顏色和色差怎么理解？在顏色科學(xué)和顏色測(cè)量領(lǐng)域，顏色可用顏色三要素來(lái)描述，即色調(diào)、明度和飽和度。而色差是指兩個(gè)顏色在彩度差、明度差和色相差上的綜合表現(xiàn)。本文對(duì)顏色描述的顏色空間類型及色差計(jì)算的色差公式做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

顏色和色差怎么理解？

顏色是人眼對(duì)可見光的視覺感知響應(yīng)，通常認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)范圍在380nm～780nm之間，不同波長(zhǎng)的可見光輻射會(huì)帶給人眼不同的視覺感受。人眼之所以能夠看到自然界中的物體呈現(xiàn)出不同的顏色外貌，主要原因是物體對(duì)光具有選擇性吸收和反射的結(jié)果，當(dāng)采用不同光源照射同一物體時(shí)，由于光源的光譜能量分布不同會(huì)導(dǎo)致物體呈現(xiàn)出不同的顏色。

在顏色科學(xué)和顏色測(cè)量領(lǐng)域，顏色可用顏色三要素來(lái)描述，即色調(diào)、明度和飽和度。色調(diào)又稱色相，是不同顏色的相貌稱謂，是顏色的首要特征，有了它就可以準(zhǔn)確的區(qū)別紅、黃、藍(lán)、綠等各種顏色。明度又稱亮度，反映的是人眼對(duì)于光源和物體表面明暗程度的感覺，主要由光線的強(qiáng)弱決定，同一色調(diào)中的淺藍(lán)、天空藍(lán)、深海藍(lán)就是明度變化的效果。飽和度又稱彩度、純度，主要取決于這一色調(diào)發(fā)射光的單一程度，其反映了顏色純度的強(qiáng)弱，純度越高，顏色感覺越明確、鮮艷，純度越低，顏色感覺則越含糊、渾濁。當(dāng)我們從科學(xué)的角度描述一種顏色時(shí)，這三種屬性需同時(shí)出現(xiàn)，不能分離。

色差是指物體和比較對(duì)象之間的顏色差異，一般是非發(fā)光體在排除照明條件、環(huán)境、觀察距離等差異之后，與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象之間的顏色差異。定量表示這種差異時(shí)，需利用色調(diào)、明度和飽和度這三種顏色屬性的差異來(lái)表述，其在工業(yè)生產(chǎn)配色環(huán)節(jié)以及產(chǎn)品顏色質(zhì)量控制方面發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)代色差評(píng)定是建立在能夠預(yù)測(cè)目視色差的色差方程基礎(chǔ)之上的，相關(guān)色差公式由國(guó)際照明委員會(huì)通過(guò)大量顏色視覺判斷和色差比較心理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，可采用儀器或計(jì)算機(jī)測(cè)量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)較為精確的數(shù)字化表達(dá)。

顏色描述空間的類型：

為了更客觀、準(zhǔn)確地測(cè)量和評(píng)價(jià)顏色的差別，CIE于1976年正式推薦了兩個(gè)改進(jìn)的均勻顏色空間，即CIE1976L*u*v*顏色空間和CIE1976L*a*b*顏色空間。

1.CIE顏色空間1976L*u*v*

國(guó)際照明委員會(huì)改進(jìn)了原有的CIE1964U*V*W*顏色空間，提出采用以下的L*、u*、v*作為三維直角坐標(biāo)的顏色空間，稱為CIELUV顏色空間。它主要用于如電視工業(yè)等加混色（additive mixture）的表示和評(píng)價(jià)。在該空間中，L*為明度，u*、v*表示顏色的色品坐標(biāo)，其計(jì)算公式為：

其中：

上式中，u'、v'和u'n、v'n分別是顏色樣品和CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的CIE1976UCS圖色品坐標(biāo)。上式中，X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值；Xn、Xn、Zn為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體照射到完全漫反射體上，然后反射到觀察者眼中的三刺激值，為了計(jì)算方便，調(diào)節(jié)Yn=100。

