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色差标准


色差标准 CA(Chromatic Aberration)即色差,CA(Area)值用来衡量图像的色差水平,这个 值越低说明品质越好。 0-0.5:可以忽略,肉眼难以辨认出; 0.5-1.0:很低,只有受过长期专业训练的人才能勉强发现; 1.0-1.5:中等,高倍率输出时时常看到,中等镜头的表现; 大于 1.5:严重,高倍率输出时非常明显,镜头表现糟糕。 由仪器测量的颜色座标系计

算色宽容度和色差之业界标准 所属分类: 品质管理知识 作者: 由仪器测量的颜色座标系计算色宽容度和色差之业界标准 (本标准已获准用於美国国防部)

简 介 本标准最初是许多独立发行的色差的仪器评估方法合并的结果.正如在 1979 年 修订的,它包括四个可用仪器测得颜色标量值的颜色空间,其中很多内容业已废 弃, 不同色标值下的色差可由十个方程计算得出.根据现代颜色测量技术,仪器, 校正标准和方法,测量程序只有很少的意义.1993 年出版的修订版删去了这些章 节,并把颜色空间和成熟的色差方程,限定为三个广泛应用於烤漆和相关涂装工 业的方程.本次修订又增加了两个新的色宽容度方程,并为历史意义从 1993 年版 本的色差方程中提出了两个列入附件中.Hunter 的 LH, aH ,bH 和 FMC-2 色差方 程不再推荐.这次修订也使本标准的地位从方法过度到业界标准. 1.范围 1.1 本业界标准包括了两个不透明样本间,如烤漆板,不透明塑胶,纺织品样本等 的,色宽容度和微小色差的计算.它基於采用日光光源的用仪器测量的颜色座标 系.考虑到所测样本可能是同色异谱,通过视觉相似的颜色占有不同的光谱曲线, 所以业界标准 D4086 用於证明仪器测量的结果.由这些程序测定的容差和差值根 据 CIE1976CIELAB 对立颜色空间中近似一致的颜色感觉表达,如 CMC 的容度单位, CIE-94 的容度单位, 由 DIN6167 给出的 DIN99 色差公式,或新的 CIEDE2000 色差 单位.基於 Hunter 的 LH, aH ,bH 相反颜色空间的色差,或 Friele-MacAdam-Chic kering(FMC-2)颜色空间的色差,不再推荐用於工业标准. 1.2 为了产品的规范,买方和卖方应就样品和参考样之间容许的色差以及计算色 宽容度的程序达成一致.每种材料和每次使用的测试条件都需要明确的色宽容度, 因为其他外观因素(例如样本的相近,光泽,质地)可能影响测量色差数据之间的 相关性和商业接受性. 1.3 本标准没有声称包含所有安全因素,即便要,也须结合它的使用.本标准使用 者有责任建立合适的安全和健康条件并注意适当的调整使用需求.

2.参考文件 2.1 ASTM 标准(略) 2.2 其他标准(略) 3.术语 3.1 在 E284 中的术语和定义可用於此标准. 3.2 本标准特有术语的定义 3.2.1 比色分光计 n---分光计,它包含一个色散元件(例如棱镜,光栅,干涉过滤 器,可调的或不连续的系列单色光源),通常有能力输出色度数据(如三刺激值,推 导的颜色座标或表面品质系数).另外,比色分光计也可以根据色度数据的来源报 告潜在的光谱数据. 3.2.1.1 讨论----曾经,紫外解析分光光度计用於色度测量.现在,用於颜色测量 的仪器有很多普通的组件,而紫外解析分光光度计最适合用在色度量的解析中, 这需要非常精确的光谱位置和非常窄的带宽以及适度的基线稳定性.比色分光计 被设计用於视觉色度计的数据仿真或作为计算机辅助颜色匹配系统的光谱和色 度信息来源. 数字比色法允许更多关於光谱等级和光谱带宽的容差,但需要更高 的放射等级稳定性. 3.2.2 色宽容度方程,n---由可接受性评估得到的一个数学表达式,它基於颜色 空间座标系扭曲了该颜色空间的度量,关於一个参考颜色,为了使单个光泽通过. 3.2.2.1 讨论---色宽容度方程将一对样品中的一个设定为标准样计算 pass/fa il 值.这样,在两个样本间可察觉的差异不变时,交互改变测试样与参考样将导 致一个在可预见的接受水平上的色差变化.而色差方程用颜色空间裏的尺度量化 那个颜色空间裏的距离.交互改变参考样与测试样既不改变可查觉的也不改变预 知的色差. 4.标准摘要 4.1 参考样与测试样本间的颜色差异由基於光谱或过滤器的色度计测量得来.据 标准 E308,从光谱仪器上读出的反射系数可经计算转化为颜色等级量,这些颜色 等级量也可以从带自动计算的光谱仪器上直接读出.色差的单位是从这些颜色等 级量中计算出来的,并近似等於参考和测试样间可察觉的色差. 5.意义和应用 5.1 原始的基於 X,Y,Z 三刺激值和色品座标系 x,y 的 CIE 颜色标量并不是真正一 致的.每个基於 CIE 值的后续颜色标量都有用於提供某种程度上的一致性的额外 因素,这样在不同颜色区域裏的色差将更有可比性.另一方面,由不同颜色标量体 系计算的相同样品的色差不可能一致.为避免混乱,样品的色差或相关的容差只 有在它们从同一个颜色标量体系中得到时才可比较. 在所有颜色样本中,没有简 单的因素可被用於从一个差值或容差单位体系到另一个体系间精确地转换色差

