CIEDE2000色差公式在彩涂板色差檢測上的應用研究

范 純,張小塔,王文彬

(寶山鋼鐵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電行業(yè),美觀性和耐久性是其主要優(yōu)勢,豐富多彩的顏色外觀是其美觀性的重要原因。對于彩涂板生產(chǎn)單位,色差控制是最重要的質(zhì)量控制指標之一。彩涂板行業(yè)檢測色差性能目前最多使用的是HunterLab色差公式,該色差公式與人眼的一致性一直以來都存在一定的爭議。彩涂板生產(chǎn)單位經(jīng)常會遇到色差檢測合格,但是用戶目視不能接受色差的質(zhì)量異議。因此,引入與人眼一致性更好的色差測定公式一直是彩涂板檢測實驗室的目標。

CIEDE2000色差公式早在2000年就已經(jīng)納入國際標準ISO 11664-6和美國材料協(xié)會的色差儀測量色坐標的最新標準ASTM D2244中,該公式作為改進后的色差公式已經(jīng)在涂料、印刷、紡織等行業(yè)得到廣泛研究和使用[1-3],但是該公式一直未在彩涂板行業(yè)得到應用。本文通過不同色差公式之間的彩涂板色差比對試驗及其和人眼目視結(jié)果的比較試驗,研究了新的CIEDE2000色差公式在彩涂板行業(yè)應用的可行性。

1 色差公式在彩涂板行業(yè)的應用和發(fā)展現(xiàn)狀

NCCA(美國卷鋼協(xié)會)和ECCA(歐洲卷鋼協(xié)會)近年來都開始對CIEDE2000色差公式開展了研究。NCCA在2017年的一份大會報告中認為,CIEDE2000色差公式越來越廣泛地在印刷、紡織等行業(yè)應用,他們擔心在美國彩涂板行業(yè)廣泛使用的HunterLab色差公式會被色差儀生產(chǎn)商放棄。NCCA的試驗也表明,CIEDE2000相對HunterLab色差公式有一些優(yōu)勢,但是,HunterLab色差公式如果切換成CIEDE2000色差公式,對不同顏色的影響是不同的,因此彩涂板行業(yè)也需要積極開展CIEDE2000色差公式的研究。ECCA在2018年的一份大會報告中對CIEDE2000色差公式在彩涂板中的應用試驗進行了總結(jié),認為從目前的試驗結(jié)果來看,CIEDE2000色差公式會極大地降低之前的色差公式存在的設備檢測結(jié)果和人眼目視之間的差異,建議大家開展更多的相關研究。

國內(nèi)彩涂板行業(yè)目前普遍采用的也是HunterLab色差公式。寶鋼彩涂實驗室于2019年開始對CIEDE2000色差公式開展研究。

2 試驗部分

2.1 儀器

試驗采用美國HunterLab LabScan XE型色差儀、美國愛色麗ERX31型色差儀。

2.2 儀器工作條件

色差儀的測量條件見表1。

表1 色差儀的測量條件Table 1 The measuring conditions of colorimeter

2.3 試驗方法

選擇彩涂板行業(yè)用量最大的幾類顏色體系的標準板和生產(chǎn)樣板,采用表1的色差儀測量條件,分別測量標準板和生產(chǎn)樣板的三刺激值X、Y、Z,然后選擇色差儀自帶的色差公式分別計算得到HunterLab色差公式和CIEDE2000色差公式的色差結(jié)果。

3 結(jié)果和討論

3.1 HunterLab色差公式和CIEDE2000色差公式測定結(jié)果的差異

ΔE是色差儀色差測定結(jié)果的表示方法。

HunterLab色差公式為式(1):

(1)

式中:ΔLH為亮度差異;ΔaH、ΔbH為坐標顏色差異。

CIEDE2000的色差公式為式(2):

(2)

式中:ΔL′為亮度差異;ΔC′為色度差異;ΔH′為色相角差異;KL為亮度參數(shù)因子;KC為色度參數(shù)因子;KH為色相角參數(shù)因子;SL為亮度加權函數(shù);SC為色度加權函數(shù);SH為色相角加權函數(shù);RT為在CIEDEAB顏色空間的藍色和藍紫色區(qū)域中根據(jù)彩度變化計算的旋轉(zhuǎn)度。

因此,為研究這兩個色差公式在彩涂板色差檢測結(jié)果上的差異,需要分別試驗驗證L、a、b值的不同變化對最終色差ΔE的影響。表2～4為各典型彩涂板顏色在L、a、b值的不同變化情況下,HunterLab色差公式和CIEDE2000色差公式的色差ΔE結(jié)果的比對。

