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1、颜 色 管 理 的 标 准 化北方涂料工业研究设计院 王晋海 窦 明 本文扼要地讲述了国内涂料行业，在颜色管理方面的标准化进程和现状。并在遵循国家标准涂膜颜色测量方法的基础上，向读者介绍几种通用和最新的颜色表示系统。本文适合从事涂料配色、施工、以及检验人员阅读。一、发展及现状回顾四十年以前的国内涂料行业，在颜色管理方面是非常落后的，基本上处于无章可循的状态。涂料生产是凭借自制的色卡，来对产品的颜色进行管理。色卡的命名则采用日常用语，如大红、海蓝、湖绿、中灰等。众所周知，漆膜的颜色是千变万化的，采用简单的习惯用语来区分颜色显然是不妥的。另外，各个涂料厂所制备的同一名称的色卡，彼此之间存在着明显的
2、颜色差别，有的差别之大，可令人啼笑皆非。为了改变上述的混乱局面，全国涂料和颜料标准化组织在二十余年前，起草了国家标准GB1881-82 漆膜标准样本，用五十一个标准色样在全国涂料行业中来对漆膜的颜色进行规范（称之为标准色卡）。其色卡颜色的命名，除保留原习惯名称外，并在参照孟塞尔系统表示颜色的方法的基础上，加注了英文字母和数字。如大红R03、海蓝PB05、湖绿BG02、中灰B02等。通过上述系列工作，使得国内涂料行业在颜色管理方面，朝着标准化的道路上迈进了一步，这对规范涂料产品及颜色控制方面起到了积极作用。随着改革开放步伐的加快，采用国际标准及国外先进标准已定为我国基本国策的形势下，全国涂料和颜
3、料标准化组织于上世纪九十年代，又相继起草了国家标准GB/T3181-1995涂膜颜色标准和国家色卡标准GB51001-94 漆膜颜色标准样卡。其色卡的数量也由原来的五十一个增加为八十三个，其色卡颜色的命名，除保留原方式外，并在参照国家标准GB/T15608-1995 中国颜色样卡的基础上，加注了H.V/C C（色调.明度/彩度值）。另外还在涂膜颜色标准的附录A中，列出了八十三个标准色样的三刺激值X10、Y10、Z10和色度坐标值x10、y10及L*、a*、b*值。举例见表一。表一：编号名称H.V/C值三刺激值色度坐标值X10Y10Z10x10y10L*a*b*R03大红7.5R.39/14.8
4、22.5413.635.020.54720.330943.7054.430.88PB05海蓝0.8PB.3.8/9.311.8214.2533.620.19800.238744.59-11.38-31.34BG02湖绿6.9G. 7.0/2.944.2844.3763.510.29780.354572.47-15.064.54B02中灰1.8B. 4.6/0.618.1919.5821.920.30480.328051.36-1.96-1.63随着测色仪器在国内涂料行业中的不断普及，采用更先进的颜色管理方法已势在必行。为此，全国涂料和颜料标准化组织及时起草了国家标准GB11186.1-89涂膜
5、颜色测量方法第一部分 原理，GB11186.2-89涂膜颜色测量方法第二部分 颜色测量，GB11186.3-89涂膜颜色测量方法第三部分 色差计算。至此，国内涂料行业在颜色管理方面已经全面完成了与国际标准化的接轨，这对于建立国内涂料行业的颜色质量管理体系，以及为国内产品打入国际市场奠定了基础。 下面就国内外各种测色仪器能测得的、常用的几种表色系统、色差的计算方法以及在国内涂料行业中的应用做一扼要介绍。二、H.V/C 表色系统为了便于了解颜色管理方面的基理，首先介绍色立体图（见图一）图一、颜色立体示意图色立体是利用三维坐标把颜色知觉的三个属性（色调、明度及彩度）完整的表示出来。图中的每个具体空间
