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色差数据与人眼对颜色的分辨
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色差数据 要定量的描述两种颜色的区别时，通常用色差△Eab来表示，而△Eab是在CIE推荐的1976CIE Lab颜色空间的基础上计算得到的，其过程如下：人眼对颜色的分辨 NBS这一色差单位是以贾德(Judd)-亨特(Hunter)建立起来的色差计算公式的单位为基础推导出来的，1939年，美国
&&&&&& 要定量的描述两种颜色的区别时，通常用色差△Eab来表示，而△Eab是在CIE推荐的1976CIE Lab颜色空间的基础上计算得到的，其过程如下：
人眼对颜色的分辨
&&&&&& NBS这一色差单位是以贾德(Judd)-亨特(Hunter)建立起来的色差计算公式的单位为基础推导出来的，1939年，美国国家标准局采纳该色差计算公式，并按此公式计算颜色的色差，当绝对值为1时，称为&NBS色差单位&。后来开发的新色差公式，往往有意识地把单位调整到与NBS单位相接近，例如Hunter Lab以及CIE LAB 、CIE LUV等色差公式的单位都与NBS 单位大略相同（不是相等）。因此，不要误解其他色差公式计算出的色差单位都是NBS。
　　由国家标准局颁布的GB7705-87（平印）、GB7706-87（凸印）、GB7707-87（凹印）国家标准中，对彩色印刷品的同批同色色差为：一般产品&DEab&5.00～6.00，精细产品&DEab&4.00～5.00，同时还将这一质量标准作为国家企业晋升的一项条件。
&&&&&&&&&&&表 NBS单位与颜色差别感觉程度
NBS单位色差值
感 觉 色 差 程 度
0．0～0.50
（微小色差）感觉极微（trave）
（小色差）& 感觉轻微（slight）
（较小色差）感觉明显 （noticeable）
（较大色差）感觉很明显（appreciable）
（大色差）& 感觉强烈（much）
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有些颜色即使是不一样的，人眼也很难察觉。在色度图中这些颜色所在的区域，我们称之为人眼的色差辨别临界区。
右图为代表CIE Lab色空间的a*b*色度图的一部分。图上的白色椭圆代表人眼对饱和度及色调这两个色彩指数的辨别临界区。换句话说，人眼无法辨别出同一椭圆内的颜色色差。我们仔细的分析下这些白色的椭圆，不难看出人眼对CIE Lab色度图（L*a*b*色空间）色差辨别能力有如下四个特征： 1) 人眼对饱和度高的色彩的敏感度较弱，因而，对这类色彩的色差辨别能力较差。（饱和度依赖性较高。）低饱和度时的色彩，其白色椭圆变得接近于圆形，随着饱和度的增加，圆形在饱和度方向上渐渐拉长，在色调方向上渐渐变窄。这就表示虽然颜色的色差相对已经较大了，但人眼对饱和度较高的色彩的分辨能力却在减弱。
2) 色调不同，人眼对色调方向上的色差敏感度也不一样。我们看一下图中的椭圆A和椭圆B，A在色调为120度的位置（黄绿色）而B在色调为180度的位置（绿色），虽然两个位置的饱和度近似，但A椭圆在色调方向上更宽，而B相对较窄。这就表示与A点位置相比，人眼对B点的色调敏感度更高一些。3) 在亮度方向上的色差敏感度也会随着亮度的不同而发生变化。遗憾的是，由于亮度轴是正交于所示平面图，因此我们无法从图中看到在亮度方向上色差敏感度的变化趋势。但是，科学得出这样的结论：在亮度为50左右的地方，人眼的色差敏感度达到最高，不论是沿着更高或者更低的亮度变化，敏感度都是逐步递减的。
4) 在蓝色区域内，人眼的分辨能力在方向上会有所改变。从图中我们可以看到，蓝色区域的白色椭圆的主轴不像其他颜色一样是从中心沿饱和度方向扩展。
这就引起了使用色差计测量与人眼视觉评估之间存在的差异。从右图中可以看到，用红色圆圈表示的在CIE Lab（L*a*b*色空间）中评估色差的常用指数ΔE*ab，在各个饱和度及色调的条件下定义色差的方法都是一个圆圈。另外一个色差常用指数，在图中用蓝色矩形表示的Δa*b*，其在色度图中定义色差的方法都是矩形，不论哪种定义方法、哪种形状，都是与人眼的色差辨别临界区（白色椭圆）有区别的。因此，在我们评估同样的两种颜色的色差时，人眼与色差计计算结果有矛盾和差异的主要原因就在于判断方法和定义形状上的差异。
