1、CIE 颜色空间下的色差公式在染整中的应用摘要：色差公式在染整行业中具有什么重要的应用。本文主要介绍了几种色差公式，及国内外研究现状，并对他们在染整行业中的应用做了详细论述。关键词：CIE 颜色空间 色差公式 条件等色 计算机配色 应用1 引言在印染工业中配色是生产中的一项重要任务。传统的配色主要用人工的方法，这不仅工作量大，费时耗料，而且在很大程度上受配色人员主观因素的限制，因而供需双方有时会产生相当大的差异，引发纠纷。当今印染行业飞速发展，竞争日趋激烈，尤其是随着网络信息技术的飞速发展，人们对所要交流的信息要求快捷而准确。因此发展纺织品的印染测配色技术与设备近年来受到了高度的重视，是提高产
2、品档次，接轨国际市场，适应新时期准确、快速、优质要求的必然之路 1。2 颜色基本属性颜色具有三个属性，即明度、色相和饱和度。明度表示物体颜色明亮程度的一种属性，是一个与颜色的浓淡相关量。色相是彩色相互区分的特性，是描述颜色色相属性的量。饱和度是一定色相表现的强弱程度，或彩色与同明度无彩色的差别程度。研究发现，一种颜色可以通过按比例混合另外几种颜色而得到。其中所用数量最少的是红、绿、蓝三种颜色，称这三种颜色为三原色。为了匹配某一特定颜色所需三原色的量叫做该颜色的三刺激值。世上的任何一种颜色都可以通过改变三原色的数量匹配出来，这种颜色的匹配原理称为三原色原理 2。3 CIE色差公式3.1 CIEL
3、AB色差公式E*=(L*)2+(a*)2+( b*)2 1/2L*=116(Y/Y0)1/3-16 a*=500(X/X0)1/3-(Y/Y0)1/3b*=200(Y/Y0)1/3-(Z/Z0)1/3式中：X、Y、Z为完全反射漫射体的三刺激值两样品的颜色不同就存在着色差。式中的E*为两样品的色差； L* 、a*、b*分别表示两样品的明度L*和色度a* 、b*之差。3.2 CMC( l c)色差公式CMC ( l c )色差公式，即引入明度权重因子l和彩度权重因子c ，以适应不同应用的需求。该公式由英国染色工作者学会( SDC)颜色测量委员会(CMC)推荐后获得广泛应用。如英国于1988年正式采
4、用其为国家标准(BS6923) ；1989年被美国纺织品染色家协会(AATCC)采用，并形成 AATCC试验方法1731989，其后又于1992 年修订为AATCC试验方法173 1992，并于1995年成为纺织工业的国际标准ISO105J03小色差计算( calculation of small colour difference) ；我国纺织印染行业也等同采用该ISO国际标准为我国的国家标准。具体公式是 ECMC=(L ab /SL)2+(C ab /CSC)2+(S ab /SH)21/2公式中的都是由CIELAB色差公式计算得到的；明度权重因子 l和彩度权重因子c用来调整明度和彩度对总
5、色差的影响程度，所以在不同的应用场合，应取其不同的比值。大量试验表明，在对色差的可接受性评价时，推荐采用L c = 2 1，如在纺织印染行业对产品的质量控制大多采用CMC (2 1)公式；而评价色差的可察觉性时，推荐采用l c =1 1 ， 如对数字系统的色度校正，以及涂料或塑料等行业一般采用CMC (1 1)公式。3.3 CIE1994色差公式CIE1994色差公式是以上公式的补充修正。经过CIE的工业色差评价技术委员会TC1229的总结、分析、测试和评估，国际照明委员会于 1995年推荐用于工业色差评价的新色差公式，称为CIE1994(L Cab Hab )色差模型，简称CIE1994，其
6、色差符号为 E943 。它的具体计算公式为其中: L Cab Hab 均由 CIELAB色差公式计算得到。K L KC KH为参数因子用来调整明度、彩度和色调分色差在总色差中的相对权重。在染整行业中推荐KL=2 K C=KH=1。3.4 CIE2000色差公式CIE2000色差公式是由TCI47技术委员会在在2000年提出的。它是目前为止最新的色差公式。公式如下式中L =Lb - Ls C= Cb - Cs H= 2 (Cb - Cs ) 1 /2 sin(H2) ，h= hb - hCIEDE2000色差公式主要做了如下几项修正：（1）重新标定近中性区域的a*轴，以改善中性色的预测性能；（2
7、）将CIE94公式中的明度权重函数修改为近似V形函数；（3）在色相权重函数中考虑了色相角，以体现色相容限随颜色的色相而变化的事实；（4）包含了与BFD和Leeds色差公式中类似的椭圆选择选项，以反映在蓝色区域的色差容限椭圆不指向中心点的现象 4。CIEDE2000色差公式中的参数因子k L、kC、kH ，仍用于修正实际观测实验条件的变化。因此，可以根据具体的色差评价环境条件，采用前述相关色差公式中类似的方法进行分析和定义。4 CIE色差公式在染整中的应用4.1 CIE色差公式在评价同色异谱方面在生产中，工厂按照客户来样进行生产。它要求再现的颜色样品，在某个选定的照明体下与标准色样的颜色外貌相同