6、位置均代表着一个特定颜色。就颜色而言，它可分为非彩色和彩色两大类：非彩色是指白、黑及其中间不同程度的灰。而彩色是指非色彩之外的一切颜色。1、 色调：又称色相，用H标号。他表示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫或相邻中间色的颜色特征。在色立体图中用色调环来表述。（见图二）图二、颜色色调环色调环中的红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）五色为主色。黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）称为中间色。色调按需要还可以进一步细分，本文不再详述。在国家标准GB6749-86 涂膜颜色表示方法中，将漆膜颜色的有彩色按其色调分成十类，另加无彩色共十一类。见表二表二：颜色红黄红黄
7、绿黄绿蓝绿蓝紫蓝紫红紫无彩色符号RYRYGYGBGBPBPRPN2、 明度：与亮度成正比，用V标号。他表示明暗程度，以理想白为10，理想黑为0。0-10之间按视觉的等距离划分，从0至10分为11级。（见图三左标尺）表三：明度等级与亮度因数之间关系V012345678910Y%0.000.913.046.7412.4320.5031.2644.8661.2079.85100 白10/9/8/彩度C明7/度6/2/4/6/8/10V5/4/3/2/1/0/ 黑 图三、明度标尺与彩度标尺3、 彩度：又称饱和度，用C标号。它表示颜色的浓淡程度。在相邻彩度之间按视觉的等距离划分为0-20。（见图三右侧标
8、尺） 通过对颜色三个基本属性的认识，可以看到任何颜色都可以用H.V/C（彩色）或NV（非彩色）来加以表示。以国家色卡标准GSB51001-94漆膜颜色标准样卡的八十三个样卡中的四个为例；见表四所示 表四：颜色标准H.V/C值大红7.5R 3.9/14.8海蓝0.8PB 3.8/9.3湖绿6.9G 7.0/2.9中灰1.8B 4.6/0.6 根据H.V/C值，可以对颜色进行分析、比较。从而达到指导配色，控制产品的目的。三、Y10 x10 y10 表色系统 测色仪器所测得的颜色三刺激值是各种表色系统的计算基础。针对国内涂料行业，我们首先介绍Y10 x10 y10 1964补充标准色度系统。 其条件
9、是以观察视角为10 o ,在D65标准照明体下，被测物体的反射色。Y10为亮度系数，x10 y10是CIE 1964色度坐标图。（见图四）图四、CIE 1964 补充色度系统色度图 色度坐标由下式确定：x10 = X10/（X10+Y10+Z10） , y10 = Y10/（X10+Y10+Z10） 图四中扇形曲线为光谱颜色轨迹，直线部分为绛紫轨迹。所有颜色均处于由这两条轨迹所围成的马蹄形面积之中。图中D65为CIE所推荐的标准照明体D65在色度图中的色度坐标（x10 = 0.3138、y10 = 0.3310）O点。 以标准中的湖绿色BG02(Y10=44.37,x10=0.2978,y10
10、=0.3545)为例来说明图四的使用方法：1、 主波长：在图中标出湖绿色的色度坐标点M。连接OM作直线延长交于光谱轨迹与F。F点位于498毫微米处，此波长即为湖绿色的主波长，它表示湖绿色在D65照明体下所呈现的颜色色调。色调与波长之间的关系见表五： 表五：色调波长（毫微米）范 围 (毫微米)红700640750橙620600640黄580550600绿510480550蓝470450480紫420400450湖绿色的色调处于绿色范围内，并且主波长接近正绿色。2、 饱和度：在图四中，求OM与OF线段长度之比，即为湖绿色在此主波长下的饱和度。OM = 4,OF = 50则OM/OF= 0.08。饱