备注：此处使用的表示人眼色差辨别临界区的白色椭圆图片摘自由M.R. Luo, G. Cui和B. Rigg所撰写的名为&The Development of the CIE 2000 Colour-Difference Formula: CIEDE2000&的论文中的Figure 1（图1），该论文发表于2001年10月出版的第5期（第26卷）COLOR Research and Application（色彩研究与应用）刊物的第341页，图片的使用已获得该期刊及作者的支持和同意。John Wiley & Sons, Inc享有期刊第341页上Figure 1（图1）的版权。色差仪的类别_百度文库
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色差仪的类别
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正确使用色差仪的几个基本问题
　　随着色差仪的普遍应用，人们在如何选择、验收、校准、使用色差仪时有了许多问题和争议，因为色差仪原理涉及色度学、光学、数学、材料学，还有生物学、心理学等方面的综合的知识，而且有些是目前我们的大、中学教育中没有涉及到的，所以出现困惑、疑问和争议是很正常的。这里，针对多数使用者反映的情况，试图就一些基本的概念性的问题作一简单和实用的解疑。
　　首先，颜色是人的大脑对物体的外观色彩特征产生的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事。颜色的测量和数据化管理是一个对视觉感受(包括生理和心理如心情、年龄作用)的测量和管理，由于人与人对颜色敏感度的差异，环境背景的变化以及对颜色、色差的沟通和管理文件了解不足，都会影响视觉对颜色的感受。所以也就只能通过按照国际上指定的颜色系统制造的各种测色仪器解决，由于现代色差仪所提供的数字信息已尽可能做到了与人们的视觉感觉相关连，所以使其在科研和生产活动中得到广泛应用。
　　颜色的测量与普通物理量的测量有很大的区别。比方说选购色差仪时，我们看到的反映仪器技术水平的统一指标中就没有我们平常习惯考察的项目如：误差、精度、分辨率、测量范围等，而是另外一些指标如：重复性△E(标准白板上连续10次)、仪器间一致性△E(12块BCRAII板上测量的平均值)等，这是在选购仪器时要了解的一点。
　　色差仪分为滤色片式色差仪和分光光度计式色差仪，三滤色片式色差仪模仿人眼感受，将通过红绿蓝三个滤色片分别接受的样品反射光信号转换成XYZ或Lab三刺激值。由于很难得到重现性好的滤色器，所以仪器之间的一致性很差，属于入门级的仪器。
　　分光型色差仪是将样品的反射光光谱与照亮样品的入射光光谱之比&样品的反射率，通过仪器内的微电脑按照色度学数学模型计算转换成与标准观察的人眼所对应的视觉感觉的色度学三刺激值。分光色差仪适合任何种类的应用，能模拟所有的CIE规定的标准光源，能给出分光数据和同色异谱指数，有非常好的重复性和重现性，符合国际通用技术标准，是当今最常用的技术。
　　对选择CIE(国际照明委员会)的彩色系统，几个基本的视觉感觉单位是 L;代表亮度，反映从白到灰到黑的无彩色中性颜色给人明暗的感觉。+a代表红色方向，-a代表绿色方向，+b代表黄色方向，-b代表蓝色方向。三者构成了描述颜色的正交的三维空间，这样就给万紫千红的颜色给出了一个可以用解析几何描述的颜色空间，L为纵轴，a，b构成彩色平面。如果将a-b平面转化为极坐标形式，a和b的平方和再开方，是从原点出发的模长，正好描述了颜色三要素里的彩度C(也叫鲜艳度)，C越大，表示颜色越鲜艳，无彩色的中性色，C值就非常小。而a，b构成的正弦角正好描述了颜色三要素里的色相角H，加上代表明暗的明度L(也可叫亮度)。用LCH或Lab三坐标空间的数学方法就全面地描述了所有颜色的特征。现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准，但是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受，尽管如此，并没有影响人们使用一个统一的标准(如CIE规定的)判断综合色差(△E)的大小，色偏(△L、△a、△b)的方向和大致程度。
　　问题1：为什么不用颜色标准板的Lab数值作为控制颜色品质的标准而用色差数据△?
