同型号色差仪得出的数据不匹配?色差计算公式选对了吗?

对颜色进行视觉评估时,人们依靠自己的颜色感知技巧判定颜色匹配。在生产过程中,这一主观性可能造成客户、供应商、生产和管理环节的混淆和失败。

因此,颜色测量设备对许多行业至关重要。使用分光光度计测量颜色,可以沟通和比较色谱数据,获得精确结果。

为了辅助颜色决策,在可接受范围内的色差被称作为色容差,可作为感知色差的标准。容差用于控制颜色,确保生产批次间一致性,最大限度地减少批次间差异。但即使使用色谱数据和容差来确定颜色,客户和供应商之间仍会有分歧。


为什么发生这种情况?

多年来,行业使用各种不同的数字系统。如果客户和供应商使用的系统不同,容差和可接受颜色也不同。今天我们将为您介绍最常见的容差方法,以供不时之需。


为什么眼见不为实?

人眼在区分颜色差异时存在限制。除颜色记忆丧失、眼睛疲劳、色盲和观察条件外,眼睛也无法同时检测色调(红色、绿色、蓝色)、彩度(饱和度)或明度和暗度方面的差异。事实上,普通观察者首先会看到色调差异,然后看到彩度或饱和度差异,最后看到明度/暗度差异。


麦克亚当色度图

因此,针对可接受颜色匹配建立的公差具有三维边界,其明度/暗度、色调和彩度限值是变化的。过去多年,公差方法不断演变,试图建立最契合眼睛敏感度的方法。

大卫·麦克亚当是最先确定人类对所有颜色的感知力限制的科学家之一。为此,他制定了各种基本标准,然后更改了每种颜色的色调、彩度和明度,直至他的观察者注意到色靶的差异。在色度图上绘制的最终图表显示了椭圆形视觉可接受区域。


表达颜色的方式

1. CIELAB


CIELAB色彩空间的3D角度

CIELAB,也称L*a*b*,是首个国际认可的色彩空间。L*a*b*值是从三刺激值 (X,Y,Z) 计算出的,后者是所有颜色算数模型的主干。颜色在CIELAB色彩空间中的位置由三维矩形坐标系定义:

  • L*表示颜色明度或暗度

  • a*是颜色在红绿轴上的位置

  • b*是颜色在黄蓝轴上的位置

确定颜色的L*a*b*位置后,可围绕该位置绘制矩形公差方框,以指示可接受颜色差异。


该颜色(相对较暗(L* = 42.65,a* = -23.01,b* = 10.50)的绿色/蓝色阴影)在L*a*b*颜色模型中由三个数字定义。请注意,a*和b*均为负值,从而将测量点置于绿色/蓝色象限内。

不过,由于视觉可接受范围是椭圆形而非矩形,使用公差方框的L*a*b*色彩空间内有一些位置可能造成问题。一些本不应通过的颜色可能通过,而一些可接受颜色却可能失败。


2. L*C*h°

L*C*h°色差计算由L*a*b*值推导,通过算术方法将矩形坐标系转换为圆柱形极坐标系。


  • L*与L*a*b*相同,代表明度平面

  • C*是从色彩空间中心至测量颜色的计算向量距离。C*值越大,彩度或饱和度越高

  • ∆h°是两种颜色间的色差计算值

使用L*C* h°极坐标系设置公差后,公差方框可向色调角方向旋转。这更匹配人类对颜色的感知,减少了人类观察者与仪器读数或数值间的不一致几率。

下图显示了同一颜色屏幕上的相同蓝色-绿色点,显示为L*a*b*,但使用L*C*h°系统。


下图比较了L*a*b*和L*C*h°的公差。黑色椭圆显示了公差范围内视觉可见的颜色范围,感知椭圆周围的红色矩形被颜色测量软件标记为“符合公差”。


图中可见,L*C*h°系统更接近人类感知,但不如后者准确


3. CMC、CI94和CIE2000

最新和最广泛接受的公差方法为椭圆形——DECMC、CIE94和CIE2000。这些并非新的色彩空间,而是基于色彩空间位置计算出的颜色差异。这样,视觉评价与仪器测量颜色差异之间有更好的一致性。


CMC公差模型

上图右边显示了三维颜色模型的一个片段,沿中轴线对分。中心为灰色,彩度沿任意方向向外增加。右侧为红色,色调角为零。色调沿逆时针偏移为橙色、黄色、绿色等。

上述公差系统围绕目标颜色在色彩空间内建立了公差椭圆。椭圆代表接受量,尺寸依据色彩空间内的位置自动变化,以更符合视觉颜色感知。

可以发现,色彩空间橙色区域内的椭圆比绿色区域内的饱满椭圆更长、更窄。椭圆尺寸和形状同时随彩度增加而变化。

借助这些公式,用户可以改变椭圆整体尺寸以提高可接受性。人眼对明度 (l) 维度偏移的接受性一般高于彩度(c)(色调和彩度)维度偏移。

尽管颜色公差系统还不完美,但这些椭圆公差方法最大限度地体现了颜色差异,因此成为许多行业的公认标准。


这对制造商有何意义?

1. 可接受公差量因行业和应用而异。

2. 讨论颜色差异时,请确保使用相同的公差系统。

3. 在颜色测量仪器和软件内设置可接受公差时,还必须选择公差系统来计算准确结果。


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