2.CIE顏色空間CIE1976L*a*b*

CIE在1976年推薦用于加混色的CIELUV顏色空間的同時(shí)，還推薦了主要用于紡織、印染等表面色料工業(yè)減混色（subtractive mixture）表示和評(píng)價(jià)的CIE1976L*a*b*顏色空間，也稱為CIELAB顏色空間。作為該空間三維直角坐標(biāo)的明度L*和色品坐標(biāo)的a*、b*的計(jì)算公式：

上式中，X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值，Xn、Xn、Zn為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體照射到完全漫反射體上再反射到觀察者眼中的三刺激值（Yn=100）。

CIE1976L*a*b*均勻顏色空間是CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的非線性變換。它將XYZ直角坐標(biāo)顏色空間轉(zhuǎn)換為柱面極坐標(biāo)，將三刺激值XYZ轉(zhuǎn)換成與眼睛視覺相一致的明度L*和色度a*、b*，其中a*、b*與色調(diào)、飽和度的感覺相一致，如下圖所示。

明度的計(jì)算公式如下：

色度的計(jì)算公式如下：

上式中，X、Y、Z分別為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的三刺激值。Xn、Xn、Zn為觀察樣品時(shí)使用的照明光源所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)照明體三刺激值，通常使用D65為標(biāo)準(zhǔn)照明體。

上面L、a、b計(jì)算公式適用于顏色不太暗的情況，即滿足X/Xn、Y/Yn和Z/Zn分別大于0.008856的條件。雖然大多數(shù)顏色測(cè)量場(chǎng)合均能滿足這個(gè)條件，但是當(dāng)顏色測(cè)量環(huán)境比較暗的時(shí)候，這個(gè)公式就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。這時(shí)，這個(gè)公式可以采用它的更廣泛形式：

上式f（X/Xn）和（Y/Yn）為分段函數(shù)，以0.008856為臨界點(diǎn)，在中、亮色調(diào)區(qū)分別為立方根函數(shù)。

色差計(jì)算公式：

通常，測(cè)色儀器是模擬人眼對(duì)顏色感應(yīng)的光學(xué)測(cè)量?jī)x器，這些儀器對(duì)顏色進(jìn)行物理測(cè)量后，其數(shù)據(jù)應(yīng)能預(yù)測(cè)人眼所看到的情況，這時(shí)若想計(jì)算色差還需要有合適的色差計(jì)算公式用來(lái)預(yù)測(cè)目視色差[36]，色差公式的研究已有近百年的歷史，長(zhǎng)期以來(lái)，各國(guó)顏色科學(xué)研究人員為了提出與人眼視覺感官和心理感受相一致的色差公式，做出了大量嘗試和努力，到目前為止已有數(shù)十個(gè)色差公式被提出，并且應(yīng)用于不同領(lǐng)域的各個(gè)方面，其中顏色質(zhì)量控制是色差公式使用最頻繁的領(lǐng)域。為了減少色差公式的使用亂象，1976年國(guó)際照明委員會(huì)正式推薦CIELUV和CIELAB兩個(gè)均勻顏色空間，此后基于這兩個(gè)顏色空間的色差公式得到了廣泛應(yīng)用，尤其是CIELAB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(guó)際照明委員會(huì)推薦使用。該色差公式建立在CIELAB顏色空間之上，L*、a*、b*的值由下式確定：

上式中，X、Y、Z表示被測(cè)物體在標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)（CIE1931或 CIE1964）中的三刺激值。Xn、Yn、Zn表示白物體色的三刺激值。

彩度和色調(diào)角的計(jì)算公式如式下：

其顏色屬性差異可以用△L*、△a*、△b*、△C*ab和△H*ab表示，總色差使用三維空間中兩種顏色坐標(biāo)之間的歐幾里得距離表示，如下所示：

另外一種使用△L*、△C*ab和△H*ab計(jì)算總色差的公式如下所示：

上面兩個(gè)公式計(jì)算出的△E*ab是等價(jià)的。