　　人们通常习惯的品质管理都会用一些数据指标加上允许的上下限偏差，但是颜色却不行，都要用真实的色板确定标准。这是因为：
　　1.如上所述，由于颜色理论现有的不足，加上光谱测量的复杂性和数学处理的复杂性，各国各公司按照国际标准研制的色差仪，测量从红到蓝各种同样颜色的同一块色板的结果总有一定的差异。
　　2.就是同一公司的同一型号仪器，目前采用氙灯或卤素钨丝灯照明的传统的分光色差仪，就算新的、正常工作的色差仪。便携式仪器间的一致性达到的水平：例如XTH一般平均是0.15△E，最大要达到0.25△E。只有昂贵的双光束(一束同时检测点亮的照明灯的光谱)的参比级的台式分光色差仪(必须每年定期维护和用传递标准的一套彩砖定标)才可达到0.08△E。这样，测同样一块标准色板，两台仪器读数就会不同。随着仪器使用时间的推移，特别是各台仪器使用者对随机自带的校准白板保管使用的不同，这种差异还会扩大。所以，完全采用Lab数值，即所谓&数字标准&传递颜色标准的难度就很大。这既要求仪器有很高的仪器间一致性指标，又要求仪器有极高的长期稳定性和短期稳定性，仪器的白标准板也不能经常使用(做到可以长期保持稳定不变色)。所以使用传统色差仪的用户，到目前为止，传递颜色标准还大都使用标准色板传递。做不到用颜色标准板的Lab数值作为控制颜色品质的传递标准。
　　3.尽管不同仪器测得的颜色三刺激值有偏差，但是用于同一块参照标准与另外的样板间比较色差，不同仪器测得的色差值：△E, △a,△b却是非常接近的。这也正好是人们对颜色管理的基本要求。所以有了参照标准后，不同仪器测得的色差值就有了实际应用价值。这也是色差仪得到普遍应用的原因。下一个要解决的问题就是如何定义容许的色差，即可接受的允差。各方将通过协议，用参比标准色板和约定的可接受允差来共同建立对产品的颜色管理系统，避开用三刺激值Lab的具体值来管理。这就是颜色管理和大多数常规计量管理的区别。
　　问题2：为什么现在的色差仪要天天校准?为什么还要返厂校准，返厂校准后为什么测量原来的色板数据就变化了?
　　1.市面上大量使用的传统的色差仪采用氙灯或卤素钨丝灯照明，照明灯的光亮度每次测量开启时会有偏差，大型台式机另有一套光栅测色系统同步检测灯的光谱，计算反射率时可以补偿，便携式一般没有。另外灯泡有一个慢慢衰老的的过程(需定期更换)。为克服以上问题，仪器需要每次开机或使用若干小时后，用仪器自带白标准板校准仪器，用来修订灯泡和仪器系统变化的误差。尽管白板使用陶瓷制作，但每天使用就会有一个慢慢变化的过程，一年后，随着白板的慢慢变化和仪器积分球内部硫酸钡涂层被污染和变黄，仪器与原厂出厂时的基准会慢慢偏离。这时候，仪器存储的用户颜色标准数据虽然没有变，但再测试的结果已经有了一个缓慢的偏离。
　　2.鉴于以上原因，按工厂要求仪器每年需返厂用基准定标一次，这样偏离就会不太远。但是由于费用的原因，用户往往要用到仪器出现了故障才会返厂维修，这时，一个普遍的问题是校准好的仪器回来后再测原来的色板，数值就会有一点变化。原因是仪器校准前是一个慢变化，人们察觉不到。工厂按基准校正定标修改了偏离的误差，这是一个突变，重新测样板，变化就察觉到了，变化程度取决于仪器白标准板的变化程度、灯的老化程度、光栅的变化等因素。
　　解决的办法，对在校准前仪器已出现较大误差时测取得的标准板数据，标准数据偏差较大，但因一般时间间隔不长，只要将妥善保管好标准色板取出，再重新测量一次，即可以获得新的正确的标准数据。如果标准数据是在仪器合格状态下测取得，那原标准数据应该是对的，只是校准前的产品样品数据因仪器偏差而偏差。这要根据各自工厂根据这些批次出货去向的用户情况、库存等具体处理。有时为了完成该批次任务，有必要在最近生产的这几批次产品中选出目视可接受的多块样品，用仪器统计模式读取平均值作为该批次的新标准，直到做完该批订单。该新标准存电脑后最好做详细记录和说明，以备将来可能使用。下面提到标准的周期性检查对解决这类棘手问题会有帮助。
