TS7036分光色差儀是三恩時公式推出的一款高精度的顏色測量儀器，該色差儀提供多種顏色空間和色差公式下的顏色測量及色差值的計算，在色彩管理中有著廣泛的應(yīng)用。本文對TS7036分光色差儀顏色空間和色差公式做了介紹。
TS7036分光色差儀顏色空間：
從TS7036分光色差儀的技術(shù)參數(shù)中，我們可以看到TS7036分光色差儀支持CIELAB、XYZ、Yxy、LCh、CIELUV、s-RGB、βxy、DIN Lab9、DIN Lab99 Munsell(C/2)等多種顏色空間下的色度值測量。下文只對幾個常用顏色空間進(jìn)行介紹。
1.CIELab顏色空間
CIELab顏色空間是色差儀最常用的一種顏色空間，是基于生理特征的均勻顏色空間，是由明度（L）和兩個色度分量a、b共三個分量構(gòu)成，L表示顏色的明度，也常被稱作亮度，取值范圍在[0，100]，表示從純黑到純白。a表示從綠色到紅色，-a最小表示綠色，+a最大表示紅色，取值范圍在[-128，127]，-a到+a是綠色到紅色顏色漸變的過程。b表示從藍(lán)色到黃色的范圍，同樣原理，-b到+b是由藍(lán)色逐漸過渡到黃色的過程，取值范圍在[-128，127]。CIELab顏色空間是顏色量化最均勻的顏色分布，在樣品色差評比系統(tǒng)中，很多公式都是依賴該顏色空間的，它是顏色差異的規(guī)范化空間，能夠解決顏色量化的等距度量，其均勻性較好。該顏色空間兩點之間的幾何距離，與人眼觀察物體的色差大小相同。
2.CIELch顏色空間
LCH顏色空間是Lab空間變形后得到的圓柱形顏色空間。該顏色空間由L、C、H表示?？v坐標(biāo)L*值同樣對應(yīng)于顏色三要素的明度，取值0-100；C*代表彩度，即某一顏色的坐標(biāo)位置與原點的距離，取值0-181，圓心處顏色的飽和度C*值為0，離圓心越遠(yuǎn)C*的值越大；H*為色調(diào)，取值0°-360°，h*代表色調(diào)角，是某一顏色坐標(biāo)在色品平面內(nèi)的投影點和坐標(biāo)原點的連線與a軸的夾角。規(guī)定h*從正a軸（紅）開始為0°，逆時針為正，正b軸（黃）為90°，負(fù)a軸（綠）為180°，負(fù)b軸（藍(lán)）為270°。
3.CIEXYZ顏色空間
CIEXYZ顏色空間，也稱CIE1931顏色空間。CIE希望通過該顏色空間下的三個分量（X，Y，Z）能夠描述人顏色視覺系統(tǒng)所能察覺的任意一種顏色，其中X和Z定義為顏色的色度，Y為顏色的亮度。
CIEXYZ顏色空間主要應(yīng)用于分光光度計和數(shù)字顏色分析器等分析儀器，它為這一類儀器提供了待分析樣本所需的透射或折射的三色光信號。雖然 CIEXYZ顏色空間在分析化學(xué)中的相關(guān)應(yīng)用也頗為廣泛，但是它所表示的顏色與人眼感知不太一致，導(dǎo)致在不同顏色對比中存在一定缺陷。因此，該顏色模型往往只是用于線性轉(zhuǎn)換到其他顏色空間的過渡顏色空間。
4.CIEYxy顏色空間
三刺激值XYZ對定義顏色非常有用，但卻不易直接目視其結(jié)果，為此CIE于1931年規(guī)定了Yxy色空間，它是在二維圖上描述顏色，但與亮度無關(guān)。Y為物體的反射比，用%數(shù)表示（與反射比為100%的理想漫反射相比較）。它對應(yīng)于顏色三要素的明度其值就等于三刺激值的Y值。色度坐標(biāo)x、y對應(yīng)于色三要素的色調(diào)和彩度。x、y色度坐標(biāo)可由下式算得：x=X/（X+Y+Z）y=Y/（X+Y+Z）（其中X、Y、Z為三刺激值）X軸色度坐標(biāo)相當(dāng)于紅基色的比例；Y軸色度坐標(biāo)相當(dāng)于綠基色的比例，圖中沒有Z軸色度坐標(biāo)（即藍(lán)基色所占的比例）。因為比例系數(shù)x+y+z=1，Z的坐標(biāo)值可以推算出來，即z=1-x-y。
