CIE顏色空間下的色差公式在染整中的應(yīng)用.doc

CIE顏色空間下的色差公式在染整中的應(yīng)用摘要：色差公式在染整行業(yè)中具有什么重要的應(yīng)用。本文主要介紹了幾種色差公式，及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)他們?cè)谌菊袠I(yè)中的應(yīng)用做了詳細(xì)論述。關(guān)鍵詞：CIE顏色空間 色差公式 條件等色 計(jì)算機(jī)配色 應(yīng)用1 引言在印染工業(yè)中配色是生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要任務(wù)。傳統(tǒng)的配色主要用人工的方法，這不僅工作量大，費(fèi)時(shí)耗料，而且在很大程度上受配色人員主觀因素的限制，因而供需雙方有時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的差異，引發(fā)糾紛。當(dāng)今印染行業(yè)飛速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，尤其是隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)所要交流的信息要求快捷而準(zhǔn)確。因此發(fā)展紡織品的印染測(cè)配色技術(shù)與設(shè)備近年來受到了高度的重視，是提高產(chǎn)品檔次，接軌國(guó)際市場(chǎng)，適應(yīng)新時(shí)期準(zhǔn)確、快速、優(yōu)質(zhì)要求的必然之路1。2 顏色基本屬性顏色具有三個(gè)屬性，即明度、色相和飽和度。明度表示物體顏色明亮程度的一種屬性，是一個(gè)與顏色的濃淡相關(guān)量。色相是彩色相互區(qū)分的特性，是描述顏色色相屬性的量。飽和度是一定色相表現(xiàn)的強(qiáng)弱程度，或彩色與同明度無彩色的差別程度。研究發(fā)現(xiàn)，一種顏色可以通過按比例混合另外幾種顏色而得到。其中所用數(shù)量最少的是紅、綠、藍(lán)三種顏色，稱這三種顏色為三原色。為了匹配某一特定顏色所需三原色的量叫做該顏色的三刺激值。世上的任何一種顏色都可以通過改變?nèi)臄?shù)量匹配出來，這種顏色的匹配原理稱為三原色原理2。3 CIE色差公式3.1 CIELAB色差公式E*=(L*)2+(a*)2+(b*)21/2L*=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為完全反射漫射體的三刺激值兩樣品的顏色不同就存在著色差。式中的E*為兩樣品的色差；L*、a*、b*分別表示兩樣品的明度L*和色度a*、b*之差。3.2 CMC( l c)色差公式CMC ( l c )色差公式，即引入明度權(quán)重因子l和彩度權(quán)重因子c ，以適應(yīng)不同應(yīng)用的需求。該公式由英國(guó)染色工作者學(xué)會(huì)( SDC)顏色測(cè)量委員會(huì)(CMC)推薦后獲得廣泛應(yīng)用。如英國(guó)于1988年正式采用其為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(BS6923) ；1989年被美國(guó)紡織品染色家協(xié)會(huì)(AATCC)采用，并形成AATCC試驗(yàn)方法1731989，其后又于1992 年修訂為AATCC試驗(yàn)方法1731992，并于1995年成為紡織工業(yè)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO105J03小色差計(jì)算( calculation of small colour difference)；我國(guó)紡織印染行業(yè)也等同采用該ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。具體公式是 ECMC=(Lab/SL)2+(Cab/CSC)2+(S ab/SH)21/2公式中的都是由CIELAB色差公式計(jì)算得到的；明度權(quán)重因子l和彩度權(quán)重因子c用來調(diào)整明度和彩度對(duì)總色差的影響程度，所以在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)取其不同的比值。大量試驗(yàn)表明，在對(duì)色差的可接受性評(píng)價(jià)時(shí)，推薦采用L c = 2 1，如在紡織印染行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制大多采用CMC (2 1)公式；而評(píng)價(jià)色差的可察覺性時(shí)，推薦采用l c =1 1，如對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的色度校正，以及涂料或塑料等行業(yè)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補(bǔ)充修正。