色度学 第6部分：CIEDE2000色差公式 编制说明

1(一)任务来源第六批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知》立项，计划编号为(二)制定背景公式，其主要修正明度、色度、色相和色度与色相相互作用带来的色差感知变化，确定一个考虑更加全面、计算更加精准的色差公式，以向用色工业提供物完善国内色度学标准体系，为色度学研究和评价提供基础。本次制定紧追国际标准的更新，使标准的结构与内容更加清晰明朗。这对于各种颜色相关的产业2(三)起草过程26日启动。通过深入调研与分析，对该标准的必要性和重要性进行了系统性、科学性的论证，全国照明电器标准化技术委员会于2024年1月提交立项申报文件。2024年8月23日，国家标准化管理委员会批准了标准立项。2024年9月5日，秘书处通过委员信息群和公众号的形式发布了征集同批次推荐性国家标准起草单位的通知，并于9月20日组建起草组，与起草组组长沟通标准起草的时间规划和工作安排。2024年10月22日，起草组在线上召开了《色度学第6部分：CIEDE2000色差公式》国家标准项目启动会，会议上由牵头单位北京工业大学薛鹏老师主要介绍了本标准项目的立项背景、回顾了立项申报标准草案框架，介绍了标准制定方案计划，会议就标准项目时间计划达成共识，启动标准草案研究制定工作。会上，来自北京工业大学、武汉大学、香港理工大学、普瑞光电（厦门）股份有限公司、深圳市小禾乐家科技有限公司等多名起草单位技术专家对标准草案进行研讨。会上，起草组就把拟修改采用的ISO/CIE11664-6:2022国际标准的重点内容逐条做了介绍，收集专家意见并讨论了标准的关键技术内容和下阶段起草工作分工。2024年12月6日，起草组召开组内技术研讨会，并邀请了多名领域内技术专家共同进行技术讨论。牵头单位将结合专家意见形成的《色度学第6部分：CIEDE2000色差公式》征求意见稿初稿与标准验证方案交由会议讨论。起草组认真听取并记录了与会专家的修改完善意见，并于会后对标准文本进行了调整和修改。2025年2月20日，起草组再次召开线上会议，就第3次会议遗留事项进行了讨论。标准牵头单位结合讨论情况对拟争取意见的标准草案、编制说明文件做了进一步修改完善，经起草组全体成员确认后，于2025年2月20日将标准草案、编制说明文件提交全国照明电器标准化技术委员会秘书处。3二、标准编制原则、主要内容及其确定依据，修订国家标准时，还包括修(一)标准编制原则本标准的编写符合GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》、GB/T1.2—2020《标准化工作导则第2部分:以ISO/IEC标准化文件为基础的标准化文件起草规则》，标准立项符合协同开展国际国内标准制修订工作的国家标准化工作导向。本标准的制定符合产业发展的原则、本着先进性、科学性、合理性和可操作性的原则，以及标准的目标性、统一性、协调性、适用性、一致性和规(二)主要技术内容说明(1)本标准的主要技术内容：本文件规定了根据CIEDE2000公式计算色差的方法，适用于描述来自反射或透射物体的两种颜色刺激之间的色差。其主要修正明度、色度、色调和色度与色调相互作用带来的色差感知变化。本文件修改采用国际标准ISO/CIE11664-6:2022，确定一个考虑更加全面、计算更加精准的色差公式，以向用色工业提供物体色差判断的标准。三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会为验证CIEDE2000色差公式的可行性与可靠性，本研究采用了实验验证与文献验证相结合的方法。在实验验证方面，通过对多组标准颜色样本进行测量与分析，将实测色差与理论计算结果进行比较，评估CIEDE2000色差公式在实际应用中的准确性和一致性。在文献验证方面，综合参考了国内外相关研究成果，重点对比CIEDE2000与其他常用色差公式（如CIELAB色差公式）在不同应用场景中的性能表现，以进一步确认其在色彩评价领域的广泛适用性和优越性。