CIEDE2000色差公式在彩涂板色差检测上的应用研究

范 纯,张小塔,王文彬

(宝山钢铁股份有限公司制造管理部,上海 201900)

彩涂板主要用于建筑和家电行业,美观性和耐久性是其主要优势,丰富多彩的颜色外观是其美观性的重要原因。对于彩涂板生产单位,色差控制是最重要的质量控制指标之一。彩涂板行业检测色差性能目前最多使用的是HunterLab色差公式,该色差公式与人眼的一致性一直以来都存在一定的争议。彩涂板生产单位经常会遇到色差检测合格,但是用户目视不能接受色差的质量异议。因此,引入与人眼一致性更好的色差测定公式一直是彩涂板检测实验室的目标。

CIEDE2000色差公式早在2000年就已经纳入国际标准ISO 11664-6和美国材料协会的色差仪测量色坐标的最新标准ASTM D2244中,该公式作为改进后的色差公式已经在涂料、印刷、纺织等行业得到广泛研究和使用[1-3],但是该公式一直未在彩涂板行业得到应用。本文通过不同色差公式之间的彩涂板色差比对试验及其和人眼目视结果的比较试验,研究了新的CIEDE2000色差公式在彩涂板行业应用的可行性。

1 色差公式在彩涂板行业的应用和发展现状

NCCA(美国卷钢协会)和ECCA(欧洲卷钢协会)近年来都开始对CIEDE2000色差公式开展了研究。NCCA在2017年的一份大会报告中认为,CIEDE2000色差公式越来越广泛地在印刷、纺织等行业应用,他们担心在美国彩涂板行业广泛使用的HunterLab色差公式会被色差仪生产商放弃。NCCA的试验也表明,CIEDE2000相对HunterLab色差公式有一些优势,但是,HunterLab色差公式如果切换成CIEDE2000色差公式,对不同颜色的影响是不同的,因此彩涂板行业也需要积极开展CIEDE2000色差公式的研究。ECCA在2018年的一份大会报告中对CIEDE2000色差公式在彩涂板中的应用试验进行了总结,认为从目前的试验结果来看,CIEDE2000色差公式会极大地降低之前的色差公式存在的设备检测结果和人眼目视之间的差异,建议大家开展更多的相关研究。

国内彩涂板行业目前普遍采用的也是HunterLab色差公式。宝钢彩涂实验室于2019年开始对CIEDE2000色差公式开展研究。

2 试验部分

2.1 仪器

试验采用美国HunterLab LabScan XE型色差仪、美国爱色丽ERX31型色差仪。

2.2 仪器工作条件

色差仪的测量条件见表1。

表1 色差仪的测量条件Table 1 The measuring conditions of colorimeter

2.3 试验方法

选择彩涂板行业用量最大的几类颜色体系的标准板和生产样板,采用表1的色差仪测量条件,分别测量标准板和生产样板的三刺激值X、Y、Z,然后选择色差仪自带的色差公式分别计算得到HunterLab色差公式和CIEDE2000色差公式的色差结果。

3 结果和讨论

3.1 HunterLab色差公式和CIEDE2000色差公式测定结果的差异

ΔE是色差仪色差测定结果的表示方法。

HunterLab色差公式为式(1):

(1)

式中:ΔLH为亮度差异;ΔaH、ΔbH为坐标颜色差异。

CIEDE2000的色差公式为式(2):

(2)

式中:ΔL′为亮度差异;ΔC′为色度差异;ΔH′为色相角差异;KL为亮度参数因子;KC为色度参数因子;KH为色相角参数因子;SL为亮度加权函数;SC为色度加权函数;SH为色相角加权函数;RT为在CIEDEAB颜色空间的蓝色和蓝紫色区域中根据彩度变化计算的旋转度。

因此,为研究这两个色差公式在彩涂板色差检测结果上的差异,需要分别试验验证L、a、b值的不同变化对最终色差ΔE的影响。表2～4为各典型彩涂板颜色在L、a、b值的不同变化情况下,HunterLab色差公式和CIEDE2000色差公式的色差ΔE结果的比对。

