均匀色空间和色差公式

均匀色空间和色差公式

国家标准 GB/T7921一2008 代替GB/T79211997 均匀色空间和色差公式 Uniformcolorspaceandcolordifferenceformula 2008-06-26发布 2009-03-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管蹬委员会国家标准
GB/T7921一2008 前 言 本标准对应于国际照明委员会出版物CIE15;2004《色度学》和CIE142:2001《对工业色差评价的 改进》,与CIE15:2004和CIE142:2001的一致程度是非等效,主要差异如下 未采用计算AH和H;的部分公式 -调整了计算CIEDE2000色差公式的计算步骤 本标准代替GB/T7921一1997《均匀色空间和色差公式》 本标准与GB/T7921一1997相比主要变化如下 全文名词术语规范化并根据CIE15;2004进行更新 将GB/T7921一1997中的"CIE1976u必'均 匀色品图(CIE1976u'v'图)”“CIE1976L”u”"色空间”“明度指数”分别修改为"CTIE1976均匀 色度标尺图(UCS图)”,“CIE1976(L”u”u*)色空间”和“CIE1976明度”并将“CIELAB色空间 彩度”“CIELUV色空间彩度”“色调角”和“饱和度”等名词分别进行了更新; -修改CIEIAB色空间限制条件的表达式,将0.008856修改为(24/116)3,见本标准式(2)式(8); 增加了AH和AH备选的计算方法; 增加了CIEDE2000色差公式计算方法和对目视评价实验标准条件的描述(本标准第6章):; 删除第7章(色差的表示方法和色差单位)和第8章(色差的计算方法),将相应的内容分别合 并到5.1和5.2中; 本标准表l和表2中与GB/T7921一1997中的表3相比增加了cIE照明体D50,D55和D75 的色度值,以及每个照明体的色品坐标.r,y; 去掉CIE1976均匀色度标尺图照明体C的色品坐标点; 删除表1,表2,表4; 附录A增加了对h.a的非正常值出现情况的说明 本标准的附录A为资料性附录 本标准由全国颜色标准化技术委员会提出并归口 本标准起草单位;计量科学研究院、,深圳市海川实业股份有限公司 本标准主要起草人;马煜、林七戈、陈苹、何唯平、汤惠工 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 -GB/T7921一1987,GB/T7921一1997
GB/T7921一2008 均匀色空间和色差公式 范围 本标准规定了在视觉上近似均匀的CIE1976(L”a"b")色空间和CIE1976(L”u”u)色空间以 及相应的色差公式和CIEDE2000色差公式的计算方法 本标准适用于物体色和光源色的表示以及色差的表示和计算 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 GB/T5698颜色术语 CIE出版物101:1993色差评价中参数的影响 CIE出版物142:2001对工业色差评价的改进 术语和定义 GB/T5698确定的以及下列术语和定义适用于本标准 cIE1976明度cIE1976liehtness 在CIE1976均匀色空间中,表示物体色明度的坐标,符号表示为:L" CIE1976均匀色度标尺图(UCS图 CIE1976均匀色度标尺图由CIE1931色品图作投影转换而得,在视觉上比r，y色品图的颜色空 间更均匀,见图1
GB/T7921一2008 0.n50tt 5O5o 580 510 590 600 610 20680e90-7o 500 0.5邮 D65"E 490 0." 480 0.2 470 460 450 380-410 . . .5 0. 图1CIE1976均匀色度标尺图CIE1931标准色度观察者 图1中A,D65为CI1E标准照明体相应的坐标,E代表等能白光在色品图中的位置 图1中横坐标u'值和纵坐标'值由式(1)给出 4x 4.工 或者u 一XI干z 2.r十12y十3 9Y u= ，或者'= X干I干2 二2千12y十3 式中 x、,Y、Z 样品的三刺激值 当视场在1"一4?之间时,采用CIE1931标准色度系统的三刺激值 X、Y、Z;当视场大于4"时,使用cE1964标准色度系统的三刺激值X0、,Y0、Z0; 样品在cIE1931标准色度系统中的色品坐标r,y或在cIE1964标准色度系统中的色 品坐标.r0 'o,,yI0 CIE1976均匀色空间与色差公式 为获得视觉上较均匀的颜色空间,CIE推荐CIE1976(L”a"b)色空间和CIE1976(L”u”u*)色 空间,并分别规定了色差计算方法 注:本章中用脚标0和1代表用于色差比较的两个样品 CIE1976(L”ab”色空间简称CIELAB色空间 基本坐标 近似均匀的CIELAB三维色空间由直角坐标L”,a”,b”构成,L” ,a”,b”由式(2)确定
