色差仪均匀颜色空间及均匀颜色空间色差公式

色差仪作为颜色比对仪器，其内部配置了多种类型的颜色空间，常见的就有CIElab、CIExyz、CIElch、CIEluv等，其中CIElab和CIEluv是两个均匀的颜色空间，即该颜色空间下的色差值与人眼之间相一致。本文对色差仪均匀颜色空间及色差计算式作了介绍。

什么是均匀颜色空间？

所谓的均匀颜色空间就是：在这个颜色空间里，各个不同颜色区域的数值变化必须与眼睛对颜色的感觉一致，相同的数值变化对应相同的颜色差别感觉，满足这个条件的颜色系统就称为颜色感觉上的均匀颜色空间，色差的计算就要在这样的均匀颜色空间中进行。

均匀颜色空间本质上仍是面向视觉感知的颜色空间，只是在视觉感知方面更为均匀。在对颜色的感知、分类和鉴别中，对颜色的描述应该是越准确越好。从图像处理角度来看，对颜色的描述应该与人对颜色的感知越接近越好。从视觉均匀的角度来看，人所感知到的两种颜色的距离应该与这两个颜色在表达它们的颜色空间中的距离越成比例越好。

如果在颜色空间中任选一点，通过该点的任一方向上相同的距离能表示相同的颜色感觉变化，则称这样的颜色空间为均匀颜色空间。均匀颜色空间的确定是试图完全地按照人类对颜色的感知来划分颜色。

色差仪均匀颜色空间的类型：

在所有的颜色复制工业中，颜色的差异总是存在的，这种差异叫做色差。从数学角度看，色差大小即为三维空间的两个坐标点之间的距离大小。但是研究发现，在颜色空间不同区域中，间距相同，颜色感知差异却不同。为了使得两个颜色之间的差异与人眼产生的视觉感知色差更加一致，研究者们不断地寻找均匀颜色空间，通过原来的X、Y、Z三刺激值进行坐标变换得出新的更加均匀的颜色空间。目前，CIE1976L*a*b*和CIE1976L*U*V*是色差仪中最常用的均匀颜色空间。

1.CIELab均匀颜色空间

CIELab颜色空间是色差仪最常用的一种颜色空间，是基于生理特征的均匀颜色空间，是由明度（L）和两个色度分量a、b共三个分量构成，L表示颜色的明度，也常被称作亮度，取值范围在[0，100]，表示从纯黑到纯白。a表示从绿色到红色，-a最小表示绿色，+a最大表示红色，取值范围在[-128，127]，-a到+a是绿色到红色颜色渐变的过程。b表示从蓝色到黄色的范围，同样原理，-b到+b是由蓝色逐渐过渡到黄色的过程，取值范围在[-128，127]。

CIELab颜色空间是颜色量化最均匀的颜色分布，在样品色差评比系统中，很多公式都是依赖该颜色空间的，它是颜色差异的规范化空间，能够解决颜色量化的等距度量，其均匀性较好。该颜色空间两点之间的几何距离，与人眼观察物体的色差大小相同。

2.CIELuv均匀颜色空间

CIELUV颜色空间是CIE1976L*u*v*均匀颜色空间的简称，在CIELUV空间中，L*为明度，u*、v*为色品指数。三者相互垂直构成色空间来描述相对应的亮度和色度量：垂直的轴是明度L*，位于水平面且互相垂直的是色品指数u*和 v*。

CIELUV颜色空间与CIELAB颜色空间相似，L*，u*，v*是X，Y，Z通过非线性变换得到的，同样用两点间的距离表示颜色之间的色差。CIEL*u*v*和CIEL*a*b*有一些共同的特点。首先，它们的颜色空间虽然距完全均匀仍有距离，但基本上是均匀的。其次，由于是基于颜色测量的CIE系统，CIEL*u*v*和CIEL*a*b*都是与设备无关的颜色空间。与CIELAB颜色空间不同，CIELUV颜色空间更多地应用于光源色和自发光色领域。

色差仪均匀颜色空间色差公式介绍：

1.CIE1976L*u*v*色差公式

CE1976L*u*v*色差公式是由CEx-y色度图进行线性变换推导而得。线性变换的目的是改善与目测结果对比的均匀性。CIE1976L*u*v*色差公式为：

式中，X，Y，Z为色样的三刺激值；X0，Y0，Z0为CIE标准照明体的三刺激值，为常数值；X/X0，Y/Y0，Z/Z0，要求大于0.008856，对于不符合这一要求的极深的颜色，使用颜色修正公式。

u'，v'分别为线性变换后的色样色度坐标，u'0，v'0分别为线性变换后的CE标准照明体的色度坐标；L*为明度；u'，v'为彩度；△E*为总色差。

CEL*u*v*色度空间中，以u'、v'轴组成的平面表示颜色的彩度，L*轴表示颜色的明度，CEL*u*v*色差公式主要应用于光的加法混色，例如彩色电视和图象处理方面。

2.CIE1976L*a*b*色差公式

在以Munsell视觉颜色系统为基础的色差公式中，最具重要性的是Adams-Nickerson色差公式（即ANLAB），这一公式得到了广泛的应用。CIE对ANLAB公式进行了修改和简化，推导出CIE1976L*a*b*色差公式及其对应的均匀色度空间，为简便起见，CIEL*a*b*改写成CIELAB公式。

式中，△E*ab为总色差；△L*为明度差；△a*，△b*为彩度差；H为色调角；X，Y，Z为色样的三刺激值；X0，Y0，Z0为CIE标准照明体的三刺激值，为常数值。

X/X0，Y/Y0，Z/Z0，要求大于0.008856，对于不符合这一要求的极深的颜色，使用上述公式会引起色空间的畸变，导致很大的误差。为解决这一问题Pauli提出了一个解决办法，并被CIE所采纳，CIELAB深色修正公式如下所示：

其它的计算相同，在实际应用中，碰到上述极深的颜色情况极少，因此上述修正公式只有在特殊的场合下有用。

CIEL*a*b*均匀色度空间是一个三维体系，a*和b*轴组成的平面表示颜色的彩度，L*表示颜色的明度。但CIEL*a*b*均匀色度空间只是一个近似均匀的色空间，处于不同色区的两对样品，若测出的色差值相等，并不意味着视觉观察这两对样品时也是有相同等级的色差感觉，尽管CIEL*a*b*色度空间的目视均匀性还不能令人十分满意，但仍不失为目前最好的色空间之一。

CIEL*a*b*色差公式在工业界有着广泛的应用，特别是在染料颜料制造、涂料、纺织印染、油墨、塑料着色等行业的产品颜色质量控制中有着重要的地位。

这一色差方程的最大方便和实用之处在于可将一对样品的总色差分解成明度差、饱和度差和色调差。这一点在实际应用中很重要。例如对于印染制造行业来说，同样数值的总色差如果由色调差和饱和度差所引起，可能产品就不合格，但若是主要由明度差所造成，则稍许调整一下强度就可出厂。