这种双重验证方法不仅增强了研究结果的科学性和严谨性，也4为CIEDE2000色差公式在光学、印刷、纺织等行业的推广应用提供了有力支持,验证过程及结果详见附录一。（二）技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益本标准为色彩管理提供科学依据，推动相关产业从粗放式生产向精细化、高附加值方向转型。例如，在纺织行业，可提高颜色一致性与稳定性，减少原材料浪费；在显示设备领域，可优化屏幕色彩还原，提升用户体验和品牌价值。精确的色差评估还将有效减少试色和返工所带来的能源浪费，特别是在染色、喷涂等高耗能、高排放的生产环节。通过提高生产效率和资源利用率，有助于实现绿色制造和可持续发展目标。此外，本文件修改采用国际标准ISO/CIE11664-6:2022，将为我国工业照明等领域建立完善统一的技术体系，有助于规范各行业技术基础，促进协同发展。本次制定能够及时跟进国际标准的更新，提高国际国内标准一致性，推动国内相关行业（如纺织、涂料、印刷、显示器制造等）在色彩质量检测与评估方面与国际上接轨。这不仅有助于提升中国产品在国际市场中竞争力，还能降低国际贸易中的技术壁垒，促进出口贸易和全球产业链的深度融合。综上，CIEDE2000色差公式的引入不仅是技术层面的改进，更是推动中国经济、社会和环境协调发展的重要战略性举措。四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、本标准修改采用ISO/CIE11664-6:2022国际标准，与国际标准的技术内容一致，本次为首次采标制定。五、以国际标准为基础的起草情况，以及是否合规引用或者采用国际国外本标准属于修改采用ISO/CIE11664-6:2022国际标准，不涉及合规引用原文件中引用的国际标准，本标准在制订过程中进行合规性引用，转换和使用与国际标准相对应的同等采用国家标准(包括强制标准或推荐标准)，对于未有对应的国家标准，仍旧保留国际标准的引用，有关本标准引用的国5际标准和国家标准如下:GB/T2900.65电工术语照明（GB/T2900.65-2023，IEC60065-845:2020,IDTGB/T2900.65与IEC60050-845:2020的一致性关系为等同采用，IEC60050-845:2020采用了CIES017中发布的术语。GB/T20147.4色度学第4部分：CIE1976L*a*b*颜色空间（GB/T20147.4-2023，ISO/CIE11664-4:2019,MOD）本标准符合我国现行《标准化法》和《质量法》等法律法规要求，与现行法律法规无冲突和违背情况。本标准产品的技术要求没有知识产权问题。本专业领域标准体系框图如下图所示。本标准属于照明电器标准体系“04照明基础及应用”分领域，“01视觉和颜色”大类。本标准制定过程中无重大意见分歧。本标准不涉及专利情况。6九、实施国家标准的要求，以及组织措施、技术措施过渡期和实施日期的建议本标准在报批后尽快审核并予以发布，在发布后，建议全国照明电器7附录一色差公式的验证(一)实验验证本实验主要验证了色差公式的性能，采用的灰度法被用于该公式的开发工作中[1]，并且被多项相关研究采用[2-4]。实验方法艺卓（EIZO）CS2740专业LED显示器，亮度为350cd/m2，视觉实验中使用了1000：1的对比度，分辨率为3840×2160。显示器白点目标设置为D65（测量的CIE1931坐标：x=0.3128，y=0.3291最大亮度为120cd/m2。观察对象选取了五个颜色中心（CIE推荐的五个颜色中心，即灰色、红色、黄色、绿色和蓝色[5]并生成了与颜色中心距离不同CIELAB单位色差的色块，每个颜色中心生成了12个色块，使用上述显示器呈现。采用柯尼卡美能达CS2000A远程光谱辐射仪测量颜色信息，所有色块与颜色中心的色差不超过5个CIELAB单位，范围是0.95-3.36∆Eb，均值为2.13∆Eb，标准差为0.79。具体见附表。本实验招募被试25名，均为武汉大学学生且通过了石原式色盲测试，其中包含22名女性和3名男性，平均年龄为22.96，标准差为2.46。采用灰度法[6]法评估样本对的颜色差异。