顏色測(cè)量的原理是什么?顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化條件有哪些?

? DOHO標(biāo)準(zhǔn)光源箱 ????|???? ?2023-05-03

顏色怎么測(cè)量?顏色是光源照射到物體上,物體對(duì)光譜有選擇的反射或吸收,引起人眼視覺感受器的響應(yīng),從而產(chǎn)生顏色的感覺。顏色測(cè)量包括光源色的測(cè)量和物體顏色的測(cè)量,其測(cè)量的根本任務(wù)就是測(cè)量待測(cè)物體的顏色刺激值。本文對(duì)顏色測(cè)量的原理、標(biāo)準(zhǔn)化條件、測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器做了簡(jiǎn)要的介紹,對(duì)顏色測(cè)量知識(shí)感興趣的朋友不妨了解一下!

顏色測(cè)量?jī)x器

顏色測(cè)量的原理:

顏色是光的屬性,是外界光投射到物體上,經(jīng)過顏色物質(zhì)對(duì)光有選擇的吸收后,其反射(或透射)光對(duì)人眼的輻射作用結(jié)果。人眼只能看到 380~780nm的光,即可見光。人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的感受性是不一樣的。雖然不同的人對(duì)同一外界光刺激的主觀感受不盡一致,但人的生理視覺對(duì)可見光的感受卻呈現(xiàn)著共性的規(guī)律。人們根據(jù)這共性規(guī)律,制定了一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)人眼”。它是我們?cè)陬伾珳y(cè)量和評(píng)價(jià)中所遵循的生理學(xué)依據(jù)。

現(xiàn)代顏色測(cè)量采用 CIE(國際照明委員會(huì))所規(guī)定的一套顏色測(cè)量原理、數(shù)據(jù)和計(jì)算方法、稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以兩組基本視覺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。一組數(shù)據(jù)叫做"CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”,或叫做“CIE1931-XYZ 系統(tǒng)”;另一 組叫做"CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”,或叫做“CIE1964-X10Y10Z10系統(tǒng)”,前者適于2°視場(chǎng)的測(cè)量,后者適于10°視場(chǎng)的測(cè)量,每組數(shù)據(jù)即相當(dāng)于“標(biāo)準(zhǔn)人眼”,是由三條曲線組成,根據(jù)這三條曲線,我們便可以通過各種手段、測(cè)得顏色的三刺激值XYZ(X10Y10Z10)。具體公式為:

顏色三刺激值計(jì)算公式

式中x(λ)、y(λ)、z(λ)即為“標(biāo)準(zhǔn)人眼”的三條曲線,稱之為CIE光譜三刺激值:φ(λ)為顏色刺激函數(shù),對(duì)于自發(fā)光體(如光源),φ(λ)=S(λ),S(λ)為待測(cè)發(fā)光體的相對(duì)光譜功率分布:對(duì)于透射物體,p(λ)=τ(λ)S(λ),τ(λ)為待測(cè)物體的光譜透過率;對(duì)于反射物體,φ(λ)=B(λ),B(λ)為待測(cè)物體的光譜反射率因數(shù)。式中 K 為常數(shù)。

常數(shù)K值

Se(λ)是所采用的標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對(duì)光譜功率分布,XYZ(X10Y10Z10)是表征顏色的最基本參數(shù)。它們是假定的理想三原色。測(cè)色儀器的目的就是要測(cè)出被測(cè)對(duì)象的XYZ(X10Y10Z10)值,色度學(xué)中其它各種表色數(shù)據(jù)都是由這三個(gè)參數(shù)換算而來的。


顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化條件:

1.顏色測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)照明體

在顏色測(cè)量中,光源是至關(guān)重要的,不同的光源照射會(huì)得到不同的測(cè)量結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)顏色測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化,CIE推薦了四種標(biāo)準(zhǔn)照明體(A、B、C、D)和標(biāo)準(zhǔn)光源(A、B、C),這樣,人們就可以在共同約定的具有代表性的光源下標(biāo)定物體的顏色。

為了實(shí)際使用方便,CIE在標(biāo)準(zhǔn)照明體D中推薦了三種具有特定相對(duì)光譜功率分布的照明體D55、D65、D75作為在光度、色度和顏色測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)日光,其中相關(guān)色溫為6504K的標(biāo)準(zhǔn)照明體D65使用最為普遍。