11、和度表示颜色的浓淡程度，M点越靠近光谱轨迹，其饱和度越高，当M点落在光谱轨迹上时，其值为1。（即为100%）当M点越靠近0点时颜色的饱和度越低。湖绿色色样的饱和度是很低的，表示它的色感较弱。3、 亮度：Y10为亮度因数，其值越高越明亮。湖绿色色样的Y10值为44.37，说明颜色比较明亮。 附：补色主波长：以标准中的玫瑰红色RP03 (Y10 = 13.02 x10 = 0.4151 y10 = 0.2701)为例，其色坐标点M落在由光谱轨迹两端点与照明体D65的色度坐标点O所围成的三角区域内（见图四），连接OM作直线延长交于绛紫轨迹与F”,可见它没有主波长，需用补色主波长来加以表示。反向做OM
12、直线延长交于光谱轨迹与F,F点即为玫瑰红色的补色主波长，位于493毫微米处。为了区别于主波长，规定在补色主波长前加以负号来表示，其饱和度用“OM/OF”表示。 采用主波长（或补色主波长），饱和度，亮度因数来对颜色进行评定，比只用X10,Y10,Z10三刺激值来表示颜色其效果更为直观，也有利于对颜色的分析，因此Y10,x10,y10表色系统一直被广泛地加以应用。四、L*、a*、b*表色系统 在使用上述x10 y10色度图时，图中两个色度坐标点之间的相等距离，并不能代表相等的人眼感觉之差，既存在着不均匀性。为此，CIE 1976年推荐了L*、a*、b*均匀色空间，简称CIELAB色空间。目前L*、
13、a*、b*表色系统已得到广大使用者的认可。国内涂料行业在国家标准漆膜颜色测量中也规定采用本系统。本系统最大优点在于它的均匀性，更为接近人眼的感觉之差，所以有利于色差比较。 下面介绍L*、a*、b*色空间及色差Eab*的计算：图五、L*、a*、b* 色空间 图中的中央轴L*表示明度，与L*轴垂直的色空间予以刨切的截面用a*、b*标度。a*、b*是以通过L*轴的中心来划分（+）侧和（-）侧。利用测色仪器可以直接测得L*、a*、b*值。 由图五中可以看到L*值越大，其明度越高。a*在（+）侧数值越大，则表示红色程度越高，在（-）测，则表示绿色程度，b*在（+）测数值越大，则表示黄色程度越高，在（-）
14、侧，则表示蓝色程度越高。 在进行颜色比较时，其色差值按下式计算： L* = L*T - L*R , a* = a*T - a*R , b* = b*T - b*R 式中：L*T , a*T ,b*T 为试样测量值 L*R , a*R ,b*R 为标准样测量值 总色差值见下式： Eab* = (L*)2 +(a*)2+(b*)21/2 色差对颜色管理来讲是非常重要的，色差值是指试样的颜色与标准样的颜色，在色度坐标中的几何距离之差，并用数据来加以表示。其单位为NBS。该数值与人眼感觉之间的相应关系如表六： 表六：目视评价程度NBS单位可忽略0-0.5略 有0.5-1.5稍明显1.5-3.0很明显3
15、.0-6.0大 的6.0-12.0极 大12.0以上 至于色差规定为多少较为合适，需根据具体情况而定。国内涂料行业控制产品的色差范围；除要考虑不同的产品的需要外，也可根据供需双方协商来加以确定。五，L*,C*,Ho 表色系统 L*,C*,Ho 表色系统与L*,a*,b* 表色系统在色空间及色差Eab*计算方面都是统一的。但在本系统中采用了明度L*（以直线表示)，彩度C*和色调角Ho（用极坐标表示）来表示颜色的色坐标。它的定义方程见下式： L* = L* C* = (a*)2+(b*)21/2 Ho = arctg (b*/a*) 在进行颜色比较时总色差计算仍用下式计算： Eab* = (L*)
16、2 +(a*)2+(b*)21/2 明度差： L* = L*T - L*R 彩度差： Cab* = Cab*T - Cab*R 式中： L*T、Cab*T 为试样测量值 L*R、Cab*R 为标样测量值当选用本表色系统计算色调差时，一般是不用色调角Ho的,而用色调H*，其色调差H*由下式确定：Hab* = (Eab*)2 (L*)2 (Cab*)21/2这样的规定是明度差，彩度差和色调差的平方和等于总色差的平方。为此国内涂料行业在执行国家标准涂膜颜色测量色差计算的试验报告中，明确规定要以以下形式表示试验结果： 色差Eab*。有必要时也表示明度差L*、彩度差Cab*及色调差Hab*。六、Hunt