　　色差的品质管理
　　尽管不同仪器测得的颜色三刺激值有偏差，但是对于同一块参照标准，不同仪器测得的色差值：△E, △a,△b却是非常接近的。所以就可以建立一个可行的色差的品质管理系统。首先，是色差标准的建立和管理。再就是定义一个双方可接受的允差范围。
　　1.颜色标准的建立和管理
　　颜色标准的管理包括制作颜色标准，保存颜色标准和检查颜色标准数据的长期稳定性。
　　标准色板的制作和保存
　　标准色板的制作和保存是有要求的，大致有以下几点。
　　具有代表性和可重复性
　　表面无灰尘、划痕和无指纹
　　大家使用的参照标准应该由同样的材料制成,而且有一模一样的表面结构。
　　客户和供应商使用的参照标准应该是来自同一批次的。
　　平时标准要储存在黑暗和较低温度的环境中。
　　周期性地对参照标准进行检查以控制其长时期的稳定性。
　　客户和供应商要约定明确的、可重复的测量的条件，如：
　　测量光路(45/0或d/8) & 光源 & 观察器(2?或10?) & 颜色系统 & 取样过程
　　定义样品的制备方法
　　定义测量区域
　　标准可保留同一批次的几块，至少要有一块用黑纸包裹，低温保存。其他作为工作标准供现场使用。
　　标准数据的测量和储存
　　通过仪器可测得参照标准的数据。也需仪器周期性地对参照标准进行检查以控制其长时期的稳定性。
　　标准色板数据的保存和数据恢复
　　虽然仪器显示的是Lab三刺激值，但仪器内部计算的依据是光谱值，仪器可以自动存储标准的光谱数据，数据也可传到电脑保存。但是建议最好保存一份文字的标准色板的数据。
　　保存文字的标准数据，最好采用颜色标准板唯一的400~700nm波长的光谱数据(至少每20nm一个，共16个)。(因为Lab只有三个数据。一个Lab值，理论上可以有无数个光谱数据与其对应。所以可能出现的情况是：两块有不同光谱却有相同Lab值的色板，在与标准光源完全相同的光源条件下看起来是相同样颜色(实际生活中照明环境是经常变化的)，但在相差较大的照明条件下，眼睛看两块色板就有色差了，这就是所谓同色异谱现象。储存并打印出光谱数据存档，万一仪器损坏或电脑损坏数据丢失，有光谱数据输入电脑，通过软件输入仪器，仪器就可以恢复当初的唯一的参照标准。
　　周期性地对标准色板进行检查
　　由于平时参照标准色板都储存在黑暗和较低温度的环境中，颜色是相对稳定的，定期调出仪器储存的该色板标准对该色板做色差测量，可以检查出仪器的稳定性如何，通过记录数据可知是否需要返厂校准仪器，或重新测量并储存一个新的标准数据，以控制标准的长期稳定性。
　　2.允许色差的建立和管理
　　尽管不同仪器测得的颜色三刺激值有偏差，但是对于同一块参照标准，不同仪器测得的色差值：△E, △a,△b都非常接近，可以作为供需双方协议的数字指标。所以获得同一批次的参照标准后，应该做的是定义容许的色差，即可接受的允差，而不是确定三刺激值Lab的具体值。
　　首先，允许的色差不可以小于...
　　* 母标准上的不均质性 和可实现的产品样品的不均质性。
　　* 仪器的偏差 - R&R
　　建议样品的不均质性按以下方法定义 (VDA-推荐):
　　* 在样品上的不同区域测20个读数
　　* 对颜色的单项参数△L、△a、△b进行标准偏差的计算.
