纺织品中的几种色差评价方法

唐颖，周炜，张欢欢

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 200040）

0 前言

中国是纺织大国，纺织业作为国民经济重要的支柱产业之一，对经济的拉动作用十分明显。在国内外贸易中，色差作为纺织品质量评价中的一项重要指标，一直受到客户的特别关注。由于色差问题而导致最终成品不合格的情况屡见不鲜，对供需双方都会造成较大的经济损失，因此对于色差的评价尤为重要。色差是指物体与比较物体之间的颜色差异，通常是指不包括照明条件、环境和观察目标距离等差异后，非发光物体与标准物体之间的色差[1]。简单来说，色差就是纺织品在视觉上的差异，主要包括纯度、明暗度和色相这3个方面。

现阶段，纺织品检测试验大部分是以人眼观察色差进行评级，而对于仪器及色差公式的了解、认知和应用少之又少。一方面，人眼目光色差评价方式是实验室的首选，检测人员通过对试样色泽变化的观察，与标准样卡进行比较，使大脑获得相应信息，经过综合分析之后得出评定结果，具有快速、易操作的特点。另一方面，检测人员对色差公式具有心理抵触，认为其难以理解且不实用，操作速度慢，无法满足批量化的实验室检测需求。但是，仪器测色将会是今后的大趋势，逐步淘汰人眼目光色差评价方式，更频繁地应用到各行各业。因此，了解纺织品色差的相关基础知识及色差评价方法具有一定的实用性和必要性。

1 色差表示及单位

1.1 色差表示

颜色间的差异值一般以ΔE或DE来表示。ΔE表示为颜色空间中2个色点间的距离，DE则表示2个颜色彼此间的差异值。

1.2 色差单位

色差的单位一般以NBS表示，以Y1/2、a、b色差计算公式计算的绝对值1作为一个单位，这是美国国家标准局在1939年推行的色差计算公式。1个NBS单位大约相当于视觉色差识别阈值的5倍[2]。如果与孟塞尔系统中相邻两级的色差值比较，则1 NBS单位约等于0.1孟塞尔明度值、0.15孟塞尔彩度值、2.5孟塞尔色相值（彩度为1）；孟塞尔系统相邻两个色彩的差别约为10 NBS单位。至于产品颜色差异应当被允许的合适范围区间，要根据检测人员的色彩感觉差别来确定。NBS单位色差值和视觉关系见表1。

表1 NBS单位色差值和视觉关系

2 色差评价方法介绍

常用的纺织品中色差研究方法主要有主观评价法和客观评价法这2种。

2.1 主观评价法

主观评价法即灰卡法，其是以GB/T 250—2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》、ISO 105/A02《纺织品色牢度试验第A02部分：评定变色用灰色样卡》、AATCC EP1—2020《颜色变化的灰度评估程序》等标准的灰卡为依据来评定样品的色差，借助灰卡的级别替代目测评定标样与比对样之间的色差。灰卡一般有5个等级，在整数级别中间再增加1.5级，即常说的5级9档。

在实际试验中，首先，观察者在标准光源灯箱的人工模拟光源照明下进行观察，将所有对比样品随机紧邻变色灰卡放置在同一平面上，要求观察者比较标样与比对样的差异，在标准卡上选择对比样品组色差大小接近的色牢度等级来表示色差大小；然后将每位观察者给出的视觉评级转化为对该样本对的视觉色差。灰卡法存在主观意向强，易受情绪、环境及个人目光疲劳等因素影响的问题。因此，主观评价法容易造成结果的不稳定性。

2.2 客观评价法

客观评价是通过光谱功率分布、颜色密度、颜色三刺激值、色度坐标值等指标客观地表达和评价颜色。客观评价法需用到测色仪，通过仪器测定原织物及经过处理织物样品的相关色度值，再用公式转化为相应的灰卡级数。

长期以来，各国颜色科学的研究人员都在努力提出符合人类视觉和心理感受的色差公式。到目前为止，已经提供了几十种色差公式，以下是5种常用的色差公式。

2.2.1 CIELAB色差公式

CIELAB是基于CIE1976L*a*b*空间建立的最基本的色差公式[3]，在CIELAB颜色空间中，已知2种颜色的亮度值和色度坐标，可以计算这2种颜色之间的色差，公式见式（1）。