8、。可是在具体的颜色复现过程中，很难做到复制色样与标样的配方和染料特性完全相同，更不用说是异质媒介的颜色复制了然。其实际情况是同色异谱，即两种光谱分布不同的光刺激，其颜色外貌可能完全相匹配。这所造成的问题是当改变成为同色的条件时(如改变照明体的光谱分布) ，颜色匹配就会因遭破坏而变为不同色，俗称”跳灯” 现象。印染行业广范应用CIELAB色差公式评价同色异谱样品的色差。具体计算时先利用三刺激值修正公式对三刺激值进行修正，再将修正好的三刺激值代入IELAB色差公式，最终得到E，即为样品的总色差。引入CIELAB 色差公式计算色差其意义是将抽象的颜色差别具体化，数字化，这在印染行业中是一个里程碑的突
9、破。以往人们凭借经验对样品和成品进行比较，由于人为因素，必然造成一些纠纷，然而数字化后的色差则可以很好地解决这个尴尬局面，起到一个让两边都信服的结果。4.2 CIE色差公式在计算机侧配色方面计算机自动配色主要包括三个要素，即得到初始配方的公式，预测任何色料混合物颜色的光学模型和调整配方使之接近目标颜色的算法，其中最重要的是色料混合光学模型。各种色料的计算机配色的成功与否主要取决于所应用模型的精确度、实用价值和适应性。至今，应用最广泛最普遍也是最成功的光学模型便是由P. Kubelka和F. Munk于1931年提出的二光通理论，即通常所称KubelkaMunk理论KubelkaMunk理论的推
10、导和应用基于如下几个假设条件：(1)适用于不透明介质(如涂料、纺织品、纸张和大多数塑料等)和半透明介质；(2)膜层在水平方向向二维空间扩展，光通量在水平地通过与之垂直的边缘时的损失，与其上下行进时的损失相比，非常小而不必考虑；(3)只考虑向上和向下行进的漫射光通在膜层中穿行时发生的情形 5。其公式是式中为波长，R为反射率， K为吸收系数，S为散射系数。在颜色匹配计算中都将CIE标准照明体D65和CIE 1964标准色度系统作为缺省的颜色匹配条件。当然，用户也可以根据实际需要，选择其它照明光源(如标准照明体A、C等)和CIE 1931标准色度系统。迄今为止，已出现并被应用的色差评价公式有很多，其
11、中比较常用的有HunterLab、CIELAB 、CMC ( l c ) 、CIE94 、CIEDE2000 等， 其中CMC ( l c ) 主要用于纺织印染行业，CIEDE2000是至今最新的色差公式，而应用得最为普遍的仍然是CIELAB公式。4. 3 CIE色差公式与白度度公式的联系白色是在人们的日常生活中十分普遍的一种颜色，也是染整行业中常见的一种颜色。在荧光增白剂出现以前，提高白度，常通过对材质进行漂白，并加蓝或通过优选和纯化材质而达到。通常，接近完全漫射体的氧化镁和硫酸钡，可以认为是理想的白色，而某些材料在添加了荧光增白剂以后，其白度可超过完全漫射体，这给白度的评价增加了复杂性。同
12、的国家和行业曾先后使用过各种不同的白度公式，本文仅介绍其中一些与CIE色差公式有关的公式。这类白度公式是将完全漫反射体的白度定为100，然后用样品的白度与完全漫反射体的白度进行比较，以色差概念来评价样品的白度。这类公式中常见的是亨特(Hunter)白度公式，即：W = 100 - (100 - L ) 2 + K ( a - ap ) 2 + ( b - bp ) 2 1 /2式中: L、a 、b分别为白色样品在Lab颜色空间中的明度指数和色度指数；K 为常数。原则上取值为K = 1；a p、b p 为理想白 (或基准白， L = 100) 在亨特 Lab系统中的色度指数。通常对于不带荧光的样
13、品其取值为a p = bp = 0 ，而对于带有荧光的样品或对不带荧光的样品与有荧光的样品进行比较时，均应取值为a p = 3. 50和b p = -15. 87。另一种常见的公式是:W = 100 - (100 W ) 2 + (U ) 2 + (V ) 2 1 /2 式中:W 、U 、V 按CIE1964W U V 颜色空间的相关公式计算，并认定基准白的W = 100。该公式适用于非荧光样品的白度评价。5 结束语当今信息化时代，颜色的数字化管理已呈必然趋势。计算机测配色能很好地适应小批量、多品种、多色号、颜色质量高指标、交货期短等市场竞争生产方式。中国是纺织大国，其纺织产品要参与国际竞争，
14、其颜色质量的评价与控制必须符合国际规范和准则。因此，中国传统的纺织印染工业必须引入先进的设备和技术，加强技术改革创新来面对新的发展形势，应对新的挑战。参考文献1 董振礼，郑宝海，軤桂芬.测色及计算机配色M.北京:中国纺织出版社，1996.2 徐海松.印染测色配色技术与设备的进展J.印染，2003，NO.12.3 Robertson A R. The CIE 1976 color2difference formulae J .Color Res. 1977，Appl. (2) : 711.4 Luo M R， Cui G， Rigg B. The development of the CIE2000 colour - difference formula: CIEDE2000 J . Color Res. App l. 2001.26: 340350.5 徐海松.计算机测色与配色新技术M.北京:中国纺织出版社，1999.