GB/T7921一2008 =1l6f(Y/Y一16 2 一50o[(x/X,)一/(YY.) a -(z/Z.)7 CrYM.) 式中: 被测物体色刺激在CIE1931标准色度系统中的三刺激值x.,Y,Z,或在CIE1964标准 X、Y 色度系统中的三刺激值X0,Y0、Zo; X.,Y、Z -给定的白物体色刺激的三刺激值 当(X/X.)>24/116>时. f(X/X,=(xY/XY,)1/3 3) 当(X/X.)<(24/I16'时， f(X/X.=841/108)(X/X.+16/116 当(Y/Y,)>24/116)`时 f(Y/Y,=(Y/Y,)13 当(Y/Y.)<24/1l6时 f(Y/Y,=841/108)YY)十16/116 当(Z/Z.,)>(24/116时 1/3 fZ/Z Z/Z 当(Z/Z.)<24/116时 8 (Z/Z,)=(S41/108)(Z/Z,)+16/1I0 在通常情况下,给定的白物体色刺激是指与被测物体色在相同的光源照明下,完全漫反射体反射到 观察者眼中的色刺激,其三刺激值在数值上即为照明光源或照明体的三刺激值 CIE照明体在CIE1931标准色度系统中的三刺激值X.、Y、Z，见表1 CIE照明体在CIE1964标准色度系统中的三刺激值Xn.10、Y.10、Z.10见表2. CIEL.AB色空间示意图见图2 fa 图2CIEL.AB色空间示意图
GB/T7921一2008 5.1.2明度、彩度和色调 CIELAB色空间中与明度,彩度和色调近似相关的量和计算公式分别是: a CIE1976明度L”,计算方法同式(2)中L" b)CIE1976a,b彩度(简称CIEL.AB彩度)(,计算方法见式(9): 1l/2 =[(a")?+(b)3 CIE1976a,h色调角简称CIELAB色调角)h.山,计算方法见式(10) arctan(b"/a") 10 hab CIELAB色空间量值计算的注意事项见本标准附录A中的A.1、A.2 3 5.1 色差计算 两个颜色样品的CIE1976a,b色差(简称CIELAB色差)AE计算方法见式(11),式(12): a (11 AE;=[(ALy+(A+(心/ 或 12 AE=[(AL+(4C=+(山H] 式中,L是CIELAB明度差,Aa”、是CIELAB色品指数差,计算方法见式(13);C是 CIEL.AB彩度差,计算方法见式(14);_H是CIEL.AB色调差,计算方法见式(I6)或式(I7),式(I8). 计算AE的式(11)和式(12)是等价的 CIELAB明度差和色品指数差 D -L" ”=Li一 13 Aa”=4一ao b一 " CIELAB彩度差 C=C 4 Cd,0 CIELAB色调角差 d 15 Ahu山=hwd,1 hb.0 凶h山计算的注意事项见本标准附录A中的A.4 cIELAB色调差 )1/2 H= -2(ca C.m sin(h山/2 16) 11/" "y- (17 或 AH;-[(AE;'-(. (AC3" 式中公E是通过式(11)计算得到的 对于不在无彩色轴上的小色差,AH,可以按式(18)计算 )1/2 h.o (18 AH，=C.1.Cb.o 式中公h.丽的单位是弧度 注1:H与凶ha的正负符号相同 注2;当ha的绝对值趋近180"时,可不必计算cIEL.AB色调差和彩度差 CIE1976(I”u””)色空间简称CIELUV色空间 5.2. 基本坐标 近似均匀的CIELUV三维色空间是由直角坐标L”,u”,w*构成,I”,u”,w”由式(19)确定: L”=1l6f(Y/Y,)-16 13L”(u'一u', 19) u 13L”U一U U"