由表2～4試驗結(jié)果可知:對于彩色樣品,CIEDE2000色差公式測定結(jié)果均比HunterLab色差公式測定結(jié)果偏小;對于黑白灰等中性色的樣品,當發(fā)生變化的是a值時,CIEDE2000色差公式測定結(jié)果均比HunterLab色差公式測定結(jié)果偏大,其余情況仍是CIEDE2000色差公式測定結(jié)果均比HunterLab色差公式測定結(jié)果偏小。

表2 黑色和白灰的兩個色差公式的差異比對試驗結(jié)果Table 2 Test results comparison of two color difference formulas of black and white

表3 海藍和橘黃的兩個色差公式的差異比對試驗結(jié)果Table 3 Test results comparison of two color difference formulas of blue and yellow

表4 緋紅和草綠的兩個色差公式的差異比對試驗結(jié)果Table 4 Comparison test results of two color difference formulas of red and green

上述試驗結(jié)果與CIEDE2000色差公式的修正方向一致,即更加符合人眼對灰色色區(qū)的寬容量更小的試驗研究結(jié)果。

3.2 HunterLab色差公式測定結(jié)果與目視結(jié)果的一致性試驗

組織寶鋼彩涂板相關生產(chǎn)、質(zhì)量和檢測人員共13人,對不同HunterLab色差結(jié)果的六種典型色差對照圖片進行了目視試驗。將目視色差分為5個等級進行試驗結(jié)果的記錄,這5個目視色差等級分別為:1級,目視無差異;2級,目視極輕微差異;3級,目視輕微差異;4級,目視明顯差異;5級,目視嚴重差異。目視結(jié)果為13名參加試驗人員的平均結(jié)果。

圖1～6分別為黑色、白灰、海藍、橘黃、緋紅和草綠六種典型彩涂板顏色的HunterLab色差公式測定結(jié)果與目視結(jié)果的相關性分析結(jié)果。

圖1 黑色HunterLab色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.1 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in black

圖2 白灰HunterLab色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.2 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in white

圖3 海藍HunterLab色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.3 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in blue

圖4 橘黃HunterLab色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.4 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in yellow

圖5 緋紅HunterLab色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.5 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in red

圖6 草綠HunterLab色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.6 Correlation between HunterLab ΔE and visual results in green

由圖1～6的HunterLab色差結(jié)果與目視試驗結(jié)果的相關性分析可以看出,無論是中性的黑白色,還是鮮艷的顏色,HunterLab色差結(jié)果與目視試驗結(jié)果的相關性都較差。

3.3 CIEDE2000色差公式測定結(jié)果與目視結(jié)果的一致性試驗

如同3.2中,對不同CIEDE2000色差結(jié)果的6種典型色差對照圖片進行了目視試驗。同樣將目視色差分為上述5個等級進行試驗結(jié)果的記錄。

圖7～12分別為黑色、白灰、海藍、橘黃、緋紅和草綠六種典型彩涂板顏色的CIEDE2000色差公式測定結(jié)果與目視結(jié)果的相關性分析結(jié)果。

圖7 黑色CIEDE2000色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.7 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in black

圖8 白灰CIEDE2000色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.8 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in white

圖9 海藍CIEDE2000色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.9 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in blue

圖10 橘黃CIEDE2000色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.10 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in yellow

圖11 緋紅CIEDE2000色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.11 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in red

圖12 草綠CIEDE2000色差結(jié)果與目視相關性分析Fig.12 Correlation between CIEDE2000 ΔE and visual results in green

由圖7～12的CIEDE2000色差結(jié)果與目視試驗結(jié)果的相關性分析可以看出,對于人眼不太敏感的彩色樣品,CIEDE2000色差公式與人眼的一致性,與HunterLab色差公式相比有了明顯的提升;但是對于人眼敏感的中性色樣品(黑色和白色),CIEDE2000色差公式與人眼的一致性沒有提升,反而有下降。

通過試驗發(fā)現(xiàn),人眼敏感的中性色樣品,CIEDE2000色差公式與人眼的一致性下降的主要原因是目視試驗中,人眼對中性色的L值的變化也比較敏感,但是在CIEDE2000色差公式中沒有體現(xiàn)出來。

4 結(jié)論

(1) 對于彩色樣板,CIEDE2000公式與人眼目視結(jié)果的一致性得到了明顯的提高,因此彩色樣板可以用該公式直接進行ΔE的控制。

(2) 對于CIEDE2000色差公式中性色(黑色、白色)的樣品,當發(fā)生變化的是a值時,測定結(jié)果均比HunterLab色差公式測定結(jié)果偏大,其余情況都是CIEDE2000色差公式測定結(jié)果均比HunterLab色差公式測定結(jié)果偏小。

(3) CIEDE2000色差公式對于中性色(-20