17、er L ，a ，b 表色系统 亨特(Hunter)L，a，b表色系统是1966年被推荐的，由于在色差的表述上更为符合人的感觉之差，所以被广泛的予以采用，尤以美、日等几十个国家更为如此。现介绍图六。图六、Hunter (a , b) 管理图 右侧标尺表示明度L，左图表示与L轴相垂直的颜色立体刨切的截面图。L,a,b值由下式确定： L = 10 (Y10)1/2 a = 17.2 (1.0547X10-Y10) / (Y10)1/2 b = 6.75 (Y10-0.9318Z10) / (Y10)1/2 色样的L值越大，其明度越高。a , b值决定色度坐标的位置，即在0360o之间的色调角hab
18、 = arctg (b/a)，以及彩度 Cab = (a2+b2)1/2。 例如：已知色样的L= 80 , a = 30 , b = 40 L值可在由测标尺图中标出，a , b 色度坐标在左侧图中标出，L为80，表示色样明亮度高。其Ø为色调角，约为33o，表示色样呈红橙色，彩度为50，其值越大，表示颜色越鲜艳。 色差值的计算： L = LT LR , a = aT aR , b = bT bR 式中：LT ，aT , bT 为试样的测量值， LR ，aR , bR 为标准样的测量值。 总色差值见下式： E = (L)2+(a)2+(b)21/2七、实例分析下面就以用北方涂料研究设计院
19、生产的 （SC-1测色、色差计）测得的两块色样板的色差数据为例（见图八），结合以上介绍的内容进行实例分析。（图八）是该仪器测量完以后，打印出的一套色差数据，可以看到它给出了三个方阵数据，分别是被测板表色系统数据、标准板表色系统数据、两板之间的色差数据。下面分别对每一个方阵的测量数据所代表的意义和数据做一个简单的分析。1、 Measurand plate MP:001 被测板 缩写：编号X 029.38 Y 038.35 Z 061.38 X10 Y10 Z10 三刺激值Y 038.35 x 0.2267 y 0.2960 Y10 x10 y10 色度系统数据L 068.28 a24.93 b2
20、1.09 L*、a*、b*表色系统数据L 068.28 C 32.66 H0 220.2 L*,C*,Ho 表色系统数据HunterL061.93 a20.79 b21.81 亨特L,a,b表色系统数据被测板数据分析： Y10 x10 y10 色度系统分析：在（图七）CIE 1964 补充色度系统色度图中，以x = 0.2267,y = 0.2960 取坐标点M，连接OM，做OM延长线与光谱颜色轨迹相交于F，大约482nm处即为该被测板的主波长。它表示被测板在D65照明体下所呈现的颜色色调，从色调与波长之间的关系（表五）中看到，颜色为为蓝绿色。饱和度0.38，表示色感一般。Y = 38.35，
21、比较明亮。（为比较明亮的淡蓝绿色）从图五、L*、a*、b* 色空间也可以看到L* = 68.28说明明度较亮， L*,C*,Ho 表色系统分析：彩度C* = 32.66，表示色感一般，色调角Ho = 220.2，落在（图五）中的第三象限呈蓝绿色，L = 68.28说明明度较亮，结论是比较明亮的淡蓝绿色。图七、分析图2、 Standard plate SP:001 标准板 缩写：编号X 034.36 Y 042.09 Z 069.17 X10 Y10 Z10 三刺激值Y 042.09 x 0.2359 y 0.2890 Y10 x10 y10 色度系统数据L 070.93 a18.25 b22.
