顏色和色差怎么理解？在顏色科學和顏色測量領域，顏色可用顏色三要素來描述，即色調(diào)、明度和飽和度。而色差是指兩個顏色在彩度差、明度差和色相差上的綜合表現(xiàn)。本文對顏色描述的顏色空間類型及色差計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？

顏色是人眼對可見光的視覺感知響應，通常認為可見光的波長范圍在380nm～780nm之間，不同波長的可見光輻射會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，主要原因是物體對光具有選擇性吸收和反射的結果，當采用不同光源照射同一物體時，由于光源的光譜能量分布不同會導致物體呈現(xiàn)出不同的顏色。

在顏色科學和顏色測量領域，顏色可用顏色三要素來描述，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，有了它就可以準確的區(qū)別紅、黃、藍、綠等各種顏色。明度又稱亮度，反映的是人眼對于光源和物體表面明暗程度的感覺，主要由光線的強弱決定，同一色調(diào)中的淺藍、天空藍、深海藍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。當我們從科學的角度描述一種顏色時，這三種屬性需同時出現(xiàn)，不能分離。

色差是指物體和比較對象之間的顏色差異，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，與標準對象之間的顏色差異。定量表示這種差異時，需利用色調(diào)、明度和飽和度這三種顏色屬性的差異來表述，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?，F(xiàn)代色差評定是建立在能夠預測目視色差的色差方程基礎之上的，相關色差公式由國際照明委員會通過大量顏色視覺判斷和色差比較心理實驗數(shù)據(jù)得出，可采用儀器或計算機測量計算，實現(xiàn)較為精確的數(shù)字化表達。

顏色描述空間的類型：

為了更客觀、準確地測量和評價顏色的差別，CIE于1976年正式推薦了兩個改進的均勻顏色空間，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*

國際照明委員會改進了原有的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）的表示和評價。在該空間中，L*為明度，u*、v*表示顏色的色品坐標，其計算公式為：

其中：

上式中，u'、v'和u'n、v'n分別是顏色樣品和CIE標準照明體的CIE1976UCS圖色品坐標。上式中，X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值；Xn、Xn、Zn為CIE標準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，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）表示和評價的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的明度L*和色品坐標的a*、b*的計算公式：

上式中，X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值，Xn、Xn、Zn為CIE標準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標準色度學系統(tǒng)的非線性變換。它將XYZ直角坐標顏色空間轉(zhuǎn)換為柱面極坐標，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。

明度的計算公式如下：

色度的計算公式如下：

上式中，X、Y、Z分別為CIE1931標準色度學系統(tǒng)的三刺激值。Xn、Xn、Zn為觀察樣品時使用的照明光源所對應的標準照明體三刺激值，通常使用D65為標準照明體。

上面L、a、b計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)顏色測量場合均能滿足這個條件，但是當顏色測量環(huán)境比較暗的時候，這個公式就會出現(xiàn)問題。這時，這個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，在中、亮色調(diào)區(qū)分別為立方根函數(shù)。

色差計算公式：

通常，測色儀器是模擬人眼對顏色感應的光學測量儀器，這些儀器對顏色進行物理測量后，其數(shù)據(jù)應能預測人眼所看到的情況，這時若想計算色差還需要有合適的色差計算公式用來預測目視色差[36]，色差公式的研究已有近百年的歷史，長期以來，各國顏色科學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)十個色差公式被提出，并且應用于不同領域的各個方面，其中顏色質(zhì)量控制是色差公式使用最頻繁的領域。為了減少色差公式的使用亂象，1976年國際照明委員會正式推薦CIELUV和CIELAB兩個均勻顏色空間，此后基于這兩個顏色空間的色差公式得到了廣泛應用，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L*、a*、b*構成，國際照明委員會推薦使用。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表示被測物體在標準色度系統(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計算總色差的公式如下所示：

上面兩個公式計算出的△E*ab是等價的。