色差仪三刺激值XYZ值与Lab值转换方法介绍

色差仪作为光电仪器，其在测色时模拟的是人眼的视觉系统，利用仪器内部的模拟积分光学系统，把光谱光度数据的三刺激值XYZ进行积分而得到颜色的数学表达式，从而计算出Lab值以及对比色的色差。本文对色差仪三刺激值XYZ值与Lab值转换方法做了介绍。

色差仪三刺激值XYZ值介绍：

CIEXYZ颜色空间，也称CIE1931颜色空间。CIE希望通过该颜色空间下的三个分量（X，Y，Z）能够描述人颜色视觉系统所能察觉的任意一种颜色，其中X和Z定义为颜色的色度，Y为颜色的亮度。

CIEXYZ颜色空间主要应用于分光光度计和数字颜色分析器等分析仪器，它为这一类仪器提供了待分析样本所需的透射或折射的三色光信号。虽然 CIEXYZ颜色空间在分析化学中的相关应用也颇为广泛，但是它所表示的颜色与人眼感知不太一致，导致在不同颜色对比中存在一定缺陷。因此，该颜色模型往往只是用于线性转换到其他颜色空间的过渡颜色空间。

XYZ系统的优点是：XYZ系统是与设备特性无关的颜色空间，通过XYZ色空间作为过渡色空间，可以完成各种设备颜色之间的转换，大大简化了匹配转换的复杂性：XYZ系统与其它颜色系统之间的相互转换比较容易实现。但XYZ系统也存在一些缺点：其一，表色不直观，由一种颜色的X、Y、Z值，人们难以理解它是一种什么样的颜色：其二，XYZ系统中的颜色感受与人眼的感受是非线性的，是不一致的，也就是说XYZ系统是非均匀颜色空间。

CIEXYZ颜色空间稍加变换就可得到Yxy色彩空间，它是在二维图上描述颜色，但与亮度无关。Y为物体的反射比，用%数表示（与反射比为100%的理想漫反射相比较）。它对应于颜色三要素的明度其值就等于三刺激值的Y值。色度坐标x、y对应于色三要素的色调和彩度。x、y色度坐标可由下式算得：x=X/（X+Y+Z）y=Y/（X+Y+Z）（其中X、Y、Z为三刺激值）X轴色度坐标相当于红基色的比例；Y轴色度坐标相当于绿基色的比例，图中没有Z轴色度坐标（即蓝基色所占的比例）。因为比例系数x+y+z=1，Z的坐标值可以推算出来，即z=1-x-y。X、y与颜色的亮度无关，仅仅反映颜色的色相和饱和度，xy色度图可以体现颜色的色度特征。CIEYxy测色制的建立为定量的确定颜色创造了条件。

色差仪Lab值介绍：

CIELab颜色空间是分光测色仪最常用的一种颜色空间，是基于生理特征的均匀颜色空间，是由明度（L）和两个色度分量a、b共三个分量构成，L表示颜色的明度，也常被称作亮度，取值范围在[0，100]，表示从纯黑到纯白。a表示从绿色到红色，-a最小表示绿色，+a最大表示红色，取值范围在[-128，127]，-a到+a是绿色到红色颜色渐变的过程。b表示从蓝色到黄色的范围，同样原理，-b到+b是由蓝色逐渐过渡到黄色的过程，取值范围在[-128，127]。CIELab颜色空间是颜色量化最均匀的颜色分布，在样品色差评比系统中，很多公式都是依赖该颜色空间的，它是颜色差异的规范化空间，能够解决颜色量化的等距度量，其均匀性较好。该颜色空间两点之间的几何距离，与人眼观察物体的色差大小相同。

Hunter Lab系统分别以L、a、b 表示物体反射光的三个量，其中L表示反射光的明度，a表示反射光中红色与绿色的成分，b表示反射光中黄色与蓝色的成分。

CIEL*a*b*（CIELAB）是惯常用来描述人眼可见的所有颜色的最完备的色彩模型。L、a和b后面的星号（*）是全名的一部分，因为它们表示L*、a*和b*。Lab指的是Hunter Lab，它是建立在颜色对立理论基础上的三维直角坐标系，是不带星号的，不同于L*、a*和b*。这两种表色系统都是建立在颜色对立理论基础上的，应用都比较广泛，区分这两种表色系统还是很有必要的。

1.Hunter Lab和CIELAB颜色体系的计算公式不同，虽然都是由X、Y、Z经数学计算而来，但是色度量的取值不同。

2.这两个色度空间与视觉感官的均匀性都存在差异。比如虽然CIELAB色空间是CIE推荐的均匀颜色空间，而实际上CIELAB空间对于人眼的色彩感觉来说也还是不均匀的。即在不同颜色区域，色彩的宽容量数值是不相等的。

色差仪三刺激值XYZ值与Lab值转换方法：

CIELab颜色空间直接基于CIEXYZ颜色空间建立，使用MacAdam椭圆描述颜色差异，并由此建立了线性化的人眼视觉对颜色的视觉感知空间，是一种比CIEXYZ颜色空间更线性、更直观的颜色空间，也就是说颜色空间上相同数量的变化会产生大约相同视觉重要性的变化。和其他颜色空间一样，CIELab颜色空间中每一点代表一种颜色，两种颜色的差异就是其在该颜色空间中的距离，但不同的一点是在CIELab颜色空间中相同颜色距离代表了相同的人眼视觉对色差感知大小，因为L，a和b的非线性关系较好地模拟了人眼视觉在该颜色空间中的非线性响应。在这一颜色空间中，柱坐标L*表示亮度，a*和b*轴代表色度坐标，分别是红-绿坐标和黄-蓝坐标，这三个坐标值均被认为是均匀变化的。这三个属性值可以由XYZ颜色空间的三个属性转化而来。转换公式如下：

其中，在上面的公式中，X、Y、Z指的是物体的三刺激值，这三个属性值是在海明对立坐标理论的基础上建立起来的。Xn、Yn、Zn表示的是CIE标准照明体先照射在完全反射漫反射体上，再经其反射到人们眼中的白颜色物体的三刺激值。光源和观察者的条件分别以D65和10°条件为佳。在不同的光源以及观察者条件下，三刺激值是不同的。若采用D65标准照明体X0=94.811，Y0=100.00，Z0=107.304。

在Hunter Lab系统中，该系统的L，a，b值的表示方法为：

式中 X，Y，Z 为样品的三刺激值。Hunter Lab系统常用于陶瓷工业、塑料工业和纺织工业。