由 CIE 1931 XYZ 演變到 CIE 1976 Lab*：色彩空間的重大轉型

在現代顏色測量與管理領域，CIE 1931 XYZ 色彩空間與 CIE 1976 Lab* 色彩空間是最常見的兩個國際標準。兩者雖然都由國際照明委員會（CIE）制定，卻代表了色彩科學從「物理量化」走向「視覺均勻性」的關鍵轉變。本文將說明這兩個系統的核心差異、演進背景與實際意義。

一、CIE 1931 XYZ 色彩空間：物理量化的奠基

1931 年，CIE 根據大量人類視覺實驗數據，定義了標準觀察者（Standard Observer）模型，並建立了 CIE 1931 XYZ 色彩空間。這是色彩科學史上第一個被廣泛接受的客觀顏色表示系統，其核心特點如下：

  • 以三刺激值 X、Y、Z 表示所有可見顏色。
  • Y 值直接對應亮度（luminance），符合光度學定義。
  • 色度座標 x、y 由 X、Y、Z 線性轉換而來，形成 xy 色度圖（chromaticity diagram）。
  • 該空間的目的是實現顏色匹配，而非追求感知均勻的色差計算。

然而，CIE 1931 xy 色度圖存在明顯缺陷：相同距離的兩點在不同區域所代表的視覺色差大小差異極大。例如，在藍綠區域的微小移動會造成極大感知差異，而在綠色區域則幾乎無感。這使得 xy 圖無法直接用於計算可感知的色差。

二、為何需要更均勻的色彩空間？

隨著工業應用（印刷、紡織、塗料、塑膠等）對顏色一致性要求的提高，企業與研究機構迫切需要一個「視覺均勻」的色彩空間。所謂均勻，指的是在空間中任意兩點的歐幾里德距離應大致對應人眼感知的色差大小。

從 1940 年代到 1970 年代，科學家提出了多種嘗試，包括 MacAdam 橢圓、Judd 均勻色空間、Munsell 重新標定、OSA-UCS 等，但這些系統或過於複雜，或仍未達到理想的均勻性。

三、CIE 1976 Lab* 色彩空間的誕生

1976 年，CIE 發布了 CIE Luv*（適用於自發光體）與 CIE Lab*（適用於反射/透射物體）兩個新色彩空間。其中 Lab* 迅速成為產業主流，其設計目標明確：

  • 追求感知均勻性（perceptual uniformity）。
  • 保留與 XYZ 的可逆轉換關係，便於與既有系統相容。
  • 採用立方根壓縮（cube-root compression）處理非線性亮度感知。

轉換公式（簡化版）如下：

L* = 116 f(Y/Yn) − 16 a* = 500 [f(X/Xn) − f(Y/Yn)] b* = 200 [f(Y/Yn) − f(Z/Zn)]

其中 f(t) = t^(1/3)（當 t > (6/29)^3 時），Xn、Yn、Zn 為標準白點的三刺激值。

Lab* 空間的特點：

  • L* 軸近似於人眼對明度的對數感知。
  • a*、b* 平面大致對應紅綠與黃藍對立通道，距離與色調、彩度感知較為線性。
  • 色差計算 ΔEab = √[(ΔL)² + (Δa*)² + (Δb*)²] 成為業界標準。

目前市場上許多高精度分光測色儀已全面支援 CIE 1976 Lab* 空間，並提供完整的 ΔEab 與更先進的 CIEDE2000 計算功能。例如，支點科技在台灣授權代理的3nh 品牌中的 Aurora、TS26D、FTS7000 等型號均內建 Lab 空間與多種色差公式，可直接從 XYZ 轉換並輸出視覺均勻的色差數據。更多產品資訊可參考：https://www.fulcrum-technology.com/spectrocolorimeter

四、從 CIE 1931 到 CIE 1976 的實質進步

項目CIE 1931 XYZ / xyCIE 1976 Lab*
主要目的顏色匹配與物理量化感知均勻的色差評估
均勻性極差（MacAdam 橢圓大小差異大）明顯改善（但仍非完美）
色差計算無直接公式，需轉換ΔE*ab 成為標準公式
產業接受度早期標準，現多用於轉換當前全球製造業與品管主流
適用對象所有光源與物體主要用於反射/透射物體
 
 

現代分光測色儀已完全轉向以 CIE 1976 Lab* 為核心運算基礎，並搭配 D65 光源進行測量。3nh 的多款型號（如 TS系列與FTZ系列）均支援此標準，並提供 SCI/SCE 雙模式切換，確保在不同表面光澤條件下都能獲得符合視覺感知的數據。產品詳情可參考：https://www.fulcrum-technology.com/spectrocolorimeter

五、結論與應用建議

CIE 1931 XYZ 奠定了色彩量化的物理基礎，而 CIE 1976 Lab* 則將焦點轉向人類視覺的感知特性。這一轉變讓顏色管理從「科學描述」進入「視覺一致性控制」的階段。

在實務中，建議：

  • 所有新專案與儀器設定優先使用 CIE 1976 Lab* 與 D65 光源。
  • 歷史數據若以 CIE 1931 記錄，可透過標準轉換公式回溯至 Lab*。
  • 對於高精度需求（如印刷、汽車塗裝、塑膠射出、食品包裝），可選擇支援 CIEDE2000 公式的分光測色儀。3nh 品牌的 Aurora、TS系列 等型號已全面內建 CIEDE2000 與最新色差公式，能有效補足 Lab* 在藍色區域與低彩度區的剩餘不均勻性。詳細規格與報價可參考：https://www.fulcrum-technology.com/spectrocolorimeter

透過理解這段演進歷程，顏色管理從業人員能更清楚選擇合適的色彩空間與計算方法，從而提升產品品質一致性與客戶滿意度。

也可以聯繫我們討論哪種色差儀適合您的應用。

 2025-12-31
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