色差公式的发展历程是怎样的？色差仪常用色差公式是哪个？

色差是色度学研究的一项重要课题，国际照明委员会CIE负责国际颜色标准的研究开发，其中一个非常重要的任务就是建立色差公式，为颜色复制再现行业提供物体表面颜色判断的标准，即用一个标准色差公式预测的数值来判断颜色再现的质量合格与否。本文对色差公式的发展历程及色差仪常用色差公式做了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！

色差公式的发展历程：

色差公式的发展可以分成3个阶段。在1976年之前，有超过20个独立的色差公式派生出来。它们可以被归纳为3类：基于麦克亚当椭圆的，基于孟塞尔新标的，以及从CIE三刺激值颜色空间转换过来的。一些公式在今天仍然有所应用。在每一类别中一些比较有代表性的色差公式是FMC2，ANLAB和Hunter LAB。然而，在1976年CIELAB和CIELUV被推广之后，依然取得了十分有意义的进步。

早期的公式主要是基于孟塞尔及麦克亚当数据集推导出的，在这些实验中的观察条件同纺织业或者印刷业等主要测定样品表面颜色的产业的观测条件是非常不同的。从1976年后，进行了一系列的关于颜色辨别的实验，这些实验都是采用了表面积很大的样品，并且都是在典型的产业观测条件下进行的。McDonald，Luo和Rigg，RIT-Dupont，Kim和Nobbs，Witt，chou，Cui等展开了一系列实验（采用了大量的观测者，大量的样品，更小的观测者变化的实验手段），收集到了这些重要的数据集。这些数据集被用于提出或者核实一些更为先进的色差公式：CMC（kL:kc），BFD（hk:kc），CIE9416]和LCD。通常来说，每一个公式的提出都需要1~2个数据集。最终，所有的这些数据集都被用于提出CIEDE2000色差公式。这些较先进的公式都有一个共同的特征：它们都是CIELAB的改进版，并没有和自己相关的颜色空间。有3个方程式是被CIE和ISO等国际标准组织所接受的，它们是CMC，CIE94和CIEDE2000。

总的来说，色差方程式在经历了30年的发展之后，获得了一个较完善的色差公式CIEDE2000。然而，关于色差的研究依然在进行中，依然有待解决的问题：

1）几乎大部分的努力都用在了对CIELAB的改进中，最后获得了CIEDE2000色差公式。为了符合实验得出的数据集，CIEDE2000色差公式包含了对CIELAB的5个改正。同时，派生出一条基于从一独特的颜色视觉理论而来的视觉上均匀分布的颜色空间的色差公式非常具有现实意义。一个基于颜色外观模型如CIECAM02的均匀的颜色空间，可能是一个理想的解决方案。

2）所有的色差公式只能应用于一个供参考的观测条件，正如CIE确定的那些观测条件。若能派生出一条能把如光源、样品大小、色差程度、背景和亮度水平都纳入考虑的参量化的色差公式就非常实用。

3）几乎所有的色差公式都仅是为了评估大的单件的样品或者曲面的颜色差异，越来越多的实际应用上都需要预测照片化的图像间的颜色差异。

现今的色差公式并没有能把评估这些图片时的立体变化纳入考虑的必需的部件。因此，提出一个能解决这个问题的色差公式是相当急需的。

色差仪常用色差计算公式：

色差公式的研究已有近百年的历史，长期以来，各国颜色科学研究人员为了提出与人眼视觉感官和心理感受相一致的色差公式，做出了大量尝试和努力，到目前为止已有数十个色差公式被提出，并且应用于不同领域的各个方面，其中颜色质量控制是色差公式使用最频繁的领域。为了减少色差公式的使用乱象，1976年国际照明委员会正式推荐CIELUV和CIELAB两个均匀颜色空间，此后基于这两个颜色空间的色差公式得到了广泛应用，尤其是CIELAB色差公式及其衍生品。

目前色差仪中常用的色差计算公式有CIELAB、CMC（l:c）、CIE1964、Cube-Root、FMC-2、Godlove、Visual、CIE94、ISO、CIE1976LUV、JPC79等多种，但主流的色差公式仍然是CIELAB色差公式。

CIE1976L*a*b*色差公式比较多应用于陶瓷、塑料和纺织品等工业领域。L*a*b*公式中，L*表示明度，a*表示红色和绿色的成分，b*表示黄色和蓝色的成分。色差是指用数值的方式表示两种颜色给人色彩感觉上的差别，若两个颜色都是按照L*a*b*标定的，则两者的总色差以及各单项色差可用下列公式计算。