由表2～4试验结果可知:对于彩色样品,CIEDE2000色差公式测定结果均比HunterLab色差公式测定结果偏小;对于黑白灰等中性色的样品,当发生变化的是a值时,CIEDE2000色差公式测定结果均比HunterLab色差公式测定结果偏大,其余情况仍是CIEDE2000色差公式测定结果均比HunterLab色差公式测定结果偏小。

表2 黑色和白灰的两个色差公式的差异比对试验结果Table 2 Test results comparison of two color difference formulas of black and white

表3 海蓝和橘黄的两个色差公式的差异比对试验结果Table 3 Test results comparison of two color difference formulas of blue and yellow

表4 绯红和草绿的两个色差公式的差异比对试验结果Table 4 Comparison test results of two color difference formulas of red and green

上述试验结果与CIEDE2000色差公式的修正方向一致,即更加符合人眼对灰色色区的宽容量更小的试验研究结果。

3.2 HunterLab色差公式测定结果与目视结果的一致性试验

组织宝钢彩涂板相关生产、质量和检测人员共13人,对不同HunterLab色差结果的六种典型色差对照图片进行了目视试验。将目视色差分为5个等级进行试验结果的记录,这5个目视色差等级分别为:1级,目视无差异;2级,目视极轻微差异;3级,目视轻微差异;4级,目视明显差异;5级,目视严重差异。目视结果为13名参加试验人员的平均结果。

图1～6分别为黑色、白灰、海蓝、橘黄、绯红和草绿六种典型彩涂板颜色的HunterLab色差公式测定结果与目视结果的相关性分析结果。

图1 黑色HunterLab色差结果与目视相关性分析Fig.1 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in black

图2 白灰HunterLab色差结果与目视相关性分析Fig.2 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in white

图3 海蓝HunterLab色差结果与目视相关性分析Fig.3 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in blue

图4 橘黄HunterLab色差结果与目视相关性分析Fig.4 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in yellow

图5 绯红HunterLab色差结果与目视相关性分析Fig.5 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in red

图6 草绿HunterLab色差结果与目视相关性分析Fig.6 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in green

由图1～6的HunterLab色差结果与目视试验结果的相关性分析可以看出,无论是中性的黑白色,还是鲜艳的颜色,HunterLab色差结果与目视试验结果的相关性都较差。

3.3 CIEDE2000色差公式测定结果与目视结果的一致性试验

如同3.2中,对不同CIEDE2000色差结果的6种典型色差对照图片进行了目视试验。同样将目视色差分为上述5个等级进行试验结果的记录。

图7～12分别为黑色、白灰、海蓝、橘黄、绯红和草绿六种典型彩涂板颜色的CIEDE2000色差公式测定结果与目视结果的相关性分析结果。

图7 黑色CIEDE2000色差结果与目视相关性分析Fig.7 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in black

图8 白灰CIEDE2000色差结果与目视相关性分析Fig.8 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in white

图9 海蓝CIEDE2000色差结果与目视相关性分析Fig.9 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in blue

图10 橘黄CIEDE2000色差结果与目视相关性分析Fig.10 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in yellow

图11 绯红CIEDE2000色差结果与目视相关性分析Fig.11 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in red

图12 草绿CIEDE2000色差结果与目视相关性分析Fig.12 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in green

由图7～12的CIEDE2000色差结果与目视试验结果的相关性分析可以看出,对于人眼不太敏感的彩色样品,CIEDE2000色差公式与人眼的一致性,与HunterLab色差公式相比有了明显的提升;但是对于人眼敏感的中性色样品(黑色和白色),CIEDE2000色差公式与人眼的一致性没有提升,反而有下降。

通过试验发现,人眼敏感的中性色样品,CIEDE2000色差公式与人眼的一致性下降的主要原因是目视试验中,人眼对中性色的L值的变化也比较敏感,但是在CIEDE2000色差公式中没有体现出来。

4 结论

(1) 对于彩色样板,CIEDE2000公式与人眼目视结果的一致性得到了明显的提高,因此彩色样板可以用该公式直接进行ΔE的控制。

(2) 对于CIEDE2000色差公式中性色(黑色、白色)的样品,当发生变化的是a值时,测定结果均比HunterLab色差公式测定结果偏大,其余情况都是CIEDE2000色差公式测定结果均比HunterLab色差公式测定结果偏小。

(3) CIEDE2000色差公式对于中性色(-20