5.CIELuv色度空間
CIELUV顏色空間是CIE1976L*u*v*均勻顏色空間的簡稱，在CIELUV空間中，L*為明度，u*、v*為色品指數(shù)。三者相互垂直構(gòu)成色空間來描述相對應(yīng)的亮度和色度量：垂直的軸是明度L*，位于水平面且互相垂直的是色品指數(shù)u*和 v*。
CIELUV顏色空間與CIELAB顏色空間相似，L*，u*，v*是X，Y，Z通過非線性變換得到的，同樣用兩點間的距離表示顏色之間的色差。CIEL*u*v*和CIEL*a*b*有一些共同的特點。首先，它們的顏色空間雖然距完全均勻仍有距離，但基本上是均勻的。其次，由于是基于顏色測量的CIE系統(tǒng)，CIEL*u*v*和CIEL*a*b*都是與設(shè)備無關(guān)的顏色空間。與CIELAB顏色空間不同，CIELUV顏色空間更多地應(yīng)用于光源色和自發(fā)光色領(lǐng)域。
6.RGB顏色空間
RGB顏色空間以紅（R）、綠（G）和藍(lán)（B）三種基本顏色為基礎(chǔ)，三種顏色進(jìn)行不同程度的疊加，能夠產(chǎn)生豐富的顏色，因此 RGB顏色空間又被稱為三基色模型。在該模型中，R、G、B分別位于3個角上，黑色位于原點處，白色位于離遠(yuǎn)點最遠(yuǎn)的對角點處，灰度級沿著這兩點的連線分布。在該模型中，不同的顏色處在立方體上或者在其內(nèi)部，并且可以用從原點分布的向量來定義。即每一種顏色可以用紅、綠、藍(lán)三個顏色分量的坐標(biāo)來表示，如（0，0，0）表示黑色，（160，32，24）表示紫色，（0，255，0）表示綠色，（255，255，255）表示白色等。若將顏色值進(jìn)行歸一化，原立方體就變成一個單位立方體，所有的R、G、B值都取值范圍在[0，1]內(nèi)。
RGB顏色空間采用物理三原色對顏色進(jìn)行表示，這種方式比較簡單，但給定任意一個R、G、B值，無法準(zhǔn)確知道所表述的顏色，并不符合人的視覺特點。而且RGB顏色空間不是一個均勻的顏色空間，即空間坐標(biāo)上等距離的兩點并不能表示出顏色的差異性，因此，RGB顏色空間并不適合用作色差檢測。
TS7036分光色差儀色差公式：
色差公式是將顏色差異值進(jìn)行量化的重要載體，從TS7036分光色差儀的技術(shù)參數(shù)中，我們可以看到TS7036分光色差儀支持ΔE*ab、ΔE*uv、ΔE*94、ΔE*cmc(2:1)、ΔE*cmc(1:1)、ΔE*00、 DINΔE99等多種色差公式下的色差值的計算，下文對幾個常用色差公式做了簡要介紹。
1.ΔE*ab色差公式
ΔE*ab色差公式是CIELAB色差公式的簡稱，是色差儀中目前使用最為廣泛的一個色差公式。CIELAB色差公式是基于近似均勻的三維顏色空間建立的，由直角坐標(biāo)L*、a*、b*構(gòu)成，國際照明委員會推薦使用。該色差公式建立在CIELAB顏色空間之上，在L*a*b*公式中，L*表示明度，a*表示紅色和綠色的成分，b*表示黃色和藍(lán)色的成分。色差是指用數(shù)值的方式表示兩種顏色給人色彩感覺上的差別，若兩個顏色都是按照L*a*b*標(biāo)定的，則兩個顏色之間的色差可以用歐式距離來計算：
其中，△L*是CIELAB空間的明度差，△a*是CIELAB空間的紅綠色光差，△b*是CIELAB空間的黃藍(lán)色光差。
△a*和△b*表示樣本和標(biāo)準(zhǔn)在ab*平面上位置的改變。如果將CIELab均勻顏色空間轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)空間，則能更好地表示色差的性質(zhì)，極坐標(biāo)空間用LCH表示。因此，CIELAB色差公式也可以用明度差△L*、彩度差△C*ab和色相差△H*ab來定義，即：