經(jīng)過CIE的工業(yè)色差評(píng)價(jià)技術(shù)委員會(huì)TC1229的總結(jié)、分析、測(cè)試和評(píng)估，國(guó)際照明委員會(huì)于1995年推薦用于工業(yè)色差評(píng)價(jià)的新色差公式，稱為CIE1994(LCabHab)色差模型，簡(jiǎn)稱CIE1994，其色差符號(hào)為E943。它的具體計(jì)算公式為其中: L Cab Hab均由CIELAB色差公式計(jì)算得到。KL KC KH為參數(shù)因子用來調(diào)整明度、彩度和色調(diào)分色差在總色差中的相對(duì)權(quán)重。在染整行業(yè)中推薦KL=2 KC=KH=1。3.4 CIE2000色差公式CIE2000色差公式是由TCI47技術(shù)委員會(huì)在在2000年提出的。它是目前為止最新的色差公式。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幾項(xiàng)修正：（1）重新標(biāo)定近中性區(qū)域的a*軸，以改善中性色的預(yù)測(cè)性能；（2）將CIE94公式中的明度權(quán)重函數(shù)修改為近似V形函數(shù)；（3）在色相權(quán)重函數(shù)中考慮了色相角，以體現(xiàn)色相容限隨顏色的色相而變化的事實(shí)；（4）包含了與BFD和Leeds色差公式中類似的橢圓選擇選項(xiàng)，以反映在藍(lán)色區(qū)域的色差容限橢圓不指向中心點(diǎn)的現(xiàn)象4。CIEDE2000色差公式中的參數(shù)因子kL、kC、kH ，仍用于修正實(shí)際觀測(cè)實(shí)驗(yàn)條件的變化。因此，可以根據(jù)具體的色差評(píng)價(jià)環(huán)境條件，采用前述相關(guān)色差公式中類似的方法進(jìn)行分析和定義。4 CIE色差公式在染整中的應(yīng)用4.1 CIE色差公式在評(píng)價(jià)同色異譜方面在生產(chǎn)中，工廠按照客戶來樣進(jìn)行生產(chǎn)。它要求再現(xiàn)的顏色樣品，在某個(gè)選定的照明體下與標(biāo)準(zhǔn)色樣的顏色外貌相同。可是在具體的顏色復(fù)現(xiàn)過程中，很難做到復(fù)制色樣與標(biāo)樣的配方和染料特性完全相同，更不用說是異質(zhì)媒介的顏色復(fù)制了然。其實(shí)際情況是同色異譜，即兩種光譜分布不同的光刺激，其顏色外貌可能完全相匹配。這所造成的問題是當(dāng)改變成為同色的條件時(shí)(如改變照明體的光譜分布) ，顏色匹配就會(huì)因遭破壞而變?yōu)椴煌?，俗稱”跳燈”現(xiàn)象。印染行業(yè)廣范應(yīng)用CIELAB色差公式評(píng)價(jià)同色異譜樣品的色差。具體計(jì)算時(shí)先利用三刺激值修正公式對(duì)三刺激值進(jìn)行修正，再將修正好的三刺激值代入IELAB色差公式，最終得到E，即為樣品的總色差。引入CIELAB色差公式計(jì)算色差其意義是將抽象的顏色差別具體化，數(shù)字化，這在印染行業(yè)中是一個(gè)里程碑的突破。以往人們憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)樣品和成品進(jìn)行比較，由于人為因素，必然造成一些糾紛，然而數(shù)字化后的色差則可以很好地解決這個(gè)尷尬局面，起到一個(gè)讓兩邊都信服的結(jié)果。4.2 CIE色差公式在計(jì)算機(jī)側(cè)配色方面計(jì)算機(jī)自動(dòng)配色主要包括三個(gè)要素，即得到初始配方的公式，預(yù)測(cè)任何色料混合物顏色的光學(xué)模型和調(diào)整配方使之接近目標(biāo)顏色的算法，其中最重要的是色料混合光學(xué)模型。各種色料的計(jì)算機(jī)配色的成功與否主要取決于所應(yīng)用模型的精確度、實(shí)用價(jià)值和適應(yīng)性。至今，應(yīng)用最廣泛最普遍也是最成功的光學(xué)模型便是由P. Kubelka和F. Munk于1931年提出的二光通理論，即通常所稱KubelkaMunk理論KubelkaMunk理論的推導(dǎo)和應(yīng)用基于如下幾個(gè)假設(shè)條件：(1)適用于不透明介質(zhì)(如涂料、紡織品、紙張和大多數(shù)塑料等)和半透明介質(zhì)；(2)膜層在水平方向向二維空間擴(kuò)展，光通量在水平地通過與之垂直的邊緣時(shí)的損失，與其上下行進(jìn)時(shí)的損失相比，非常小而不必考慮；(3)只考慮向上和向下行進(jìn)的漫射光通在膜層中穿行時(shí)發(fā)生的情形5。