　　(可将仪器在统计模式下，设定N=20，再在样品上的不同区域测20个读数，记下每一次的单项参数L，a，b值，仪器会自动计算出20个读值的单项的平均值，计算每一次的单项参数与对应单项平均值的偏差，，分别对20个单项偏差取平方，再相加取和，对和除以19，再开方)
　　其次大家需要了解，人眼观察颜色的一些特点。可接受的容差也就是人眼可接受的颜色色差，这是我们目视所见的事实状况，人们的视觉对不同颜色在国际标准颜色表述体系(如CIE标准)计算出的色差数据接受的程度不同。主要有以下特点：
　　1. 人们对色相H变化要求的允差比较小，也就是说对颜色(如偏红，偏黄等)属性较敏感，要求也最严。相对对色饱和度C(鲜艳程度)的允差要求就宽一些(如红的程度)。
　　2. 人们对色饱和度大的颜色(鲜艳、色浓)的允差要比色饱和度小的颜色(浅色、淡色)宽容。也就是说，对浅的颜色或者说接近中性的颜色，人们对色差更敏感，要求更严格，允差要小。
　　3. 允差大小的设置还取决于色相，例如：对绿色范围内的允差可以比蓝色范围内的允差大一些，因为人们对绿色色差更宽容。
　　面对如此复杂的情形，一般可行的简单办法是：
　　1. 准备好前述的参照标准板(母板)。
　　2. 收集一大批(如20~30片以上)不同批次的同色色板，请视力合格的人，最好包括视力合格的客户一起在标准光源箱里，与参照标准色板对比挑选，通过视觉评估，选出：好、临界警告、差的样板，最终分出合格与不合格的样板。
　　3.测量所有样板与母板的色差△L、△a、△b、△E，通过分别对各单项色差的正负值列表，找的各单项色差合格样板与不合格样板的色差边界，这些边界值就是供需双方约定的该参比标准的合格与不合格的界限。
　　虽然各自的色差仪不同，但按约定，明确了可重复的测量的条件，通过各自测量标准色板建立起了各自的标准色板的数据文件，虽然这时的Lab数据绝对值有些差异，但绝对是同一个颜色标准，只要妥善保管，是可以追溯的。加上经过人眼实际所见事实验证的、大家一致可接受的允差数据：&△L、&△a、&△b，就建立了数字和目视都可接受的颜色管理体系，这里一定不要忽略前述关于颜色标准管理的几个注意点。
　　小结：
　　1.色差仪的选择与产品的商业价值有很大关系，对小批次、低价值的产品，可选择入门级的滤色片色差仪，因为必须在现场用标准色板比对，标准色板使用频繁，颜色改变较大。对那些短期、小批次、价值低的生产是可以满足要求的。但对体现高价值商品、品牌商品、批量规模使用的商品，颜色的一致性和长期稳定性要求非常高，只有可以储存颜色的&指纹&&颜色光谱的分光型色差仪，因只需很有限的使用标准色板、故而能保护好标准色板，所以才可以满足生产的要求。
　　2.与通常大家习惯的常规物理参数的品质数字管理不同，目前的技术实现颜色管理完全的数字化有很大的困难，还不能用L、a、b颜色三坐标的绝对值管理色差。所以，只有通过正确获取和妥善保管颜色参照标准，并花费一定的精力和时间建立该颜色的合理的目视允差标准，再通过色差仪做每天日常颜色的色差管理和控制，才可以确保整个供应链所生产产品的颜色色差，始终不会超过当初制定的允差范围。
　　3.色差仪每天使用的校准白板总会有一个缓慢的变化，由此造成仪器慢慢偏离工厂出厂时存入仪器的基准数据。这样，早期测量的标准色板数据与晚期测量的标准色板出现偏差是不可避免的。定期返厂校准，原工厂通过国际传递的基准校准(12块BCRAII板上)定标，仪器才可以回到出厂时的基准。需要注意的是，将跑偏的仪器校回来后，用校准后仪器的标准数据测量实际色板，与校准前仪器测量的数据对比，可能会有一些变化，其程度取决于仪器慢变的程度，所以要有一个心理准备。并制定相应的对策。
　　4.本文小结了生产现场经常遇到的一些颜色问题，诸如对颜色管理方式、仪器选购、仪器使用、仪器校正前后可能出现的现象等的原因，简述了如何正确理解这些问题的的基本原理和解决这些问题的具体建议，不同行业生产实践中颜色的情况千差万别，判别色差的理论和方法也在发展中，这里仅是做了基础解疑的工作，希望广大读者批评指正。
　　5.这里顺便介绍一点：德国生产一种受专利保护的用多色LED照明，采用分时采样分解。
　　光谱的分光色差仪，避免使用色散光谱的衍射光栅，故具有极高的长短期稳定性，照明灯保用十年，仪器仅需3个月用仪器自带白板标准校准一次(仪器自带白标准版使用很少，得到了很好的保护)，经近10多年的时间考验和改进，仪器的长期稳定性和对环境温度变化的适应性都相当不错。便携式仪器的重复性可达到0.01△E，仪器间的一致性小于0.2△E，这样就为采用Lab数值，即&数字标准&传递颜色标准准备了必要的条件。
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(责任编辑：guanliyuan02)
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