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色差仪CIELAB颜色空间相关的几个色度概念

CIELAB颜色空间是色差仪最为常用的测色空间,在该测色空间中,颜色可以用L、a、b三个维度来表示,并且以颜色空间中两点之间的距离来表示颜色之间的差异值。本文对色差仪CIELAB颜色空间相关的几个色度概念做了介绍。

色差仪CIELAB颜色空间

色差仪CIELAB颜色空间:

CIELab全称CIE1976Lab颜色空间,是由国际照明学术研究机构CIE研制的一种色彩结构,其色域大于RGB色彩空间的色域,实现的颜色范围较广,即可以在颜色空间中表达任何一种颜色信息。它是与设备无关的色彩空间,是以数字化的方式描述了人眼的视觉特性,弥补了与设备相关色彩空间颜色特性不足的问题。

参数L、a、b在CIELAB色彩空间中分别表示颜色亮度、红绿色的程度和黄青色的程度。参数L的值与颜色亮度成正比例关系,取值范围0~100,L的值越大,表达的颜色越亮;a和b代表色度轴,范围是-128-127,当参数值a>0时,值越大表示的颜色就越红属于红色系,参数值a<0时,值越小表示的颜色就越绿属于绿色系;当参数值b>0时,值越大表示的颜色越黄属于黄色系,当参数值b<0时,值越小表示的颜色越青属于青色系。CIELAB色彩空间所表示的颜色与人眼视觉特性相接近,可以通过设置不同的a和b值得到精确的颜色平衡,设置不同的L值来调整亮度对比度,色彩空间如下图所示。

Lab表色系统

在CIELAB色彩空间中,可以通过计算色彩空间中两点颜色之间的几何距离,来分析判断颜色的差异度,比较方便地测量较小的色差。


色差仪CIELAB颜色空间△E*ab色差公式:

在CIELAB颜色空间中,用两个进行比较的点之间的几何距离表示色差,并可以计算得到一些数值表示心理上的感知属性,例如明度,彩度,色调角及色调差。两个颜色(L1*,a1*,b1*)和(L2*,a2*,b2*)之间的色差△E*ab为:

总色差计算公式0830

式中,L1*,a1*,b1*和L2*,a2*,b2*分别是2个样品的坐标值。

色差公式的几何意义,是在均匀颜色空间以标准色样的坐标点为中心的一个椭球,其在L*,a*,b*三个方向的半轴长分别为(L1*-L2*),(a1*-a2*)和(b1*-b2*)。若规定椭球内的颜色满足色差容限的要求,则椭球外的颜色与标准色样的色差超出了色差容限范围,便不满足色差的要求。总色差还可以分解为明度差、色调差和饱和度差等3个感觉分量。由于颜色的明度差为:ΔL*ab=L1*-L2*,根据上面饱和度计算公式,可得到颜色的彩度差:

彩度计算公式0830

进而得到色调差公式:

色调计算公式0830

△h*ab的符号取决于2个样品的色调角度差(h*ab1-h*ab2)。如果该角度差为正,则Δh*ab为正值;如果该角度差为负,Δh*ab也为负值。由此,总色差又可以表述为明度差、色调差和彩度差的形式:

明度差、色调差和彩度差的色差公式

进而又可以推导出:

彩度差和色调差公式0830

在实际应用时,多以△E*ab公式计算样品间的总色差,并以ΔL*ab、△C*ab、△h*ab公式进一步计算明度差、彩度差和色调差对总色差的贡献。从上面公式或者通过2个样品的a*与b*值,还可以计算出2个样品色差的方向,以利于对颜色进行校正。


色差仪CIELAB颜色空间hab和△H*ab区别:

根据CIELAB计算公式得到L*、a*、b*值,一组L*、a*、b*数据对应CIELAB色空间中的一个点,为了表述任意2种颜色在色空间的相对位置,引入了饱和度C*ab、色调角hab和色调差△H*ab。

CIEL*a*b*(CIELAB)色空间方程如下式所示。

CIELAB色空间方程

经过换算后得到下式:

色调差△H计算式

式中,X、Y、Z——物体的三刺激值,无单位;Xn、Yn、Zn——参比白色的三刺激值,无单位;L*——明度,无单位;a*、b*——色度坐标,无单位;C*ab——饱和度,无单位;hab——色调角,(°);△E*ab——色差值,无单位;△H*ab——色调差,无单位;C*S——标准样的饱和度,无单位;C*B——批次样的饱和度,无单位。

因此,色调角的写法是hab取值范围为0°~360°;色调差的写法是△H*ab,单独的H*是不存在的。色调差△H*ab;可以通过标准样的饱和度C*S、批次样的饱和度C*B以及色调角差△hab快速计算出来。

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