其公式是式中為波長(zhǎng)，R為反射率，K為吸收系數(shù)，S為散射系數(shù)。在顏色匹配計(jì)算中都將CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65和CIE 1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)作為缺省的顏色匹配條件。當(dāng)然，用戶也可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇其它照明光源(如標(biāo)準(zhǔn)照明體A、C等)和CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。迄今為止，已出現(xiàn)并被應(yīng)用的色差評(píng)價(jià)公式有很多，其中比較常用的有HunterLab、CIELAB、CMC ( l c ) 、CIE94、CIEDE2000等， 其中CMC ( l c ) 主要用于紡織印染行業(yè)，CIEDE2000是至今最新的色差公式，而應(yīng)用得最為普遍的仍然是CIELAB公式。4. 3 CIE色差公式與白度度公式的聯(lián)系白色是在人們的日常生活中十分普遍的一種顏色，也是染整行業(yè)中常見的一種顏色。在熒光增白劑出現(xiàn)以前，提高白度，常通過對(duì)材質(zhì)進(jìn)行漂白，并加藍(lán)或通過優(yōu)選和純化材質(zhì)而達(dá)到。通常，接近完全漫射體的氧化鎂和硫酸鋇，可以認(rèn)為是理想的白色，而某些材料在添加了熒光增白劑以后，其白度可超過完全漫射體，這給白度的評(píng)價(jià)增加了復(fù)雜性。同的國(guó)家和行業(yè)曾先后使用過各種不同的白度公式，本文僅介紹其中一些與CIE色差公式有關(guān)的公式。這類白度公式是將完全漫反射體的白度定為100，然后用樣品的白度與完全漫反射體的白度進(jìn)行比較，以色差概念來評(píng)價(jià)樣品的白度。這類公式中常見的是亨特(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分別為白色樣品在Lab顏色空間中的明度指數(shù)和色度指數(shù)；K為常數(shù)。原則上取值為K = 1；ap、bp 為理想白(或基準(zhǔn)白， L = 100) 在亨特Lab系統(tǒng)中的色度指數(shù)。通常對(duì)于不帶熒光的樣品其取值為ap = bp = 0 ，而對(duì)于帶有熒光的樣品或?qū)Σ粠晒獾臉悠放c有熒光的樣品進(jìn)行比較時(shí)，均應(yīng)取值為ap = 3. 50和bp = -15. 87。另一種常見的公式是:W = 100 - (100 W) 2 + (U) 2 + (V) 2 1 /2 式中:W、U、V按CIE1964WUV顏色空間的相關(guān)公式計(jì)算，并認(rèn)定基準(zhǔn)白的W= 100。該公式適用于非熒光樣品的白度評(píng)價(jià)。5 結(jié)束語當(dāng)今信息化時(shí)代，顏色的數(shù)字化管理已呈必然趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)測(cè)配色能很好地適應(yīng)小批量、多品種、多色號(hào)、顏色質(zhì)量高指標(biāo)、交貨期短等市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)生產(chǎn)方式。中國(guó)是紡織大國(guó)，其紡織產(chǎn)品要參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，其顏色質(zhì)量的評(píng)價(jià)與控制必須符合國(guó)際規(guī)范和準(zhǔn)則。因此，中國(guó)傳統(tǒng)的紡織印染工業(yè)必須引入先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，加強(qiáng)技術(shù)改革創(chuàng)新來面對(duì)新的發(fā)展形勢(shì)，應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)1 董振禮，鄭寶海，軤桂芬.測(cè)色及計(jì)算機(jī)配色M.北京:中國(guó)紡織出版社，1996.2 徐海松.印染測(cè)色配色技術(shù)與設(shè)備的進(jìn)展J.印染，2003，NO.12.3 Robertson A R. The CIE 1976 color2difference f