灰度样本包括7个颜色不同的颜色样本，他们之间几乎只有明度差异(ΔL*同样使用柯尼卡美能达CS2000A远程光谱辐射仪测量颜色信息，并计算得到每个色样之间的CIELAB色差。同时，将七个灰度样本组成如下图所示的，左侧颜色固定，右侧颜色明度不断提高的灰梯尺，并且标记为0-30分。实测数据表明该灰梯尺色差范围足够大，足以将实验样本覆盖。8图1实验中使用的灰梯尺示意图依照要求设置实验场景：环境光模拟CIE标准光源D65，实验界面设置为缝隙。观察者坐在显示屏前60厘米处，被要求使用灰度方法评估样本对的色差。他们被鼓励将结果报告为0-30内的任意整数。图2展示了由MATLAB搭建的实验界面。样本对以随机顺序显示在屏幕中心，观察者被要求找到与样本对有相似颜色差异的灰度色块对，然后在框内输入对应的评分。1.4.1线性拟合将灰梯尺等级ΔG与对应的仪器测量得到的色差值ΔE进行线性拟合，以便将观察者打分带入得到的拟合方程转化成视觉色差ΔV。经过线性拟合得到拟合方程如式（1）所示。拟合结果较好，R2=0.9994。9△V 0△V△G图3灰梯尺拟合效果示意图标准化残差平方和STRESS是一种多维缩放度量，用于评估色差公式和均匀颜色空间的性能，它结合了Kruskal的Stress-1和VAB的特点[7]。与其他统计指标相比，Garcia的STRESS具有易于进行统计推断的优势，已成功应用于当前的色差公式研究[8,9]。用于测量视觉色差和计算色差之间偏移的STRESS定义为[10]：式中：N是视觉评估中色样对总数；∆vi和∆Ei分别表示第i个实验色样对的视觉色差和计算色差，F1是调整因子。STRESS值越小代表该色差公式与视觉色差一致性越高，即性能越好[2]。2.1STRESS值分析对CIEDE2000色差公式计算得到的样本对色差与视觉评价色差进行STRESS计算，同时也用同样的方式对广泛使用的CIELAB色差公式（即CIE1976L*a*b*均匀颜色空间内色点之间的欧式几何距离）计算了STRESS，其结图4CIEDE2000色差公式和CIELAB色差公式的STRESS平均值和标准差将25名观察者的数据进行平均，CIEDE2000色差公式的平均STRESS值为52.20，而CIELAB的STRESS值为54.76，CIEDE2000性能优于CIELAB。另外，参照Huang等人的研究[2]，本实验所采取的样本对色差大小范围在归类中属于阈值颜色差异（TCD，thresholdcolordifferences此前与之色差范围相近的数据库有BIGC-T1-SG[11]，BIGC-T2-SG[12]，BIGC-T2-G[12]等，这些数据库计算得出的CIEDE2000色差公式STRESS值分别为46.4，48.8和50.3，CIELAB色差公式的STESS值分别为56.4，51.6和56.6。上述数据与本实验结果大致相当。STRESS的一个优势在于可以进行统计检验。例如，如果由色差公式A和B计算的两组不同的计算色差具有相同数量的色样对，则可以使用每个公式的STRESS值对这两个色差公式进行F检验，计算方法如式（4）所示[7]。其中，STRESSA和STRESSB是色差公式A和B的计算色差和视觉色差之间为了表示不同色差公式的计算结果的统计显著性，将计算得到的数值F分成以下情形进行讨论（Fc是具有一定的置信水平和（j-1，j-1）自由度F分布的临界值，j是色差对的总数1)F<Fc：色差公式A显著优于色差公式B；2)F>1/Fc：色差公式A显著差于色差公式B；3)Fc≤F<1：色差公式A优于色差公式B但是不显著；4)1<F≤1/Fc：色差公式A差于色差公式B但是不显著；5)F=Fc：色差公式A和色差公式B性能相同。对本实验中的CIEDE2000色差公式和CIELAB色差公式进行F检验，CIEDE2000色差公式显著优于CIELAB色差公式。(二)文献调研验证本研究不仅通过实验研究获得初步结论，还结合近年来与研究主题相关的关键文献进行进一步验证和论证。