GB/T7921一2008 式中: 描述色刺激的量 计算u'、'的表达式见式(1); 给定的白物体色刺激，一般是指cIE照明体照射在完全漫反射体上,再经完全漫反射 Y、u、u 体反射到观察者眼中的色刺激,在数值上即为照明体的色度值 CIE照明体在CIE1931标准色度系统中的u,和,见表1 CIE照明体在CIE1964标准色度系统中的u.0和动.0见表2 当(YY,)>24/116时 20 f(Y/Y)=(Y/Y,)1 当(Y/Y.)<24/116时 /YY.)=(841/108)(YY.)十16/116 21 图3是CIELUV色空间示意图 C 恒定 笼 恒定 A 100 A = 10 50- i 心 S C 4 一00 4 AS Mo am=2" 图3cIEsLUV色空间示意图 5.2.2明度、饱和度、彩度,色调 在cIELUV色空间中和明度、饱和度、彩度、色调近似相关的量和计算公式分别是 a CIE1976明度L”,计算方法同式(2). b)CIE1976u,饱和度(简称CIELUV饱和度)s,计算方法见式(22 1/2 22 =13[(u一4"'十(u'一"] CIE19761 u,u彩度(简称CIELUV彩度)C,计算方法见式(23) =L”s 23 w十可"")" d CIE1976t u,v色调角(简称CIELUV色调角)h丽,计算方法见式(24) =arctan(u”/u* (24 计算式(24)中的h时,可参见本标准附录A中A.2 5.2.3 色差计算 两个颜色样品的CIE1976u，口色差(简称CIELUV色差)AE计算方法见式(25) a (25 上E=[(_L+(u'+(丛u'y']
GB/T7921一2008 式中: L”、Au*,Aw”计算方法参考式(13),并分别用u”,u”替代a、h b CIE1976u,u色调差(简称CIELUV色调差)AH,计算方法见式(26)或式(27): AH”=2(C...)1"sin(公hw/2) (26 式中: h=h.1一h.0 1/2 27 AH=[(4E?一_L”)'一(4C3 &H 与h的正负符号相同 CIEDE2000色差公式1 在进行目视评价时,为使CIEDE2000色差公式的计算结果与目视评价的结果一致,实验条件的设 置应符合目视评价标准条件,见本标准中6.1 注:本章中用脚标b和s代表用于色差比较的两个样品 目视评价标准条件 a)照明:光源模拟CIE标准照明体D65的相对光谱功率分布; 照度;1000lx; b c 观察者;正常色觉者; 视场背景;均匀中性灰,L”=503 d 观察对象:实物; 样品尺寸视角大于！ 样品间隙:两个样品的边缘直接接触以使间隙最小 g 样品色差;AE,<5CIELAB色差单位 h 样品结构:各向同性,无视觉明显可见的纹理和不均匀 6.2cIEDE:2000色差公式的计算 两个颜色样品的CIEDE2000色差按照6.2.1一6.2.6计算 带上划线的量值,表示两个色差样品 该量值的平均值 计算L',a和b[见式(28)和式(297 6.2.1 L'=L (28 (lG =a " 式中G的计算见式(29): C丽 G=0.5 29 十25 式中: a”,b”以及C计算方法见式(2)、式(9). .a 6.2.2计算c'和h'[见式(30)和式(31) 1 CIE把CMC(l:c),CIE94、BFD和LCD色差公式的数据集合并,形成CIEDE2000色差公式
GB/T7921一2008 C' 30 =[(d'+(山y'] arctanb'/a' h 31 6.2.3计算两个颜色样品的AL',AC'和AH'[见式(32)式(34 AL'=L'一L' 32 AC'=C'一C， 33 &H'=2Cin/当 34 式中: &h'=h一h 6.2.4计算加权函数SL,Se,SH[见式(35)式(37] 0.05'-50 35 SL=1十 V20十(一50y" Sc=1十0.045 36 37 1十0.015'T S!= 式中T的计算见式(38): T=1一0.17cos(万'一30)十0.24cos(2'十0.32cos(3万'十6)-0.20cos(4万'十63 (38 6.2.5计算旋转函数Rr[见式(39 Rr=一sin2A6Re 39 式中公6,R的计算见式(40)一式(41): 40 e一30esp(-[('一275)y/25了 Re=2 (41 十25 式中: 平均色调角'和Ae的单位是度(") 6.2.6总色差计算 CIEDE2000总色差的计算方法见式(42) [晨'i慌-i糕,“以点;,” E00 42 式中: -实验条件和目视评价标准条件偏离的校正因子 在标准条件下,kAL.,kec,k目都等于 k1L,kc,kHH 1;当实验条件和标准条件不同时.kL.ke.Aa的取值方法见CIE1011993 注:CIEDE2000色差公式适用于对人眼张角大于4的样品,应使用下脚标10 本标准与CIE142;2001保持一致， 略去下脚标10.
