什么是色差？色差评定与计算方法

时间：2022-12-27 　

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色差是指两种颜色之间的相对差异。色差的绝对值大小取决于两种颜色的区别程度。从色度学的角度来说，它包括色相差、彩度差、明度差三个方面，可以使用仪器测量后，再经过色差公式计算而得到。本文介绍了色差评定与计算的方法。

什么是色差？

色差是指两种颜色之间的相对差异。例如,在一张白纸上看到的颜色和在一张黑纸上看到的颜色就会有很大的差异。这是因为不同的物体表面会反射光线的不同。当光线从物体表面反射出来时,它们会形成一个图像。这个图像会呈现出物体表面的颜色。不同的物体表面会反射光线的不同,这就造成了不同的图像。例如,在一张白纸上看到的图像是由于光线从白色物体表面反射出来而产生的。而在一张黑纸上看到的图像是由于光线从黑色物体表面反射出来而产生的

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。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。

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：

色差如何评定？

色差的评定有两种方法，一种是视觉评定，一种是色差公式评定，具体如下：

1.色差的视觉评定

对于两个颜色之间差别的视觉判断主要有两种直观的评价，即可感知性与可接受性。可感知性是指观察者能够看到颜色的差别或能够判断两个颜色样品对之间色差的大小的视觉属性；而可接受性则表示观察者是否可以接受被观察颜色差别的视觉判断。一般来说，可感知性对应于人眼的视觉辨别阀值；而可接受性则体现了对颜色质量的要求。所以，可感知性主要受观察者心理和生理因素的影响，而可接受性与观察者的主观意愿和被评价产品的技术指标等有关。通常，当色差稍高于视觉辨别阈值的上限时，可感知性判断与可接受性判断是相同的。但是，随着色差的增大，所做出的可接受性判断就往往与相应的可感知性判断不同了，可感知性判断会受到商业因素的影响而增大。而对于可接受性，它会受到许多因素的影响。例如，虽然某产品的试样与标准色样之间的视觉色差很大，可是如果能够大大降低其成本的话，该试样就变得可以接受了。由此可知，目视比较和判断具有较大的主观性和易变性，在工业生产中不宜直接作为颜色质量的评价依据。因此，仪器测色显得尤为重要。但是，物理测量的数据应该能预测观察者所看到的情况，并需要有合适的色差公式，使计算出来的色差能够预测目视色差。为了实现色差符合视觉判断的客观评价，需要建立能够预测可感知性判断的色差方程，而色差方程的建立则需基于大量的颜色视觉判断和色差比较心理物理实验数据之上，同时还要考虑颜色刺激的时间与空间特性和视觉实验的观察条件等因素。

2.色差公式的评定

理想的色差评价模型应基于真正视觉感知均匀的颜色空间，其预测的色差应与目视判断具有良好的一致性，而且可以采用统一的色差宽容度来进行颜色质量控制，即对所有颜色产品用相同的色差容限来判定其合格与否，而与标准色样在颜色空间中所处的位置或所属的色区无关。这是色差研究的最终目标，也是一项十分困难和艰巨的任务。长期以来，各国的颜色科学工作者已在这一领域投人了大量的精力，做了很多的工作，至今已提出了几十个色差公式，其中一些公式已被CIE阶段性地推荐为评价标准。纵观颜色评价研究的发展，以CIE1976均匀颜色空间为界，现有的色差公式大致可以分为1976年以前发表的早期色差公式和1976年以来发表的近期色差公式，1976年以前的色差公式基本上已经停止使用，而1976年以后的色差公式则在各个不同的应用领域被不断的更新，在各自领域又制定了更加符合实际、更加精细的标准。

色差评定复杂的原因有哪些？

色差的评定非常复杂，主要源于以下几种因素：

1.影响因素众多

观察颜色之间的差别时，除颜色本身三个属性的差异外，还受照明条件，观察人员的心理因素，观察的几何条件，背影的亮度和色泽，物体的材质、光泽、纹理、透明程度、大小、形状等因素的影响。

2.概念模糊

人们通常讲的色差可分为可感知的色差（Perceptible Color Difference）和可接受的色差（Acceptable Color Difference）两种情况。显然前者对色差的控制比后者要严格得多，而通常人们并未强调这两个概念之间的差异，造成色差评价上的二义性和色差控制尺度上的不一致。

3.颜色空间不均匀

虽然从仪器测色实用化以来，人们可以凭借测色仪来定量地确定颜色的属性，但是由于颜色空间的不均匀性使人们不能直接从颜色值的差异来评价物体间色差的大小。颜色空间的不均匀性可以从W.D.Wright和D.L.MacAdam的实验结果1明显地显示出来。MacAdam容差椭圆如下图所示，其中x，y为色品坐标。由下图可知，人眼对不同色相颜色的宽容量不同，绿色区颜色宽容量大，黄色区其次，蓝色区最小，即人眼对不同色相的颜色敏感程度不同。另外，人眼对颜色的三个属性的敏感程度也不同。颜色的亮度越低，容差范围越小，所以深色样品不容易实现颜色匹配；颜色的彩度越低，容差范围越小，所以灰色系列的颜色也不容易实现颜色匹配。人眼对颜色三属性的敏感程度依次为：色调>彩度>明度。1976年CIE提出的CIE1976L*a*b*颜色空间也存在一定程度的不均匀性。

色差计算方法：

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，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。1936-1976年为一个阶段，有20多个公式。1976年后为一个阶段，多数以CIELAB色差公式为基础进行修正，实用性大大提高。下面只对色差公式CIELAB和CMC（l:c）进行简单介绍。

1.CIE1976L*a*b*色差公式

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。

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。

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。

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。

2.CMC（l:c）色差公式

CMC（l:c）色差公式是1984年由F.J.J.Clarke，B.Rigg和R.McDonald在公式JPC79的基础上修改后提出的，并由英国染色家协会（SDC）的颜色测量委员会（CMC）推荐使用。CMC（l:c）色差公式的误判比率最低，它比其他公式具有更好的目视一致性，因此较能符合人眼的要求，目前已得到广泛应用。其色差计算公式如下：