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CIE色差公式及其发展

时间:2020-09-19 10:31来源:德光浦 作者:Han 点击:
CIELUV和CIELAB被广泛应用,主要原因就在于它比较容易地把看到的颜色和色度图中的位置关联起来,色差△E的值可以用空间中标准色和样品色的距离计算,它们分别应用于表面色(减色混合)工业和
    CIE国际颜色标准一个非常重要的任务就是建立色差公式,向用色工业提供物体色判断的标准。下面是Luo科学家对色差公式发展的全面总结。自从第一个CIE色度系统建立以来,有40多个色差公式被研究出来。下面简单介绍色差公式发展的三个阶段:1976年以前及CIELUV和CIELAB,1976年到2001年之间并推荐的CIEDE2000色差公式,以及2001年以后的研究结果。

    1976年以前的色差公式
    1976年以前有20多个色差公式,可以分为三类:基于麦克亚当椭圆的、适合孟塞尔数据的、从CIE色度学系统线性转化过来的。孟塞尔系统是视觉等距的系统,其颜色样本的间距被美国光学学会进行了深入地研究,在1943年公布了出来,同时公布了CIE三刺激值,这可以说是最早的颜色辨别数据。早期的基于孟塞尔系统的色差公式是Nickerson的褪色索引(index of fading)。该类中最成功的色差公式就是ANLAB,它有令人讨厌的五次多项式函数,后来用一系列的立方根函数对其进行了简化,这也就是1976年的CIELAB色差公式。麦克亚当数据包括25个颜色中心,用色度计分区域研究,该数据集也说明了CIEXYZ系统的不均匀性。虽然在该数据集的基础上开发了很多色差公式,但是它们现在都没有被广泛应用,主要是因为视觉的实验结果和表面色的差异很大。从XYZ系统线性转化的这类色差公式被广泛应用于加色混合,比如包括色光、荧光显示。早期的一些公式被研究了出来,包括CIE U*V*W*空间,1976年精练成了CIELUV。CIELUV和CIELAB被广泛应用,主要原因就在于它比较容易地把看到的颜色和色度图中的位置关联起来,色差△E的值可以用空间中标准色和样品色的距离计算,它们分别应用于表面色(减色混合)工业和光源色(加色混合,如TV)工业。

    1976至2001年间的色差公式
    在1976年以前,主要是基于孟塞尔数据和麦克亚当数据的色差公式的发展。它们的观察条件和工业中的观察条件差别很大,基于这一点,公布了许多实验结果。它们中的大多数是在典型的光源观察条件下得到的大表面样本。中等到小的色差数据集表明CIELUV和CIELAB不能够精确地量化它们。由Luo的Rigg、RITDupont、Kim和Nobbs、Witt积累的数据集较好,在获得这些数据集的过程中使用了大量的观察者和样品对,并且观察者浮动变化较小。在CIELAB公式的基础上,用这些数据集研究更高级的色差公式CMC(l:c)、BFD(l:c)、CIE94。每个色差公式的研究都会用到一个或两个数据集,所有的色差公式表明,它们都比CIELAB在预测现有数据集时有了很大的改进。然而,这些色差公式在它们的结果上有很大的差异。基于这一点,国际照明委员会1998年成立了技术委员会TC1-47,主要任务是基于色相和明度的工业色差修正。经过技术委员会成员的紧密协作,在2001年被推荐了名为CIEDE2000的色差公式。它包含了五个方面对CIELAB的校正:明度权重函数、彩度权重函数、色相权重函数、彩度差和色相差的交互项(用来改进蓝色的性能)、调整CIELAB a*的因子(用来改善灰色的性能)。结果表明,CIEDE2000公式对高级的色差公式如CIE94或CMC都有了很大地改进。

    2001年以后的发展
     建立在比较全面的、可用的数据集的CIEDE2000是一个非常好的色差公式,随着色貌模型CIECAM02的提出,建立在此基础上的色差公式也被提出。色差研究还需要新的方向发展,下面是几个新方向。
  1.  几乎所有的色差公式都是在CIELAB基础上的改进,需要与色貌和均匀色空间放在一个整体框架上研究,建立在色貌模型如CIECAM02基础上的均匀颜色空间也许是个比较理想的解决方法。
  2.  所有的色差公式都只能在CIE规定的参考观察条件下使用,所以,需要收集一些新的数据来研究观察参数的变化,比如照明、彩色背景、媒介、物理尺寸、色差大小、分离、织物、照度水平等,这些数据是非常有价值的,这样才能提出不同观察条件的色差公式。
  3.  几乎所有的色差公式都是研究预测一对大的单色物体或色块的色差,不能够评价图像这样刺激小且空间结构复杂的图像间色差。越来越多的应用要求要预测一对图像间的色差,需要发展一个色差公式来满足这一需求。
    CIEDE2000色差公式从合并数据集(COM DATA)推导而得。所谓合并数据集是把CMC(l:c)、CIE94 、BFD和LCD色差公式分别基于的数据集合并。换句话说,CIEDE2000就是综合这四个色差公式长处发展而来。CIEDE2000公式不仅具有对评价小色差更为理想的明度、彩度、色相加权函数,而且还有一个为提高蓝色性能在彩度和色相差之间的参数,以及一个为改善中性灰色对CIELAB a*尺度进行调节的比例系数。CIEDE2000是目前最好的色差公式。



(责任编辑:德光浦)
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