色度計典型色差計算公式介紹及其優缺點

Mondo 教育 更新 2024-01-30

色差的評估是基於可以直觀地視覺化色差的色差方程,由國際照明委員會通過大量的色差判斷和色差對比心理實驗資料得到相關的色差公式,可以通過色差測量儀器進行測量和計算,實現更準確的數字表達。 本文介紹了色度計中典型的色差公式及其各自的優缺點

1.Cielab 色差公式

CIELAB色差公式是CIE在2024年針對工業應用推薦的色差公式之一。 CIE使用CIELAB色彩空間的歐幾里得距離來表示兩種顏色之間差異的大小,CIELAB色差公式(e*ab)定義為:

其中 L*、A* 和 B* 是測試樣品 (b) 與其標準樣品 (S) 在 CIELAB 3D 空間中的坐標差。

色差也可以用極坐標中的色差值c*ab和色相角差值hab來表示,其中,c*ab、e*ab和l代表線段的長度,單位相同,只有hab,是以角度為單位的,需要將色相角差hab(單位為度)換算為色相差h*ab(單位與l*和c*相同)ab),公式如下:

其中,色差c*ab和色相角差hab定義如下:

雖然CIELAB空間不是乙個理想的均勻色彩空間,而且CIELAB公式的結果與人眼觀察到的結果並不完全一致,但與其他色差公式相比,CIELAB色差公式在大色差的表現上有很大的優勢,在公式的表達上也比較簡單, 因此,它已被廣泛使用。

2.CMC色差公式

CMC色差公式在對CIELAB色差公式進行校正的基礎上,根據視覺關係調整了色差橢圓在各色調方向上的大小和形狀改善了色差變化與亮度的關係,使不同色度的顏色具有不同的色差容差。 非彩色區域附近的橢圓較小,色度高的橢圓較大,色差公差與色度的變化成正比。 引入輕量化因數L和色度權重因數C,滿足不同應用需求。 CMC(L:C) 的色差表示式為:

其中,L*S、C*AB,S和HAB,s為判定色差的標準指標,L*AB、H*AB、C*AB均採用CIELAB公式計算。 當L:C比設定為1:1時,表示可察覺的色差,如果設定為2:1,則表示色差是可以接受的。

CMC色差公式修正了CIELAB色差公式中的主要缺陷,即色度位置依賴性缺陷,比CIELAB公式有了很大的改進。 在CMC公式中,光度差由光度位置加權,色度差按色度位置加權,色差按色度位置和色相角度加權。

3.CIE94色差公式

色差公式是CMC(1:C)色差公式的改進形式,其結構與ΔE*CMC(L:C)色差公式相似,計算公式如下:

在公式中,δl*、c*ab 和 h*ab 分別表示兩種顏色之間的亮度、飽和度和顏色差異。 可根據不同的評價物件和評價條件選擇引數因子kl、kc、kh,參考條件下的引數因子值均為1。 當觀察條件發生變化時,可以單獨更改每個引數,以適應每個顏色成分(亮度、色度、色調)的視覺變化。

CIE94色差公式遵循了變化引數的思想,為與色差相關的三種元素的亮度、飽和度和色調給出了較好的參考。 例如,評價紡織品亮度的引數因子為2,而印刷行業亮度引數因子的推薦值為14.在這兩種情況下,其他兩種情況下的值與參考條件下的值相同。

4.CIEDE2000色差公式

CIEDE2000色差公式是在CIELab和CIE94等色差公式的基礎上,通過大量的目視實驗和色差評估實驗得到的。 CIE2000色差公式不是在人眼的關鍵區域建立新的均勻色彩空間,而是重新定義了色差計算方法,使色差的計算值在整個CIELAB中更接近人眼的計算值(L*A*B*色差空間)。 在計算初級色差公式的基礎上,新的色差公式還引用了三個新的權重係數sl、sc和sh,分別表示亮度l*、飽和度c*和色調h*方向的差異程度。 計算公式如下:

式中 KL、KC、KH 為校正因子,l'、c'、h'是兩個樣本之間的 l'、c'和 h'算術平均值。 如果兩個樣品的色相角絕對差不大於180°,則使用上述公式直接計算如果兩個樣本的色相角絕對差大於180°,則從較大的色相角中減去360°並計算。

1.CIELAB色差公式的優缺點。

優點:兩種顏色之間的色差由兩個色點之間的歐幾里得距離表示。

缺點:計算結果並不總是與視覺感知一致(例如,一對淺黃色樣品和一對深灰色樣品,兩者的色差值都等於1,但目視檢查會感覺到深灰色樣品之間的差異比淺黃色樣品大幾倍。 )

2.CMC色差配方的優缺點。

優點:引入了輕量權函式l和色度權重函式c,提高了CIELAB色彩空間的均勻性。

缺點:在a*b*平面中,計算出的公差橢圓的c軸都指向原點,而公差橢圓則指向視覺評估結果。

3.CIE94色差公式的優缺點。

優點:引入了輕量權函式l和色度權重函式c,提高了CIELAB色彩空間的均勻性。

缺點:在a*b*平面中,計算出的公差橢圓的c軸都指向原點,而公差橢圓則指向視覺評估結果。

4.CIEDE2000色差公式的優缺點。

CIEDE2000色差公式是對CIE94色差公式的改進,具有以下特點:

1)對近中性色域的a*軸進行了重新校準,提高了中性色的效能

2)將CIE94公式中的亮度權重函式修改為近似V形函式

3)色相權重函式中考慮色相角度,反映色相相容限值隨顏色的色相而變化

4) 包含橢圓選擇,以反映色差公差橢圓不指向藍色區域中心點的現象。

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