颜色有哪些定量表示方法?颜色之间的差异值怎么量化?

文章来源:未知 时间:2023-06-07 点击:740

为了对颜色进行量化的描述,国际照明委员会CIE先后推出了多个用于颜色描述的表色系统,但在不同的表示系统中,两个颜色之间的差异值表示方法是不同的。本文对颜色的定量表示方法及颜色差异值的主客观量化方法做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

色差仪

颜色的定量表示方法:

1.H、V、C表色系统

为了便于了解颜色管理方而的机理,首先介绍颜色立体图(如下图所示)。颜色立体是利用三维坐标把颜色知觉的三个属性(色调、明度和饱和度)完整地表示出来,图中的每个具体空间位置均代表着一个特定颜色。

颜色立体图

(1)色调(H)

色调又称色相,是色彩最主要的特征,是色与色的主要区别。光谱中不同波长的光都具有特定的颜色,所以一定波长的光或某些不同波长的光混合,呈现出不同的色彩表象,这些色彩的表象就称为色调。

(2)明度(V)

对于色调相同的颜色来说,如果光波的反射率、透射率或是辐射光能量不相等时,最终的视觉效果也不相同,这个变化的量称为明度。愈接近白色明度愈大,愈接近黑色则明度愈小。人眼对明度的变化是很敏感的。

(3)饱和度(C)

饱和度亦称纯度、艳度或彩度,表示颜色的浓淡程度。某颜色的色相表现越明显,它的饱和度就越高。在纯色颜料中加入白色或黑色后饱和度就会降低。染料的饱和度取决于其着色物表面反射光谱辐射的选择性,若着色物对光谱某一较窄波段的光反射率高,而对于其他波长的反射率很低或没有反射,则表明它有很高的光谱选择性,这一染料或颜料的选择性就高。反之,不仅能反射某一色光,同时也能反射一些其它色光时,饱和度就小。

2.CIE标准色度学系统

(1)CIE1931RGB色度系统

1931年,国际照明委员会根据W.D.Right和J.Guild的实验结果,推出了“CIE1931-RGB”标准色度观察者光谱三刺激值。

由加混色原理可知,任何一个颜色均可以用线性无关的三个原色以适当的比例相加混合而与之匹配,写成色方程即为:

颜色方程式24

上式中r、g、b是匹配颜色C所需要的三个原色的刺激量,称之为颜色C的三刺激值。如果令r=r/(r+g+b),g=g/(r+g+b),b=b/(r+g+b)则上式变为:

颜色方程式240

上式中r、g、b是颜色C的色品坐标。

如果定义颜色C的一个单位为1(C)=r(R)+g(G)+b(B),即c=r+g+b,而显然r+g+b=1,所以可以用r、g作为直角坐标绘制出一个直角坐标图它是由所有光谱色的色品坐标点连接起来而形成的光谱轨迹,称之为色品图。如下图 所示,其中wE代表等能白色。

CIE1931RGB色品图30

从上图可以看到,r、g、b光谱三刺激值和光谱轨迹的色品坐标中均有很大一部分出现负值。计算不方便,不易于理解。于是,CIE又在“CIE-RGB”的基础上导出了XYZ色度系统。

(2)CIE1931XYZ色度系统

CIE1931RGB系统中波长谱线的坐标点连接起来,就形成了CIE1931XYZ系统色品图,如下图所示。

1931CIE-XYZ系统色品图

由CIE1931RGB系统转换而来的等能光谱色品坐标,连成的曲线称为CIEx-y色品图的光谱轨迹在光谱轨迹的红端波长到波长为560nm的区间内,光谱色轨迹接近直线,然后光谱色轨迹形成弧形曲线直至光谱的短波区域,蓝紫色的波长被压缩在很小的范围之内由该光谱轨迹曲线以及连接光谱的红端和蓝端的直线所构成的马蹄形内,包括了一切物理上能实现的颜色。

XYZ三刺激值是通过色刺激函数每一个波长的值乘以CIE色匹配函数每一个波长上的值,并将每一组乘积在相应整个可见光谱的波长范围内积分起来得到。按实践中常用的方法,对于反射物体色,其结果可用400-700nm波长范围内,间隔20nm的波长处的乘积和来近似表示。

3.CIE1976 L*a*b*表色系统

CIE推荐的X,Y,Z空间是不均匀的,在此空间中,两对等距的颜色点,并不一定给人以相同的颜色感觉。为了提高计算结果与视觉的相关性,CIE推出了几种均匀颜色空间(CIE1964W*U*V*、CIE1976L*u*v*、CIE1976L*a*b*等),其中应用最广泛的是CIE1976L*a*b*均匀颜色空间。当X、Y、Z和X0、Y0、Z0满足条件X/X>0.008856,Y/Y0>008856,Z/Z0>0.008856时,其坐标参数为:

L、a、b坐标参数计算公式

当 X/X0,Y/Y0,Z/Z0三个值中任一个小于 0.008856 时,其坐标参数为:

LAB坐标参数计算公式

式中的X0,Y0,Z0代表CIE标准照明体照射在完全漫反射体上,然后反射到人眼中的三刺激值,其值列于下表中。

几种观测条件下的X0,Y0,Z0值

L*为明度指数,表示黑-白轴,a*和b*为色度指数,分别表示红-绿轴和黄-蓝轴。L为10时,表示对光完全散射的漫射体;L为0时,表示对光完全吸收的黑体。a*值越大,样品的色调越红;b*值越大,色调就越黄。


颜色之间的差异值量化方法:

1.色差的视觉量化方法

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(perceptibility)和可接受性(acceptability)。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人小的视觉属性;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。

目视比较和判断具有较大的主观性和易变性,在工业生产中不直接作为颜色质的评价依据。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,即需要有合适的色差公式,使之计算出来的色差能够预测目视色差。

2.色差的公式量化方法

两带色样品间的颜色在颜色知觉上的差异可用“色差”来表示。1976年以来,出现了多种色差公式如CMC(1:c)色差公式,CIE1976(△L*△Cab*△Hab*)色差模型、CIE DE2000色差公式、CIE1976(L*a*b*)色差公式等。其中CIE 1976(L*a*b*)色差公式是国际上公认的色差公式。色差包括明度差、彩度差和色相差三个方面。我们常说的色差是这三方面色差经一定公式计算后得出的总色差值。

在与颜色感觉一致的均匀颜色空间内,两个颜色样品之间的色差表示为其坐标点之间的距离,即:

总色差计算公式24

式中,L1*,a1*,b1*和L2*,a2*,b2*分别是两个样品的坐标值。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。

一般来讲,两样品的色差与目视色差感觉的关系如下:

色差值与目视色差感觉的关系

如果样品的色彩较饱和,两样品间如果有1.0的色差,一般人看不出它们的差别。

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