和色宽容度. 5.2 为了标准的一致,CIE 在 1976 年推荐使用两套颜色公制.CIELAB 公制以及与 其关联的色差方程在涂料,塑胶,纺织物和相关工业中得到了广泛认可.同时,它 没有完全取代 Hunter 的 LH aH bH 和 FMC-2 标准.这两个等级标准的表现相对於 有经验的视觉来说,太不足了.相比最近的基於 CIELAB 调整优化的色宽容度方程, 它们不再被推荐了. 因此,包括附件中的两个老的标准,在本标准中只有历史意 义.预期将来在修改本业界标准时,附件也会被同时删除.CIELAB 公制,就其本身, 在本业界标准中也不被推荐去描述小的,中等的色差(差值少於 5.0ΔE*ab 单位). 四个最新定义的方程,这里有文件证明的,高度推荐用於 0 到 5.0ΔE*ab 单位范围 内的色差. 5.3 色宽容度方程的使用者发现,在每个体系中,总合三个色差元素向量组成一 个单独的标量值,可以有效的判定样本颜色是否在一个标准指定的色宽容度内. 然而,为了控制产品的颜色,可能不仅要知道偏离标准的量,而且要知道偏离的方 向.可以通过例出三个由仪器决定的色差元素来得到关於少量色差偏离方向的信 息. 5.4 在基於仪器测量值选择色宽容度时,因该小心地与关於颜色、光亮度差异的 可接受性的视觉评估和用惯例 D1729 得到的饱和度相关.三个这里给出的宽容 度方程已被广泛的验证,验证的对象包括纺织品和塑胶,显示出与视觉评估一致 并在视觉判断的实验不确定性之内.这就是说,方程本身错误分类色差的苹率不 再超过最有经验的颜色匹配师. 5.5 当色差方程和色宽容度方程按例用於多种不同的光源时,为了产品在日光下 使用,他们已被推导或最优化,或二者都有.在其他光源下的计算结果,可能不具 有与视觉判断好的相关性.不在日光下应用宽容度方程将需要在体节性水平上的 视觉构造如标准 D4086. 6. 色差和色宽容度的描述: 6.1 CIE1931 和 1964 的颜色空间----不透明样本的日光颜色由颜色空间中的点 表示,该空间由三个互相垂直的轴表示,三个轴分别为代表光亮度的 Y 座标和色 品座标 x 和 y,其中: X,Y 和 Z 是 1931 年或 1964 年 CIE 标准观察者的三刺激值,它们遵守照明标准 D6 5 或其他日光相.这些标度没有提供可感知的统一颜色空间.结果是色差很少从 x, y 和 Y 的差异中直接计算出来. 6.2 1976 年 CIE 统一颜色空间 L* a* b*和色差方程.这是一个接近统一的颜色空 间,它基於三刺激值的非线性扩展.它提供差异以产生三个相反的轴,这三个轴分 别近似於黑色--白色,红色--绿色和黄色--蓝色的视觉感觉.它在直角座标系上 绘图产生, L*,a*,b*值的计算如下:

式中,三刺激值 Xn,Yn,Zn 定义了名义上的白目标色刺激的颜色.通常,白目标色 刺激由一个 CIE 标准光源的光谱辐射功率给出,例如,C,D65 光源或其它日光相, 由良好的反射扩散体反射入观察者的眼内.在这些条件下,Xn,Yn,Zn 是标准光源 在 Yn 等於 100 时的三刺激值. 6.2.1 根据 L*,a*,b*得到的两种颜色的总色差ΔE*ab 如下计算: 注意,所定义的颜色空间叫 CIE1976 L*a*b*颜色空间并且色差方程是 CIE1976 L *a*b*色差公式.推荐使用缩写 CIELAB(所有单词的首字母). 6.2.2 1976 年 CIE 公制(L*a*b*)在一个或多个 X/Xn,Y/Yn,Z/Zn 的比值小於 0.0 08856 时没有适当的收敛於零.在计算 L*时, 如果正常公式用於 Y/Yn 的值大於 0. 008856,那麼当 Y/Yn 的值小於 0.008856 时原公式也许仍然可用.下述修正公式用 於 Y/Yn 等於或小於 0.008856 时: 6.2.3 在计算 a*和 b*时,如果 X/Xn,Y/Yn,Z/Zn 都小於 0,008856,可用以下修正 方程代替正式方程: 6.2.4 ΔE*ab 的量没有指出差异的特性因为它没有指出关於颜色,色度和光亮 度差异的相对量和方向. 6.2.5 色差的方向由元素?L*,?a*和? b*的量和代数符号表示: 其中,L*s,a* s,和 b* s 代表参考或标准. L*B,a* B,b* B 代表测量样品或测量 批.元素?L*,?a*和? b*的符号大致有如下意思: +?L*=明亮的 -?L*=较暗的 +?a*=较红的 (少绿的) -?a*=较绿的 (少红的) +? b*=较黄的 (少蓝的) -? b*=较蓝的 (少黄的) 6.2.6 为了判断两种颜色色差的方向,可以计算它们的 CIE1976 公制颜色角 hab 和 CIE1976 公制色度 C*ab,公式如下:

除了非常深的颜色外,测试样品和参考样品间的颜色角 hab 差异可与视觉可察觉 的颜色差异联系起来.同样的,色度差值ΔC*ab ([C*ab]batch-[C*ab]standard) 可与视觉可察觉的色度差异联系起来.

6.2.7 为了判断两种颜色间的不同光亮度,色度和颜色对总色差的贡献,可用 CI E1976 公制色差来计算ΔH*ab,公式如下: 其中, ΔE*ab 在 6.2.1 中计算. ΔC*ab 在 6.2.6 中计算;於是方程: 包含的项目显示了光亮度差异ΔL*,色度差异ΔC*ab 和颜色差异ΔH*ab 对总色 差ΔE*ab 的相对贡献.这种计算公制色差的方法没有包含关於色差符号(正或负) 的信息,对於接近中性轴的一对颜色的判断可能不稳定.一个可改正这两种问题 的选择性方法已被提出: 6.3 CMC 色宽容度方程:--The Colour Measuremant Committee of Society of Dyers and Colourists 英联邦染色师与配色师颜色测量委员会在英国 J&P 涂装 线公司承担了改进 JPC79 公差方程结果的任务.它是 CIELAB 方程和当地最优的处 於标准位置的产生了 FMC-I 的方程的结合.它更注重光亮度,色度和颜色改变引 起的直接知觉,取代了老的注重光亮度,红绿和黄蓝色的方程. 它的目的是用作 单个色泽的判断方程.现在不需用感觉元素去分解原方程—CIELAB 模型中的元 素已经那样做了.图 1 显示了 CIELAB 的色度板(a*, b*),有大量的 CMC 椭球画在 板上.这个图形清楚地显示了椭球区域随 CIELAB 公制色度 L*ab 的增加和改变 CI ELAB 公差颜色角而带来的改变. CMC 元 素和单个宽容度如下计算:

参数(l,c)是系统偏差或参数效应如质地和样本差别的补偿.最普通的值是(2:1), 用於纺织品和通过成型模仿纺织材料的塑料.这就意味著光亮度的差异占到色度 和色调差异重要性的一半.值(1:1) 通常代表一个仅仅能感觉到的差异,用於需要非常严格的容差或具有光泽的表面. 对於不光滑的,无规粗糙的,有适度质地的,可用(1:1)到(2:1)之间的中间值.而 值(1.3:1)最经常被报道.参数 cf 是一个商业参数,用於调整容差区域的总量,而 接受或拒绝的决定也可以以色宽容度的单位量为基础.颜色依赖函数定义如下: 所有的角由角度给出,但通常需要转换成弧度,以便在数字电脑上处理. 6.4 CIE94 色宽容度方程,这个色宽容度方程的发展是由 CMC 色宽容度方程的成 功促进的,它主要从汽车钢板烤漆的目视观察得来.正如 CMC 方程,它基於 CIELA B 颜色公制并用 CIELAB 颜色空间里的标准位置推导出一系列解析函数修正标准 周围区域的 CIELAB 颜色空间.它的额外函数比 CMC 中的方程要简单得多.CIE94 的色宽容度计算如下:

不像其它早先的色差方程,CIE94 是由一系列良好定义的条件得来的,在这些条 件下方程将提供最佳结果,而偏离这些条件将导致与目视评估的色差显著不同. 这些测试条件由表 1 给出: 表 1 CIE94 色宽容度方程的基本条件 特性 要求 照明 D65 光源 样品照明度 1000lx 观测 正常颜色视觉 背景 统一中性灰色 监视模式 目标 样品尺寸 >4°对象视角 样品分离 最小可能 色差大小 0 到 5 个 CIELAB 单位 样品结构 视觉均一 参数 kL ,kC ,kH 是可被用於补偿质地和其它样本表达效果的参变因素,同时 kv 基於工业偏差调整色宽容度量的大小.参数 SL,SC,SH 用於表现 CIELAB 颜色空间 的局部变形,基於那个空间中的标准样本位置.它用下述方程计算:

6.5 DIN99 色差方程—由 Rohner 和 Rich 发表於 1996 年的论文促进了德国标准 协会更进一步发展和标准化一个改良的翻译作为新的色差公式,一个用 CIELAB 的对数座标系而不是用 CMC 和 CIE94 的线性和双曲线函数的球状颜色空间模型. 该方程由 DIN6167 标准推导和证明.它提供了一个经轴旋转和对数扩张的新轴去 与 CIE94 色宽容度公式的空间相符.它不须如 CIELAB 颜色空间利用鉴定的样本作 为变形距离的来源.还有,当轴 L*,C*和 h*ab 与光亮度,色度颜色的感觉相联系 时,即不是 X,Y,Z 的三刺激值也不是 CIELAB 轴 a*,b*是感觉可变的,它似乎适合 於随 wcbbw- fechner 的感觉规律去标度颜色空间的差异和距离.这产生了一个 相对易用和对 CMC 或 CIE94 有相同表现的公式.它也消除了讨厌的基於 CIELAB 变形的参考色.这样计算的色差只基於在 DIN99 空间的欧氏距离. 计算 DIN99 公 式的程序如下:

其中,下标 S 指产品标准,下标 B 指现在的产品批或测试样. 默认参数是: KE=KCH=1, KE(1:KCH). 对纺织品应遵如下平衡关系,为获得相对於 CMC(l=2,c=1)差异的等价计算差异, 可用参数:2(1:0.5),就是说 KE =2, KCH =0.5.

6.6 CIEDE2000 色差方程------这个色差方程的发展是由研究 CMC 和 CIE94 哪个 色差方程表现更好而引发的.在研究过程中,研究者得到的结论是没有公式是真 正最优的.所以 CIE 建立了一个 新的技术委员会,TC 1-47, 颜色&光泽度依赖修正工业色差方程,去推荐一个新 方程改进这两个色宽容度方程的缺点.色宽容度方程的一个主要缺点是用 CIELA B 颜色空间里的参考颜色去计算 CIELAB 颜色空间的局部变形.当验证的两个样本 颠倒过来(将原始测量样为参考样而原来的参考样为测量样),计算的结果是不同 的.这与所观察的是矛盾的.明显的,两个样品只是通过互换角色不应该有量的差 别.通过应用两个样本间的算术平均色去计算 CIELAB 颜色空间的局部变形,两个 样品的角色可以随意互换而不影响计算色差的量,完全符合目视评估.CIE TC1-4 7 的报告显示, 经过大批样品,CIEDE2000 比 CMC 和 CIE94 都做得好.CIEDE2000 的色差由下式计算: 样本或工业依赖参数是 KL,KC,KH 并且颜色空间依赖参数是 SL,SL,SH 和 RT.三个 S 项在,假定为直角的,CIELAB 坐标系中.并且 RT 项用於计算 CIELAB 图中蓝色和 紫蓝区域的旋转色差量.四个颜色空间量计算如下:

在本式中并不明显,所有展示的角都以角度出,包括Δθ都必须转换成弧度,为了 在数字计算机上进行三角解析. 6.6.1 用参考和测试样 CIELAB 颜色坐标系的算术平均值计算 CIELAB 颜色空间的 局部变形产生了一个新问题.现在的基於 CIELAB 变形空间的标准位置色宽容度 差异方程允许使用者预设按 受量.这对於一定的依织品资料排架应用和成图品质控制图很方便.这样的设定 对於 CIEDE2000 是不可能的.根据修整的空间坐标系 L*a’b*绘出一组颜色即不 可能也不合理,因为 a’是由每对颜色独立地决定.这样,该方程只适合於在成对 产品,标准产品和产出测试样,之间进行比较.但不可用於统计制程控制. 7.测量试样: 7.1 本业界标准没有包含样品制备技术.除了其他指定的或同意的,准备样品应 与适当的测试方法和标准一致. 8.程序 8.1 按标准 E805 选择合适的颜色测量几何条件. 8.2 按手册指南和标准 E1164 所给程序操作仪器. 8.3 如果用分光比色计,依次,在足够数量的波长间隔内获得参考样和测试样的 反射值,精确计算 CIE 三刺激值.详见标准 E308. 8.4 每样表面至少测量三个部位去获得数据统一的方向.记录每次测量的位置. 9.计算

9.1 计算色标值 L*,a*,b*和局部宽容度系数(SL,SC,SH),如果不是自动得到. 9.2 计算色差ΔE*ab, ΔECMC 和它们的元素,或ΔE94 ,ΔE99,或ΔE00,如果不 是自动得到,如 6.2-6.6 所述计算. 10.报告 10.1 报告以下信息: 10.1.1 总色差ΔECMC,ΔE94,ΔE99,或ΔE00,每样依其参考. 10.1.2 对於 CIELAB 色差, L*,a*,b*是参考样的,ΔL*,Δa*,Δb*如果需要还有 Δhab,Δc*ab 和ΔH*ab 对每样. 10.1.3 对其他色宽容度或色差尺度,只有 CIELAB 的相关值可被作为局部变形报 告出来,不需要提供连续的,视觉修正参数. 10.1.4 对不均一样品,色差值属於样品的不同区域. 10.1.5 描述或说明制备样品的方法. 10.1.6 按操作者姓名和仪器号以及使用的色标体系鉴定仪器. 11.精度和偏差 11.1 测试方法的精度和偏差不能同测试的样品和材料分开来.由於本业界标准 没有强调与样品的制备和表达有关的话题,无法最终明确可达到的精度和偏差. 下一步,可用商业合作测试项目的数据说明一种材料的精度.因为很多三角函数 包括在颜色空间的计算中,所以所有的计算应在 IEEE 浮点格式中计算机体系可提供的最大量的精度范围内,即通常所说的双精 度格式. 11.2 协作测试服务,颜色和色差合作参数项目,已经调查了颜色的精度和色差测 量法,并且从 1971 年开始每季度公布多对涂装片以展示微小色差.在一个最近的 典型的调查裏,包含了 118 个仪器.表 2 给出了在相互比较中分开考虑的不同仪器 组的平均色差和它们的标准偏离,以及解析和测量条件. 11.2.1 可再生性----基於实验室间的标准偏离,由不同实验室里的操作员测量 有刻度的白纸原料上不透明、无光粗糙的烤漆层得到的两个色差结果,其差值不 应大於表 2 中 R*栏列出的值. 11.3 精度----基於实验室内的标准偏差,色差精度的测量,总结在表 2 里.与文章 (14,15)中报道的颜色测量精度值相等,所以可以代表所有样品材料的精度. 12 关键词 12.1 颜色,色差,颜色尺度,颜色空间,色宽容度. 表 2 由不同的测试和解析条件决定的计算色差偏离 测量条件几何 光源 观察者 △E 方程 仪器数 平均值△E 标准偏差 R*A 45°/0° D65 1964 CIELAB 54 1.05 0.07 0.21 45°/0° D65 1964 CMC(2:1) 54 0.55 0.03 0.09 SphereB D65 1964 CIELAB 282 1.00 0.06 0.18

SphereB D65 1964 CMC(2:1) 282 0.53 0.03 0.09 用仪器测定颜色一致性的方法计算色差


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