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色差测试——Delta E

2022-04-24


在开始我们今天的内容前,先来看张照片

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很明显,同一张图片在不同手机上显示出来的效果是不一样的,造成这个现象的一个很重要的因素是屏幕显示效果的颜色差异,在光学评价体系中叫做色差。简单解释,色差就是颜色的差别。结合上图,我们可以理解为每台手机的显示屏与原始图像相比都有颜色上的差别。那么越接近原始图的那个屏则可认为其表现最好。

国际照明委员会(CIE)成立于20世纪初,旨在对测色、测光和成像等领域进行标准化。从20世纪30年代开始,CIE就已经着手对色差展开了研究,并于1976年提出了DeltaE的概念——DeltaE是一种度量标准,用于量化两种色彩之间的差异。DeltaE数值表示的是“显示色彩”与“输入内容的原始色彩标准”之间的差异。DeltaE值越低就表示准确度越高,DeltaE值越高就表示色差越明显。

通常行业内常用的三个标准分别为:1976年定义的标准DeltaEa*b*也叫CIELAB,1995年正式推行的DeltaE94也叫CIE94,以及现在还在实行的标准DeltaE2000也写作DeltaE00又称为CIE2000。DeltaE2000是由CIE专门成立的工业色差评价的色相和明度相关修正技术委员会TC1-47在2000年时提出的。其目的是为了进一步改善工业色差评价的视觉一致性,向用色工业提供物体色判断的标准。


色差公式发展历程表 

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给出公式前,我们还得先了解一下L*a*b*颜色空间

CIE 1976 LAB 颜色空间简写为CIELAB,在许多文献上,也称CIE 1976 L*a*b* (简写为CIE L*a*b*)颜色空间,或者叫做CIELAB/CIEL*A*B*色差制(CIELAB color difference metric)。CIELAB 颜色系统是使用最广泛的物体颜色度量方法,并作为度量颜色的国际标准。与 CIE 1931 XYZ 颜色空间相比,CIELAB 颜色空间对颜色的描述与视觉感知更加符合。使用CIEL*a*b*颜色空间时,光亮度、色调和饱和度都能够独立调整,因此,在不改变整个图像或者亮度的情况下,可以改变整个图像的颜色。

CIELAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate),如上图中所示。使用对色坐标的想法来自这样的概念:颜色不能同时是红和绿,或者同时是黄和蓝,但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。CIELAB使用L*,a*和b*坐标轴定义CIE颜色空间。其中,L*值代表光亮度,其值从0(黑色)~100(白色)。a*和b*代表色度坐标,其中a*代表红-绿轴,b*代表黄-蓝轴,它们的值从127到-128。a* = b* = 0表示无色,因此L*就代表从黑到白的比例系数。

DeltaEa*b*色差公式

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是不是看起来很熟悉?

的确,你看到的是一个翻版的欧几里得距离公式,因为CIELAB色彩空间是作为一个色彩点的三维矩阵创建的。

LAB色彩空间里的两个点.png

LAB色彩空间里的两个点

DeltaEa*b*优点是能够以数据的方式表示两个颜色的差别,但由于计算是线性的,不能很好的反映人眼对色彩差别的真实感受,且无法解决LAB色彩空间均匀度的问题。那么为了解决DeltaEa*b*的缺点,CIE进行了公式的改进,名为DeltaE94,新的公式考虑到了每个亮度、色度和色调值的加权因素。

DeltaE94色差公式

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DeltaE94将给定的基准值转换为CIE L*C*h(Lch)。与DeltaEa*b*相比,Lch将色调表示为一个角度,而不是无限的颜色点,这使我们能够更容易地对色调进行故障排除和计算。

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Lab在4条色轴上对色调进行分组;Lch在角度上进行分组

DeltaE94肯定是要优于DeltaEa*b*的,但对于感知亮度方面,仍有不足之处,比如整体亮度相近但色调差异很大的两种颜色,DeltaE94的表征能力还是有所欠缺。最终CIE通过对原有公式的进一步完善,推出了目前来讲最复杂但也最准确的色差算法,DeltaE2000。

DeltaE2000色差公式

DeltaE2000色差公式.png

△L’、△C’、△H’:明度差、彩度差、色相差
KL、KC、KH:参数因子SL、SC、SH:权重函数,用于校正颜色空间均匀性RT:旋转函数,校正色空间蓝色区域容差椭圆主轴方向的偏转

色差随RGB亮度变化曲线.png

上图是色差随RGB亮度变化曲线,结果显而易见,DeltaE2000正确地随着亮度的变化而变化,他在亮度从黑变白时保持了正确的权重,DeltaE94就不太正确。另外,DeltaE2000也有效的解决了,由于人眼与色差计在色度图中不同位置的色彩评估方法和形状上的差异,引起的许多色彩评定时测量数据与目测结论不匹配的问题。总而言之,DeltaE2000在理论上是目前和人的视觉最能够相匹配的评价方式。在光学显示测试标准中,DeltaE2000测试又进行了细分,要对124种颜色进行测试。


弗士达科学仪器有限公司,作为一家专注显示行业光学检测系统解决方案的高新技术企业,将各色偏的测试进行了系统化的集成。

均匀性中包含了DeltaEa*b*的计算,同时也增加了DeltaC的计算

图片

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按照CIE标准及ISO标准进行DeltaE94的测试

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按照CIE标准及ISO标准进行DeltaE2000的测试

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每个测试项目中,软件都会自动控制测试产品信号发生装置依次将测试图像输出至待测样品上,每输出一张,对应控制仪器将其光学物理量读出,并后台按照公式进行自动计算,整个测试过程完全无需人员介入。

在DeltaE2000测试中还含有JNCD值的计算,用户选中任一测试图序,软件界面中的色度分布图内还对应显示标准值位置及实际测试值位置,更加直观的观察到色差程度。

同时,为了满足不同用户的测试需求,弗士达针对不同类型不同尺寸的手机、平板、笔记本、显示器、电视等整机及模组都进行了专项开发,制作了专业的测试系统。


弗士达专业测试系统内支持目前行业中所常用的各系列的光学仪器,信号控制方面已应用在测试端的也都完美集成,用于整机的Android系统、IOS系统、Windows系统信号控制功能也都已经进行了相应的完善。目前该套测试系统已交付使用累计超过了1000套,得到了业内用户的认可,今后仍会继续专注于显示测试领域的开发,为满足更多用户测试需求尽一份力量。

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