22、86 L*、a*、b*表色系统数据L 070.93 C 29.25 H0 231.3 L*,C*,Ho 表色系统数据HunterL064.88 a15.77 b24.17 亨特L,a,b表色系统数据标准板数据分析： Y10 x10 y10 色度系统分析：在（图七）CIE 1964 补充色度系统色度图中，以x10 = 0.2359, y10= 0.2890 取坐标点M，连接OM，做OM延长线与光谱颜色轨迹相焦于F，大约480nm处即为该标准板的主波长。它表示标准板在D65照明体下所呈现的颜色色调，从色调与波长之间的关系（表五）中看到，颜色也为蓝绿色。饱和度0.33，表示色感一般，饱和度低于被测板
23、。Y10 = 42.09,比较明亮。比被测板亮一些，（也为比较明亮的淡蓝绿色）从（图五）L*、a*、b* 色空间可以看到，L* = 70.93也说明明度较亮一些， L*,C*,Ho 表色系统分析：彩度C* = 29.25，表示色感比被测板弱，色调角Ho = 231.3，也落在（图五）中的第三象限呈蓝绿色，结论也是比较明亮的淡蓝绿色。Measurand plate MP: 001X 029.38 Y 038.35 Z 061.83 Y 038.35 x 0.2267 y 0.2960L 068.28 a24.93 b21.09L 068.28 C 32.66 H0 220.2HunterL061
24、.93 a20.79 b21.81Standard plate SP: 001X 034.36 Y 042.09 Z 069.17Y 042.09x 0.2359 y 0.2890L 070.93 a18.25 b22.86L 070.93 C 29.25H0 231.3HunterL 064.88 a15.77 b24.17Clour differenceL02.65 E 007.39a06.67 b01.76C03.40 H006.0HunterL02.94 E 006.28a05.02 b02.35被测试样的表色系统数据标准试样的表色系统数据两试样的色差数据图八、（SC-1测色、色差计）
25、打印的测量结果 3、 Clour difference 色差 L02.65 E 007.39 明度差 总色差 a -06.67 b +01.76 色度差 C +03.40 H -006.0 彩度差 色调差 Hunter 亨特色差 L -02.94 E 006.28 明度差 总色差 a -05.02 b +02.35 色度差色差分析：L02.65 说明被测板的明度低于标准板。 E 007.39 说明总色差比较大，见表六。 a -06.67 说明被测板比标准板偏绿。 b +01.76 说明标准板比被测板偏兰。 C +03.40 说明被测板的饱和度高于标准板。 H -006.0 色调差为6。 通过以
26、上色差分析，可以看到尽管两块板都是比较明亮的淡蓝绿色，但总色差还是比较大的，主要问题出在a上，如果能通过减少绿色稍增加蓝色，来改变色调差，再增加白色来降低饱和度和提高明度，就能使总色差降低，达到两块板颜色比较接近的目地。亨特系统由于计算公式略有差别，但结果基本是一致的。八、白度 在有关涂膜颜色测量的国家标准中，涉及到对近白色试样的评定。而白色的测量是项复杂的问题，今后将有专门的文章作详细介绍，所以这里仅对Hunter白度（又称完全白度）加以介绍：在色立体图中，白点处于图的顶端，其明度为100，色度为0。距该点距离越大，白度就越低。越靠近白点，明度越高，而色度越低。白度公式如下：WH = 100
27、 (100 L)2+a2+b21/2 从公式可清楚地看到，当白度为100时的条件为L = 100、a = 0、b = 0。九、小结 国际上对颜色的研究工作是十分重视的，它是一门新兴而又活跃的综合性科学。总的来讲，从应用的角度来看，根本的问题都已得到解决，但有些细节有待发展。本文只能说是在综合国内涂料行业的特点，从实际工作需要入手，向读者简单叙述了标准化进程和一些基本知识及多种表色系统。由于篇幅所限，文中存在的不妥之处，请给于匡正。如需要系统地、详细地了解有关方面的问题可参阅以下资料。 1、色度学 科学出版社 2、颜色测量基础 技术标准出版社 3、颜色测控技术及标准应用手册 国家建材局标准化研究所 4、涂料与颜料标准汇编 中国标准出版社