明度差：

色度差：

总色差：

彩度差：

色相角差：

色相差：

在国家标准GB/T7921《均匀色空间和色差公式》中，把色相角、色相角差、色相差分别称为色调角、色调角差、色调差。计算色差时，可以把其中的任意一个作为标准色，则另外一个就是样品色。计算结果出现正、负值，其意义如下（假设1为样品色，2为标准色）：

△L*=L*1-L*2>0，表示样品色比标准色浅，明度高；若△Lb*<0，说明样品色比标准色深，明度低。

△a*=a*1-a*2>0，表示样品色比标准色偏红；若△a*<0，说明样品色比标准色偏绿。

△b*=b*1-b*2>0，表示样品色比标准色偏黄；若△b*<0，说明样品色比标准色偏蓝。

△C*ab=C*ab,1-C*ab,2>0，表示样品色比标准色彩度高，含“白光”或“灰分”较少；若△C*ab<0，说明样品色比标准色彩度低，含“白光”或“灰分”较多。

△h*ab=h*ab,1-h*ab,2>0，表示样品色位于标准色的逆时针方向上；h*ab<0，说明样品色位于标准色的顺时针方向上。根据标准色所处的位置，就可以判断样品色是偏绿还是偏黄。

色差公式的发展趋势：

色差或两个颜色在均匀颜色空间中的距离是颜色科学最受关注的课题之一。CIE负责国际颜色标准的研究开发，其中一个非常重要的任务就是建立色差公式或均匀颜色空间，为颜色复制再现行业提供物体表面颜色判断的标准，即用一个标准色差公式预测的数值来判断颜色再现的质量合格与否。现代色差公式的发展是以1976年CIE发布的两个近似均匀的颜色空间CIELAB和CIELUV为起点，以2001年CIE发布的国际标准色差公式CIEDE20002为里程碑，在CE相关技术分会的引领下不断进步。

CIEDE2000色差公式的推出，并不意味着色差评价研究的终结。CIEDE2000对CELAB五项复杂的修正，极大地提高了在评价中小色差时的准确性。但CIEDE2000本身并不具有均匀颜色空间的性质，同时考虑到CIEDE2000的应用需求和图像色差的复杂性，CIE成立了更多的技术委员会TC1-55、TC1-63、TC1-81和TC8-02等，分别研究均匀颜色空间、CIEDE2000评价阈值色差时的表现、CIEDE2000的适用范围和评价图像色差的方法。

到目前为止，国内外色差研究工作主要集中在两个方面：（1）建立更加符合视觉感知的色差评价模型和更加均匀的颜色空间；（2）收集更多的视觉实验数据，探索影响视觉感知色差的各种可能因素。

进入新世纪以来，新的色差评价模型和新的均匀颜色空间，多数是建立在改进已有色差公式和均匀颜色空间的基础上，包括CE颜色空间CIELAB、德国颜色空间DIN99、美国颜色空间OSA和CIE色貌模型CIECAM02等，通过对原有颜色空间的坐标进行对数变换，得到更加均匀的颜色空间。如基于CIELAB颜色空间的ULAB；基于DIN99的衍生均匀颜色空间DIN99b、DIN99c和DIN99d；基于OSA颜色空间的OSA-GP和OSA_GP_Eu；基于色貌模型CIECAM02的均匀颜色空间CAM02-SCD、CAM02-LCD、CAM02-UCS、RIT-UCS以及基于CIECAM97s色貌模型的均匀颜色空间等，结果表明在评价中小色差时，大多数新的色差公式和新的颜色空间的表现与CIEDE2000没有显著的差别，此举并没有实质性的突破，建立新的更加符合视觉感知的色差公式和更加均匀的颜色空间仍然是色差研究领域的目标之一。

此外，现有的色差公式或均匀颜色空间在评价色差时，都有一套适用的参考观察条件（如照明光源、照度、背景、平面物体、色样大小、色样间隔和色样纹理等）。当不符合参考观察条件时，由于人类视觉系统的特殊性和复杂性，不能保证色差公式的预测精度。为了研究各种观察条件因素对视觉感知色差的影响，CIE建议国际颜色科学家按规定的5个颜色中心（后来增加到17）开展心理物理视觉实验，收集不同观察条件下的视觉色差实验数据，研究各种观察参数对视觉感知色差的影响规律和机理。一方面可以根据影响视觉色差大小的因素规范色差评价方法，设计颜色测量和色差测量仪器；另一方面可以修正现有色差公式，加入观察条件对色差的影响因素，拓展色差公式的应用范围，使之在更多的观察条件下仍能准确地预测视觉感知色差的大小。