生理學進行了深入研究,特別是有關人眼錐體細胞光譜響應函數的研究,為基礎色度學理論提供了生理學支持。1931年,國際照明委員會(CIE)基于大量實驗數據,推薦了CIE1931標準色度系統、三個標準光源(A、B和C)以及標準照明和觀察條件等,奠定了現代色度學的基礎,基于狹義色度學的定義,如果兩個刺激色樣具有相同的三刺激值,則認為對于具有正常色覺的標準觀察者,這兩個刺激色樣具有相匹配的顏色。

光源發(fā)出(光源色)或是光源經物體反射或透射后(物體色)進入人眼形成的光譜能量分布,稱之為顏色刺激函數φ(λ),采用CIE1931標準色度觀察者顏色匹配函數x(λ)、y(λ)、z(λ),顏色刺激可以表示為CIE三刺激值X、Y、Z,即:

CIE三刺激值X、Y、Z表達式

式中,k為歸一化系數,將標準光源或照明體的亮度調整為100。CIE1931XYZ標準色度系統主要體現人眼視覺系統中央凹錐體細胞的作用,適用于1°-4°觀察視場范圍;當視場增大到4°以上時,由于中央凹外的桿體細胞的參與,視覺系統的響應隨之發(fā)生變化。為了適應大視場下顏色測量的需要,CIE基于Stiles、Burch和 Speranskaya 在10°視場條件下得到的實驗數據,于1964 年推薦了CIE1964標準色度觀察者顏色刺激函數x10(λ)、y10(λ)、z10(λ)。這兩組標準數據是顏色測量和色度計算的最基本數據,結合CIE規(guī)定的一系列標準照明體和照明/觀察幾何條件,構成了現代色度學的基本系統,是國際上顏色測量和表征的統一標準,是幾乎一切顏色計算和顏色測量儀器設計、制造的基本理論依據。

2.CIELAB均勻顏色空間

但是,CIE1931xy色品圖具有明顯的視覺非均勻性,并且相應的色度數值不能用于表述直觀的視覺感受量,因而在實際應用中存在諸多不足。因此,CIE在1976年推薦了視覺均勻性得到明顯改善的CIE1976均勻顏色空間,以便于客觀準確地測量和評價顏色的差別,該空間為直角坐標系,由明度坐標L*和色度坐標a*、b*所組成,其通用計算公式為:

明度坐標和色度坐標計算公式

其中:

明度坐標和色度坐標計算公式參數

式中,X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值,Xn、Yn、Zn為CIE標準照明體照射在完全漫反射體上,然后反射到觀察者眼中的三刺激值,其中Yn=100,當顏色樣品的尺度小于4°觀察視場時,三刺激值采用CIE1931標準色度系統;而當顏色樣品的尺度大于 4° 觀察視場時,則應采用 CIE1964 標準色度系統。

在CIELAB顏色空間中,有一組與心理量近似對應的感知屬性,即明度L*彩度C*ab和色調角hab。顏色樣品的明度L*與CIELAB空間中的明度指數L*是一致的,彩度和色調角可以通過下式計算:

彩度和色調角計算公式01

色差評定的方法:

1.色差的視覺判斷

色差是指兩個顏色刺激感知差異的量值,對于兩個顏色之間差別的視覺判斷主要有兩種直觀的評價,即可感知性和可接受性,前者是指觀察者能夠看到顏色的差別或判斷其大小的視覺屬性,后者則表示觀察者認為是否可以接受被觀察的顏色差別的視覺判斷。一般來說,可感知性對應于人眼的視覺辨別閾值,主要受到觀察者心理和生理因素的影響;而可接受性體現了對顏色質量的要求,與觀察者的主觀意圖和被評價對象的技術指標等有關。

色差的視覺評價具有較大的主觀性和易變性,需要進行大量視覺實驗。因此,需要基于大量的顏色視覺判斷和色差比較心理物理實驗數據,才能建立可以預測目視色差的色差公式,以便直接應用于工業(yè)評價。

2.色差的公式判斷

理想的色差評價公式應該基于真正視覺感知均勻的顏色空間而建立,任意兩個顏色在理想顏色空間的歐氏距離可以用來表示色差,并與目視色差具有良好的一致性。這是色差研究的最終目標。長期以來,各國顏色科學工作者已在這一領域投入了大量精力,至今已提出了幾十個色差公式,部分被CIE階段性地推薦為評價標準。

于1976年被CIE正式推薦的CIELAB顏色空間及其色差公式以其良好的表現在科學研究和工業(yè)應用中得到了廣泛的應用,成為色差公式發(fā)展的一個分界點。在CIELAB顏色空間中,任意兩個顏色的差異可以用這兩個顏色點的歐氏距離來表示,即:

色差公式表示方法

式中△L*、△a*和△b*分別表示兩顏色樣本的CIELAB坐標L*、a*和b*之差。如果CIELAB空間是視覺均勻的,其對應的等視覺容差輪廓在該顏色空間中的各個區(qū)域應當是一個等半徑的球形。但是,實際上CIELAB顏色空間的等視覺色差容像是一個橢球。在a*b*平面上,等視覺色差橢圓的方位角除了藍色區(qū)域外均指向原點,色度橢圓的長短半軸比隨著彩度的增加而增大,說明CIELAB并非一個理想的均勻顏色空間,其對中小色差的預測結果與目視觀察結果有較大的差異,然而由于CIELAB色差公式的表達式簡單,而且其對大色差具有較好的預測性能,因此在工業(yè)中仍有廣泛的應用。

近期的色差公式大多是在工業(yè)生產質量控制條件下,積累大量視覺數據,對CIELAB色差公式進行修正而得到,如FCM、JPC79、CMC(l:c)、BFD(l:c)、CIE94、CIEDE2000等是其代表。其中,CIEDE2000是CIE推薦的最新色差評價公式,其計算公式如下:

CIEDE2000色差公式表示方法

其中,下標“b”表示測試色樣,下標“s”表示標準色樣。

CIEDE2000色差公式表示方法01

CIEDE2000色差公式表示方法02

其中C*ab是樣品中兩個色樣C*ab值的算術平均值。式中L'、C'和h'分別是樣品對中兩個色樣的L'、C'和h'的算術平均值??梢?,CIEDE2000相對于先前的色差公式要復雜許多,但其具有更高的精度。