色差公式及其在口腔医学中的应用

　　为了使颜色的视觉评价与色差公式的计算结果更好地吻合，国际照明委员会(CIE)与各国颜色科学家不断地对色差公式进行了修正.其中主要应用于牙科的色差公式有:CIELAB,CMC(L:c),DIN99,CIEDE2000等本文通过回顾色差公式的发展，介绍其在口腔领域的研究和应用。　　1 CIELAB　　1931-1976年，各国颜色科学家以不同的领域所积累的颜色数据为基础，提出了多种色差公式由于不同的色差公式之间的数据无法相互转换，使得各公式的计算结果不具有可比性。为进一步改进和统一颜色评价的方法，CIE在1975年伦敦举行的第18届大会上提出了一份关于均匀颜色空间(uniformcolorspace,UCS)和色差计算的报告。1976年.CIE推荐了两个色差公式:CIELAB和CIE-LUV，前者用于物体表面颜色测量.后者用于照明系统测量匡.统一了色差公式的应用CIEI_AB色差公式和b的值可以从三刺激值(X,Y,Z)计算出来。尽管CIELAB颜色空间在一定程度上消除了不同颜色宽容度的差别，但它并不是一个完善的UCS，因为在不同颜色区域内，色差的均匀性仍表现出明显的不均。如果要真正达到色差的计算与目测的结果一致性，在颜色空间内任意波长区域的宽容度椭圆应该变为大小一样的圆但是在CIELAB颜色空间，接近原点的区域，其椭圆的尺寸最小，而且椭圆会随着色样彩度的增加变得狭长。同时，在某些蓝色区域，椭圆并不指向原点Luo和Rigg}`-收集了表面色的实验数据，并用这些数据在色度图中绘出了12。多个椭圆.表明(CIELAB和小色差有关.且是一个均匀性较差的颜色空间。因此，为了使颜色的视觉评价与色差公式计算结果更好地吻合.1976年之后，创建与目测结果相关性更好的色差公式的探索一直在进行着。　　2 CMC(l:c)　　1984年，Clark等川修改了JPC79色差公式，新的色差公式命名为CMCCL:c)t'-它获得英国染工和色彩家协会(SocietyofDyersandColorists>SDC)以及颜色测量委员会(Co1orMeasurementCommittee,CMC)的通过，并推荐给一般色彩工业使用，用它来作为色彩工业上允收/拒收的评估CMC(l:c)色差公式.公式中Sl,Sc,Sh。为基本权重因子;L和:为附加权重因子，L代表明度权重因。为彩度权重因子△L*,pC}h,pHaL均为标准色样的色参数差值，且都由CIELAB色差公式计算得到，1和c用来调整明度和彩度对总色差的影响程度，在不同的场合应用时，取其不同的比值。CIE建议:此公式在纺织染料业和合成聚合材料业较为适用.　　3 DIN99　　D工N99均匀颜色空间是由DIN99色差公式经过3次修正DIN996,D工N99c,DIN99d的基础之上建立的川不同于CMC(L:c)和CIE94的线性和双曲线函数的球状颜色空间模型，DIN99是一个由CIELAB的对数座标系组成的均匀颜色空间，通过轴旋转和对数扩张建立的新轴与CIE94颜色宽容度公式的空间相符D工N”与CMC(L:c)相同，都利用权重因子校正色差公式其色差的计算基于D工N”空间的欧氏距离，对小色差的预测效果好。用BFD-T和R工T-Du-Pont数据集建立的DIN99均匀色度空间的椭圆比CIELAB的椭圆大大改进川D工N”已被定为德国颜色工业标准，并向C工E和IS()推荐'8}oDIN99色差公式如下:么凡。-[(}Lgs)2+C}a9s>2+C}bg9>2口}一=/Ke。式中:Lgg-105.511n(1}0.0158L)，。=a‘cos16。十b*sin160，f=。.7<bcosl6。十a*sin16),G=(e`十f2)1/2,C99=1n(1十。.045G)/0.045,hgg=arctan(f/e).agg=C99cos(h99)，hgg=CggSln}h99}oKE为视觉灵敏系数，在工业评定的条件下.　设定为1个单位4 CIE94　　1989年.CIE成立了TCl-29(工业色差评估委员会)，其为了考察影响视觉评价的诸多因素，如:样品本身的特性和观测样本的条件等，TCl-29联合了CIE的另外一个技术委员会TCl-28(影响色差评价因素委员会).共同规定了评估色差的参考条件匡，诸如:1>样本同类;2)样本间的色差<5;3)样本并列放置;4)评价颜色人员的视觉正常.样本形成的视场>40;5)照度为1000lx，背景为L*=50的灰度，照明光源采用D65o1995年C工E公布了新的色差公式，即CIE1994色差模型.缩写为CIE94。　　5 CIEDE2000　　为了进一步改善色差评价的视觉一致性，比较CMC(l:c},C工E94和DIN99色差公式.C工E建立了TCl-47(工业色差评价色调与明度相关修正专业委员会).对现有色差模型和视觉评价数据进行大量分析和测试。2001年CIE正式推荐CIE2000色差公式.c，简称CIEDE2000.其色差符号为△。.改进了以往颜色宽容度方面的缺点CMCCI:c)和CIE的主要缺点是用C工EI_AB颜色空间里的参考色计算C工E丁AB颜色空间的局部变形当测试的两个样本颠倒过来(将测量样本变为参考样本，参考样本变为测量样本)时.用色差公式CMC(l:c)和CIE、计算和视觉观察的结果有明显差异。显而易见，测量样本和参考样本只是通过互换位置，因而不应该有色差量的差别。C工EDE2000通过应用两个样本的算术平均色.计算C工EI_AB颜色空间的局部变形，两个样本的位置可以随意互换而不影恫计算的色差值，符合视觉评估。CIETCl-47的报告显示.