應(yīng)用于色差計(jì)的兩種典型色差公式的對比

湯澤軍

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124)

現(xiàn)代電子商務(wù)的發(fā)展已經(jīng)深入到了千家萬戶，過去人們常說的購物在今天不一定非得逛街，在快節(jié)奏的生活中，更多的人選擇了網(wǎng)購，而只要有過網(wǎng)購經(jīng)歷，一定會經(jīng)歷一次色差的體驗(yàn)，而這種體驗(yàn)往往是不愉快的。于是廠家要確保同樣商品的無色差，商家也要想辦法消除客戶印象中的色差。因此，對于色差的研究，不僅僅限于在商品的生產(chǎn)階段，甚至已經(jīng)滲透到了商品的網(wǎng)絡(luò)營銷階段。可見，對于色差的研究是工業(yè)企業(yè)及商業(yè)界共同面臨的問題。色差公式正是用來評價(jià)兩個(gè)樣本之間顏色差異的科學(xué)有效的方法，根據(jù)色差公式得到的計(jì)算色差大小可以判斷色樣對的顏色差異是否為視覺可接受的。目前，國內(nèi)外學(xué)者都對色差進(jìn)行了多角度的研究中，色差公式是重要的研究基礎(chǔ)及可靠的研究方法，為了獲得較好的研究成果，對于色差的評定，色差的計(jì)算模型的選擇尤為重要［1］。通過對典型的色差計(jì)算公式進(jìn)行分析，可以從理論上對色差評價(jià)進(jìn)行更好的把握。

1 色差理論概述

1.1 顏色

顏色是指觀察者通過眼、腦和已有的生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的一種對光的視覺效應(yīng)。顏色，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動態(tài)的視覺過程，顏色視覺過程主要有光源、物體、人眼、大腦四個(gè)要素，如圖1所示。光源發(fā)出的不同光譜組成的光照在物體表面，經(jīng)過物體對光選擇性地吸收、反射或透射之后作用于人眼，由人眼內(nèi)視細(xì)胞將光刺激轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動并通過視神經(jīng)傳入大腦，再由大腦內(nèi)視覺中樞判斷產(chǎn)生關(guān)于該物體的顏色感覺。顏色有三個(gè)特性，即明度、色調(diào)、飽和度［2］。明度是指一種主波長的光譜色被白光沖淡的程度，實(shí)質(zhì)上是表示了主波長光譜色的三刺激值在樣品三刺激值中所占的比重［3］，是指色彩的明暗程度。每一種顏色在不同強(qiáng)弱的照明光線下都會產(chǎn)生明暗差別，物體的各種顏色，必須在光線的照射下，才能顯示出來。色調(diào)，也稱色相，是色彩所具有的最顯著特征，就是指不同顏色之間質(zhì)的差別，它們是可見光譜中不同波長的電磁波在視覺上的特有標(biāo)志。飽和度(也稱飽和純度、色純度)，是指構(gòu)成顏色的純度也就是彩色的純潔性﹐色調(diào)深淺的程度［4］。它表示顏色中所含彩色成分的比例。彩色比例越大，該色彩的飽和度越高，反之則飽和度越低。

圖1 顏色視覺過程

1.2 色差

色差一詞在現(xiàn)代流行的電子商務(wù)特別是網(wǎng)上營銷中頻頻出現(xiàn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了人們生活的相關(guān)領(lǐng)域，簡言之，就是顏色的差別，即對實(shí)物進(jìn)行拍攝，拍出來的圖像與實(shí)物的顏色差別。

1.3 色差模型

為了進(jìn)一步改進(jìn)和統(tǒng)一顏色評價(jià)的方法，1976年CIE推薦了新的顏色空間及其有關(guān)色差公式，即CIE1976LAB(或L*a*b*)系統(tǒng)，現(xiàn)在已成為世界各國正式采納、作為國際通用的測色標(biāo)準(zhǔn)。CIE1976L*a*b*空間由CIEXYZ系統(tǒng)通過數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換公式如下:

其中X、Y、Z是物體的三刺激值，X0、Y0、Z0為 理想白色物體的D65光源10°。L*a*b*色度空間是當(dāng)前最通用的測量物體顏色的色度空間，具體模型如圖2所示，得到了廣泛的應(yīng)用。圖2所示的為La*，b*色度空間模型，L*表示心理明度，a*、b*為心理色度。由X、Y、Z變換為L*、a*、b*，轉(zhuǎn)換后的空間用笛卡兒直角坐標(biāo)體系來表示，形成了表述的心理顏色空間，+a*表示紅色，－a*表示綠色，+b*表示黃色，－b*表示藍(lán)色，顏色的明度由L*的百分?jǐn)?shù)來表示。圖中央垂線L*為無色線，a*和b*值增大時(shí)，色點(diǎn)越遠(yuǎn)離中心垂線，色飽和度就越大。

圖2 La*，b*色度空間模型

2 兩種典型的色差公式

色差公式是把顏色放在一個(gè)LAB色彩空間里，然后計(jì)算兩個(gè)顏色在空間中的幾何距離。前提是色彩幾何空間是平均的。最初人們認(rèn)為是圓形空間，后來是橢圓形空間，后來發(fā)現(xiàn)橢圓也無法準(zhǔn)確地描述。CIE公式的發(fā)展至CIE2000，進(jìn)一步改善了色差評價(jià)的視覺一致性，是目前發(fā)展最為完善的色差公式，其色差精確性高達(dá)95%，比起CIElab的75%精確度有很大的提高，更接近人眼效果，目前比較推崇CIE2000。

2.1 CIE94 色差公式

其中:

ΔE*94即為得到的色差結(jié)果，顯示到LCD顯示屏上。用戶通過觀察顯示屏上的結(jié)果即獲得樣品的色差檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步做出顏色篩選的決策。

2.2 CIE 2000 色差公式

由于人眼與色差計(jì)在色度圖中不同位置的色彩評估方法和形狀上的差異，引起了許多色彩評定時(shí)測量數(shù)據(jù)與目測結(jié)論不匹配的問題，CIE 2000色差計(jì)算公式的提出，就是為了解決這個(gè)問題和難題。CIE 2000色差公式并不是創(chuàng)建了一個(gè)新的人眼辨別臨界區(qū)均勻的色空間，而是重新定義了色差計(jì)算方法，使得在整個(gè)CIE Lab(L*a*b*色度空間)中，色差計(jì)算值與人眼評估更為接近。新的色差公式在原色差計(jì)算公式基礎(chǔ)上，另外特別引用了三個(gè)新的重量系數(shù)SL，SC和SH，分別代表了在亮度ΔL*、飽和度ΔC*和色調(diào)ΔH*方向上的差異程度。

計(jì)算步驟:

Step2.計(jì)算 L'，a'，C'和 h'。

其中

G表示CIELAB顏色空間的軸的調(diào)整因子，a*是彩度的函數(shù)。是的算術(shù)平均值。

Step3.計(jì)算 ΔL'，Δ，Δ。

其中

Step4.計(jì)算 SL，SC，SH和 T。

其中

Step5．代入CIEDE2000色差公式計(jì)算。

3 兩種公式的比較

CIE 2000色差公式針對CIE94公式做了幾點(diǎn)改進(jìn):重新標(biāo)定L*a*b*色度空間靠近中間范圍的a*軸，從而改善中性色的預(yù)測性能;引用了三個(gè)新的修正系數(shù) SL，SC和 SH，修正飽和度 ΔC*、亮度ΔL*和色調(diào)ΔH*方向上差異程度，以提高色差計(jì)算結(jié)果與目視評判的一致性。

4 結(jié)論

基于色差理論，分析并比較了CIE 94色差公式和CIE 2000色差公式，通過應(yīng)用于色差計(jì)進(jìn)行對比，對兩個(gè)公式的適用能力進(jìn)行了比較評價(jià)，發(fā)現(xiàn)CIE 2000色差公式在人眼可辨別臨界區(qū)均勻的色度空間，重新定義了色差計(jì)算方法，使得在整個(gè)L*a*b*色度空間中，人眼的辨別臨界區(qū)的特征，更能滿足人眼評估密切相關(guān)的三個(gè)參數(shù):亮度、色調(diào)、飽和度的需要。

［1］張芙蓉，湯澤軍.基于TCS3414CS的高精度色差計(jì)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2012，(2).

［2］王寒.基于物體表面色的色差評價(jià)研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2008.

［3］林鴻飛.自制分光光度計(jì)的改進(jìn)方法研究［D］.西安:西安理工大學(xué)，2009.

［4］路榮建.四種牙科全瓷基底材料光學(xué)特性的研究［D］.北京:中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院，2012.