目前关于CIEDE2000色差公式验证已较为Cui等人[13]Xu等人[14]心理物理实验法Lee等人[15]料Xu等人[16]人[17,18]非度量多维缩放法心理物理实验法Xie等人[20]PF/3方法Shang等人[21]Cinko等人[22]2001年，Cui等人[13]使134个平均CIELAB色差为2.7的颜色对由10或20名观察者使用灰度法进行评估，来测试CIELAB、CMC、BFD、CIE94、LCD和CIEDE2000色差公式，发现在小色差范围内后者优于其他公式。2002年，Xu等人[14]使用CRT生成的颜色样本，采用恒定刺激法进行了心理物理实验，将其他两个高级色差公式CMC和CIE94以及基本CIELAB方程进行了测试。以PF/3度量为依据，对各个公式预测的色差ΔE与相应的视觉尺度ΔV进行了比较，结果表明CIEDE2000对蓝色中心处的视觉数据进行了很好的预测，其准确率明显优于其他色差公式。前述文献针对的是普通色样的验证，后续研究聚焦于在工业产品中的验证试验，以实践检验公式在更复杂和实际应用场景中的适用性与可靠性。Lee等人[15]和Xu等人[16]采用回归分析法对牙科树脂复合材料和金属陶瓷标本上进行了CIELAB和CIEDE2000计算式的对比，结果表明CIEDE2000的表现优于CIELAB。Gómez-Polo等人[17,18]和Westland等人[19]在牙科树脂盘、瓷器和调色板三种材料上进行视觉实验同样得出上述结论。2024年，Xie等人[20]在编织物色差验证实验中还引入了在纺织、印刷等颜色评估领域广泛使用的色差计算方法CMC(2:1)进行评估对比，结果表明相比其他计算公式，CIEDE2000大大减弱了编织物检测过程中的颜色误差。工业领域需要通过精确的色差评估来保证产品质量的一致性，而计算机视觉则要求更优化的色差计算以提升图像处理和目标识别的准确性。于是2024年，Shang等人[21]通过NCS色卡数据评估CIE1976L*a*b*和CIEDE2000两种色差公式下建立的转换模型（计算机领域RGB颜色空间到CIE1976L*a*b*颜色空间）的效果，发现CIEDE2000色差公式的平均色差更小。Cinko等人[22]在CIELAB颜色空间的四个主要色调区域、亮度值为50（L*=50）的恒定值下测试了四个色CIEDE2000能够改善CIELAB公式对颜色空间中的规则坐标变化不敏感的缺陷。在色差研究领域，不同学者通过大量实验数据的积累以及色差公式的理论分析，提出了多种色差计算模型，如CIELAB、CIE94和CIEDE2000等。这些公式在建立过程中采用了科学的实验方法和数学模型，能够较为准确地描述颜色差异。然而，早期色差公式的研究多集中于颜色的明度和饱和度，忽略了复杂应用场景中颜色感知的非线性变化规律，尤其在视觉感知的细微差异上，其计算精度存在一定局限性。通过对多种材料和应用场景的实测数据验证发现，CIEDE2000色差公式在精准描述颜色感知差异方面表现出显著优势，能修正明度、色度、色相和色度与色相相互作用带来的色差感知变化，为实现更高精度的色差评估提供了可靠的理论基础与实用工具。综上所述，CIEDE2000色差公式可以作为色差判断的标准。123456789SocietyColorCouncil,TheColourGFrançaisdelaCoule[2]HuangM,CuiG,MelgosaM,etal.Powerfunctiofcolor-differenceformulas[J].OpticsExpress,2015,23(1):597-6[3]JiangL,CuiG,MelgosaM,etal.Color-differenceevalOpticsExpress,2021,29(15):24OpticsExpress,2022,30(18):33Fastness-PartA02:GJOSAA,2008,25(7):1828-1834.[9]OleariC,MelgosaM,HuertasR.Euclideancolor-differenceformulaforsmall–mediumcolordifferencesinlog-compressedOSA-UCSspace[J].JournaloftheOpticalSocietyofAmericaA,[10]MelgosaM,GarcíaPA,Gómez-RobledoL