经过大批样本的检验，CIEDE2000在所有新旧视觉实验数据的测试中.均比CMC<L:c),CIE。和D工Ns。的色差预测精确性好。此外.CIEDE200。色差公式通过加权因子调节了蓝色和灰色，但与UCS无关，因此它干涉了UCS色差的矢量定义·这是它的主要缺点}'S-oCIEDE2000色差公式。　　CKLSL}口2十巨DC'/CK}S})习2十巨4H'/(KHS)二之十RT巨}C'/(K}Sc)习X巨DH'/(K}S})}}'2。式中}L’代表明度差△己代表彩度差，pH‘代表色相差，凡,Kc,KH代表参(变)量因子，SL,S},Sg代表权重因子，R:代表彩度差和色相差之间的交互条件，KL,Ke,KH设为to6色差公式在口腔医学中的应用6.1评价修复体可察觉性和可接受性的色差阂值范围修复体可察觉性和可接受性的色差阂值一直是牙科修复中争议的焦点，不同的色差公式计算的阂值都会不同。Ragain等Cu%〕通过不同观察组研究了CIELAB,CMC(2:1)和CMC(1:1)色差公式对复合树脂色对样本色差的可接受性阂值范围的影响结果表明，明度权重因子1对于CMC(1:1)的影响比CMC(2:1)大，采用CMC(l:c)两个色差公式求得的色差的差异很小。CMC(1:1)和CIELAB测量的可接受性色差域值分别为2.}9和2.72尽管(CIELAB在牙科色彩领域应用十分广泛.但是，CMC(l:l)刘一于预测小色差的可接受性精确度更高。Wee等L-〕则通过对牙科陶瓷材料色对样本的可察觉性和可接受性阂值范围的研究，比较了色差公式C工E2000,CIEI_AB和CIVIC(3:2)、CMC(2:1)、CMC(1:2),CMC(l:l),CMC(2;2),CMC(2;3)的计算值与受试者视觉观察结果的适合程度，其适合程度用受试者操作特征曲线(receiveroperatorcharacteristiccurve,ROC)下的面积评估，面积大，则适合程度佳.反之则适合程度差统计结果表明.C工E2000和CMC(2:3)的适合程度最佳。Ghinea等L18应用CIELAB和CIEDE200。两个公式确定瓷的可视性和可接受性闭值范围，研究发现，CIEDE2000在评价牙科瓷的色差提供了更好的适合性。　　6.2评价牙科材料及其光学特性牙科材料的光学特性受光源、厚度止，等影响Lee}lz通过对牙科复合树脂色对样本的光聚合和加热聚合，考察IEDE2000和CIELAB色差公式之间的相关性·结果表明.采用CIEDE2000和CIELAB色差公式计算光聚合和加热聚合后的结果之间的相关性都具有统计学意义.前者相关系数为。.99，后者为。.98。单独分析色参数(明度、彩度和色相)时.CIELAB色差公式的计算结果与观察结果出现统计学差异一，.而CIEDE200。色差公式的一致性较好。同理.Lee}l-在另外一项牙科光固化复合树脂的色对试验中比较了C工ELAB,D工N99和C工EDE2000色差公式之间的相关性，结果显示:}Eo。与△E关b，pE9。与}E关。·△E。与△E。。的相关性都具有统计学意义，决定系数R:分别为0.99,0.89和0.90。当彩度和色相差较大时，权重因子将影响C工EDE2000色差值。与其他色差公式相比，CIEDE200。的计算结果与观察结果具有更好的匹配性。对此·Perez等士‘也认同这一观点，经测定光固化复合树脂固化前后、不同厚度、不同固化仪器的差别所产生色对样本的微小色差，比较了CIEDE200。和CIELAB色差公式，认为C工EDE2000的计算结果与观察结果一致。在牙科瓷材料方面，Xu等u=〕探索了CIEDE200。和CIE工一AB色差公式在小色差范围的金瓷修复体的应用，研究发现，CIELAB色差公式不适用于小范围的色差△E}2的金瓷修复体的视觉评价。　　然而.Kim等}3〕对12。组V工TA比色板和19。组CHRO比色板分别用C工ELAB,DIN99和CIEDE2000公式计算色差值，结果显示:对于V工TA比色板:决定系数为0.94和0.90。对于CHRO比色板，JET。决定系数分别为。.93和0.92。虽然对于CIE的u值中简化的重构函数加人到CIEDE2000的公式，但是二值的正负影响与CIEDE2000公式无相关。因此，评价比色板色差时.上述3个公式可以互换。工i等2生用CIELAB和CIEDE2000公式计算不同粒度大小分布的二氧化锡对于纯钦遮色瓷的影响，所有的同一实验组中.用CIEDE2000公式计算的色差值都比CIEI_AB小。这可能和色差公式色调权重函数和彩度权重函数的预测性能有关。　　7存在的问题　　虽然色差公式的发展可以一定程度解决与人眼视觉相匹配的问题，但是其精确性还有待提高，这也将是今后的研究趋势。目前有学者推广基于色差公式的颜色密度概念26.旨在通过特征性量的匹配更好地计算色差，这比直接用色彩空间坐标计算的欧氏距离有更正确的评估但是，目前的色彩密度只能计算一维空间内的色差，不能完全捕捉到三维内的所有信息。同时，由于色差公式多应用于纺织印刷业，在口腔领域的研究应用极为有限，因此.尚需要更多科学的证据证明色差公式在口腔医学中的适用性。　　参考文献　　CIE.  Industrial color一difference equation [R].  CIE 116一1995.1995　　KLein U.  Systems of Standardized Tristimulus Values. ColorQualities, Chroma of Effcct Pigments:[J].2010.154:133一231