式中：L*——CIELAB空间的明度值；

a*、b*——色品坐标；

ΔL*、Δa*和Δb*——CIELAB空间中3个标尺的差值。

如果CIELAB空间在视觉上是均匀的，并且选择了某个颜色中心，则其相应的视觉容差应为颜色空间中的一个球体，并且颜色空间的每个区域应具有相同的半径。但事实上，使用椭球表示CIELAB空间中对应颜色中心的视觉容差更合适[4-5]。

CIELAB色差公式被广泛应用，主要是由于其ΔE的值可以用空间中标准色和样品色的距离计算，被应用于表面色和光源色工业。

2.2.2 CMC（l∶c）色差公式

由于CIELAB色差公式无法在整个颜色空间中获得良好的视觉一致性，FJJ Clarke、R McDonald和B Rigg基于对纺织品色差的研究，于1984年创建了CMC公式。该公式修正了JPC79在深色和中性色颜色区域范围内的计算结果，缩小了其与视觉结果的偏差，并引入了明度权重因子l和c。目前，CMC公式是我国纺织印染行业的国家标准[6]，也是纺织领域使用最频繁的色差公式，CMC公式见式（2）。

式中：ΔL*——标准样品与测试样品之间的明度差；

ΔC*——标准样品与测试样品之间的色度差；

ΔH*——标准样品与测试样品之间的色调差；

SL、SC、SH—三个方向的加权系数；

l、c—分别表示明度系数和彩度系数。

式中，ΔL*、ΔC*、ΔH*可通过CIELAB色差公式计算，在纺织行业中，对色差进行可接受评价时，习惯取l∶c=2∶1。CMC公式在推出以后得到了很广泛的应用，很多国家和组织纷纷使用该公式来替代CIELAB公式。

2.2.3 CIE94色差公式

CIE94色差公式是在合理有效地处理和分析基于物体颜色、RIT-DuPont、Luo-Rigg和Witt的中小色差视觉测试数据的基础上提出的。在染色工业的某些应用中，CIE94色差公式计算的明度、色调和彩度的差异与人眼感知一致，与CMC（l∶c）色差公式结构相类似，具体公式见式（3）。

式中：ΔL*——样品之间亮度的差异；

ΔC*ab——样品之间色度的差异；

ΔH*ab——样品之间色调的差异；

C*ab—标准色样品的CIELAB色度。

式中，ΔL*、ΔC*ab、ΔH*ab可以通过CIELAB色差公式计算，C*ab通常是指标准色样品的CIELAB色度，但当被测样品不分为标准色样品和测试色样品时，C*ab则表示为2者的几何平均值。

CIE色差公式实际上是CMC（l∶c）色差公式的一个修正版本，其研究了色差距离的均匀性和参量对色差的影响，在基本条件下应用无需对参量效应进行校正。

2.2.4 CIEDE2000色差公式

CIE在1998年成立了工业色差评价的色相与明度相关修正技术委员会TC1-47，将理论和试验研究相结合，系统地研究了工业评估总色差中色调差和明度差的贡献度，然后从4个方面改善了CIELAB颜色空间的均匀性，于2001年提出了一个新的色差评价公式CIEDE2000[7]，见式（4）、式（5）和式（6）。

式中：ΔE*00——两个样品之间CIEDE2000色差；

SL、SC、SH——分别代表三个方向（L、C、H）的权重函数；

KL、KC、KH——分别是调整L方向、C方向和H方向的相对宽容量的系数；

RT—旋转函数。

CIEDE2000色差公式并不是创建了一个新的人眼辨别临界区均匀的色空间，而是重新定义了色差计算方法，使得色差计算值与人眼评估更为接近。

2.2.5 CAM16-UCS色差公式

色貌模型（CAM）是研究如何在复杂环境下预测颜色的属性。色貌模型不仅可以解释各种颜色视觉现象，还应用于光源的显色特性及设备色域映射等方面。

色貌模型CAM02的色差公式在跨媒体色彩复制处理图像时会出现一些计算问题，李长军[8]等人提出用CAM16-UCS均匀颜色空间来取代原有的CAM02-UCS，为色彩外观预测和色差评价提供了一种新的解决方案，见式（7）。

式中：ΔJ'——CAM16模型构建的均匀颜色空间的视明度差；

Δa'——红绿坐标的差值；

Δb'——黄蓝坐标的差值。

常用的色差公式的色差值对照表见表2。

表2 常用纺织品色差对照表

3 结论

综上所述，色差的研究理论随时间的推移和科学技术的进步而不断更新，色差公式也随之在明度、彩度、色相及调整因子等方面改进。今后，色差公式将会聚焦在不同观察条件、图像间色差的评价和均匀颜色空间等方面，广泛地应用于更多领域。