2.ΔE*cmc色差公式
ΔE*cmc色差公式是在CIELAB公式的基礎(chǔ)上修改推導(dǎo)出來的，先后被英美兩國采用作為各自的國家標(biāo)準(zhǔn)，并于1995年被ISO接受成為國際標(biāo)準(zhǔn)。色差公式如下所示：
式中：△L*、△C*ab、△H*ab由CIE1976LAB色差公式計算得到，SL、SC、SH分別為明度、彩度和色調(diào)加權(quán)函數(shù)，用于調(diào)整不同明度、不同彩度和不同色調(diào)對色差的貢獻(xiàn)大小。l和c為參數(shù)因子，用于調(diào)整不同的觀察條件對色差的影響大小。l、c值的選用：對色差的“可覺察性”目視鑒定資料，可取l=c=1。而對色差的“可接受性”目視鑒定資料，則可取l=2、c=1。
3.ΔE*94色差公式
ΔE*94色差公式是CIE于1955年推薦的一個色差公式，其全稱為“CIE1994（△L*△C*ab△H*ab）色差模型”，正式縮寫形式是CIE94，色差符號為△E*94?！鱁*94色差公式是CMC（1：c）色差公式的一種改良形式，其結(jié)構(gòu)與ΔE*CMC(l：c)色差公式相似的公式，該公式的計算式如下所示：
上式中△L、△C*ab、△H*ab分別表示樣本間顏色在明度、色度和彩度三個分量上的差異，由CIELAB色差公式計算得到。kL、kC、kH三個參數(shù)與CMC（l:c）公式中的kl和kc一樣，其取值可根據(jù)具體對象決定。在印刷行業(yè)中推薦使用kL=1.4，kC=kH=l；在紡織行業(yè)中，當(dāng)kL=2，kC=kH=1時，CIE94色差公式計算結(jié)果與視覺評價更接近。
4.ΔE*00色差公式
ΔE*00色差式是CIEDE2000色差公式的簡稱，是CIE最新推薦的基于CIELAB的色差公式。為了進(jìn)一步改善工業(yè)色差評價的準(zhǔn)確性，CIE專門成立了工業(yè)色差評價的色相與明度相關(guān)修正專業(yè)委員會TC1-47，經(jīng)過該委員會根據(jù)對現(xiàn)有色差模型和大量視覺評價數(shù)據(jù)的大量分析之后，終于在2000年推薦了該公式。其色差式如下所示：
式中：KL、KC、KH是三個常量參數(shù)，根據(jù)測試對象的不同或者色彩品質(zhì)控制的要求來定義，在紡織行業(yè)中，KL一般取2，KC和KH一般取1；SL、SC、SH分別表示明度、彩度和色相的權(quán)重系數(shù)，用來校正顏色空間的均勻性；RT表示旋轉(zhuǎn)函數(shù)，用來校正顏色空間中藍(lán)色區(qū)域容差橢圓主軸方向的偏轉(zhuǎn)。
CIEDE2000只是重新定義了色差的計算方法，并不是建立了一個新的均勻色空間。對于一般的工業(yè)色差評估，可以直接用該公式進(jìn)行計算，計算結(jié)果即可表示被知覺的色差。
5.ΔE（Hunter）色差公式
Hunter色差公式是由亨特（Hunter）為使光電色度計讀數(shù)方便，而于1948年提出的Lab對抗色系統(tǒng)中計算色差的公式，大多用于陶瓷、塑料和紡織品等，一般可滿足工業(yè)生產(chǎn)管理的需要。在該系統(tǒng)中，L表示物體反射光的明度，a表示反射光中紅色與綠色的成分，b表示反射光中黃色與藍(lán)色的成分。因此，Lab系統(tǒng)的色差公式可表示為：
式中：△L、△a、△b分別為兩個物體表面色的明度差和色品坐標(biāo)差。
6.ΔE*uv色差公式
ΔE*uv色差公式是由CIE x-y色度圖進(jìn)行線性變換推導(dǎo)而得。線性變換的目的是改善與目測結(jié)果對比的均勻性。CIE1976L*u*v*色差公式為：
式中，ΔL*為明度差；Δu'，Δv為彩度差；△E*uv為總色差。