GB/T7921一2008 表1CIE照明体在CIE1931标准色度观察者下的三刺激值和色品坐标 标准照明体 照明体 标准照明体 照明体 照明体 照明体 色度值 D65 D50 D55 D75 X 95.04 95.68 109.85 96.42 94.97 98.07 Y 100.00 100.00 100.00 100.00 l00.00 100.00 35.58 108.88 82.51 92.14 122.61 118.22 0.44758 0.31272 0.34567 0.33243 0.29903 0.31006 0.40745 0.32903 0.35851 0.34744 0.31488 0.31616 0.25597 0.19783 0.20916 0.20443 0.19353 0.20089 u 妙 0.52429 0.46834 0.48808 0.48075 0.45853 0.46089 注1照明体c;代表相关色温大约为6774K的平均昼光 照明体c不属于cIE推荐的昼光照明体,但在一些标 准和应用中仍引用照明体c,在此给出其色度值 注2表中色度值为cIE照明体在波长范围为 380nm~780nm.波长间隔为 5nm 下的计算值 表2CIE照明体在CIE1964标准色度观察者下的三刺激值和色品坐标 标准照明体 标准照明体 照明体 照明体 照明体 照明体 色度值 D65 D50 D55 D75 X0 111.14 94.81 96.72 95.80 94,42 97.29 Yn,0 100.00 00.00 100.00 00.00 100.00 100.00 心 81.43 90,93 116.14 35.20 107.32 120,64 n,10 0.45117 0.31381 0.34773 0.33412 0,29968 0.31039 rn,lo 0.40594 0.33098 0,35952 0.34877 0.31740 0.31905 y'n,lo 0.25896 0.19786 0,21015 0.20507 0.19305 0,20000 l,l0 0.52425 0.46954 0,48886 0.48165 0.46004 0.46255 .1o 注1，照明体c;代表相关色温大约为6774K的平均昼光 照明体C不属于CIE推荐的昼光照明体,但在一些标 准和应用中仍引用照明体c,在此给出其色度值 注2表中色度值为CIE照明体在波长范围为380nm~ -780nm.波长间隔为5nm下的计算值
GB/T7921一2008 附 录A 资料性附录 CIE1976均匀色空间计算与应用的注意事项 A.1当用本标准中的线性公式(4)、(6)、(8)计算X/X、YY.Z/Z，时,可能得到h.的非正常值 非 正常值通常不会出现在表面色的测量和计算中;有可能出现在亮度因数较低,且色品点接近光谱轨迹或 紫红边界的透明物体色的测量和计算中 A.2当a”和b(或u”和")均为正值时,han(或h)介于0"和90"之间 当b"(")为正且a )为负时,ha(或h)介于90"和180"之间; 当a”和b"(或u”和w”)均为负时,h(或h)介于180"和270"之间 当"(")为负且a )为正时,h.或h)介于270"和360"之间 A.3引人CIE1976a,b色调差和u, ,这三者的平 色调差,是为了将色差AE"分解成L”,AC和AH" 方和等于E”的平方,但CIE1976a,b色调角差h.，和CIE1976u,色调角差不具有这种特性 A. 4 当两个颜色的连线穿过a”或u”的正轴,h山或hm应进行士360°修正,以便其数值在士180°范 围内 A5cEL.AB色空间和cEv色空间中的歌几里得距岗可以用于近似表示两物体色刺激之间色差 大小的视觉感知量,前提条件是这两个物体色刺激应是同样尺寸,形状,在同样的从白到中灰的环境下 由明视觉观察者观察,该观察者的适应场色品应与平均昼光的色品接近 如果不满足上述条件,计算的 色差值与人眼知觉的色差量之间的相关性将降低 A.6当被比较的成对物体色对人眼的张角介于1"和4"之间时,应依据cIE1931标准色度观察者计算 的三刺激值X,Y,Z,用于计算L”、a”、b 以及E;Cm.chahm.AH相公H数值 、u" 当被比较的成对物体色对人眼的张角大于4"时,应依据cIE1964标准色度观察者计算的三刺激值 ;以及-E%.m. H.m不 xm,Yw.Zm用于计算Laiab.ui、 o、hb,10、hm,10、 ,C.10、sw.l0、G .C..n" AH.0数值