2.顏色測(cè)量照明觀測(cè)條件

在測(cè)量顏色時(shí),待測(cè)物體表面的狀態(tài)、光源入射角以及人眼的觀察角度等的不一致都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。為了統(tǒng)一測(cè)量結(jié)果,CIE規(guī)定了反射物體(不透明物體)測(cè)量的四種標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測(cè)條件:0/45(垂直照射/45°接收)、45/0(45°照射/垂直接收)、0/d(垂直照射/漫反射接收)和d/0(漫射照射/垂直接收)。

測(cè)量待測(cè)物體顏色時(shí)必須滿足這四種條件中的一種。不過此標(biāo)準(zhǔn)照明觀測(cè)條件并不適用于透射物體顏色的測(cè)量。對(duì)于透射物體,測(cè)量時(shí)直接對(duì)待測(cè)物體表面垂直方向照明,透射方向探測(cè)即可。

3.顏色測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者

測(cè)量待測(cè)物體的顏色三刺激值時(shí),要根據(jù)視場(chǎng)要求選用標(biāo)準(zhǔn)觀察者,小于4°的視場(chǎng)選用CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者,大于4°的視場(chǎng)要選用CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者。這一點(diǎn)很重要,否則可能會(huì)造成不必要的混亂。


顏色測(cè)量的方法:

顏色測(cè)量可以用3種不同的方法:目視法、光電積分法(三刺激值法)和分光光度法。

1.目視法

目視法是一種傳統(tǒng)的顏色測(cè)量方法,它是一種完全主觀的評(píng)價(jià)方法,同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的一種方法。它將被測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)色樣直接進(jìn)行人為比對(duì),評(píng)價(jià)印刷品與標(biāo)準(zhǔn)樣張的顏色差異。其實(shí)是一種目視光度測(cè)定法,是簡(jiǎn)單的定性測(cè)量,但是由于觀測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)和心理、生理因素的影響,使得該方法的不確定因素太多,并且無法進(jìn)行定量描述,從而影響到評(píng)估的準(zhǔn)確性和可靠性。其最大缺點(diǎn)是不能測(cè)出顏色的組成部分。

2.光電積分法

隨著科技的發(fā)展,密度測(cè)量已不能滿足印刷或其他行業(yè)的需要,人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到色度的重要性,并且現(xiàn)代色度學(xué)的迅速發(fā)展也為光電積分儀器客觀評(píng)價(jià)顏色奠定了基礎(chǔ)。

根據(jù)國際照明委員會(huì)(CIE)色度學(xué)理論,任何一種顏色都可以用一組三刺激值X、Y、Z表示。光電積分法是20世紀(jì)60年代儀器測(cè)色中采用的常見方法,它不是測(cè)量某一波長(zhǎng)的色刺激值,而是在整個(gè)測(cè)量波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi),通過積分測(cè)量測(cè)得樣品的三刺激值X、Y、Z,再由此計(jì)算出樣品的色品坐標(biāo)等參數(shù)。通常用濾光片覆蓋在探測(cè)器上,把探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度S(λ)修正成CIE推薦的光譜三刺激值X(λ)、Y(λ)、Z(λ)。用這樣的3個(gè)光探測(cè)器接收光刺激時(shí),就能用一次積分測(cè)量出樣品的三刺激值X、Y、Z。濾光片需滿足盧瑟條件,以精確匹配光探測(cè)器。

此類型儀器的測(cè)色準(zhǔn)確度與儀器符合盧瑟條件的程度有直接關(guān)系,儀器不可能完全符合盧瑟條件,因此光電積分式儀器不能精確測(cè)量出色源的三刺激值和色品坐標(biāo),但能準(zhǔn)確測(cè)出兩個(gè)色源的色差,因而又被稱為色差計(jì)。

3.分光光度法

分光光度法又叫測(cè)色光譜光度計(jì),它是通過比較樣品反射(透射)的光能量與同樣條件下標(biāo)準(zhǔn)反射(透射)的光能量,得到樣品在每個(gè)波長(zhǎng)下的光譜反射率,然后利用CIE提供的標(biāo)準(zhǔn)觀察者和標(biāo)準(zhǔn)光源按公式計(jì)算,從而得到三刺激值X、Y、Z,再由 X、Y、Z按 CIEYxy、CIELab等公式計(jì)算色品坐標(biāo)x、y,以及CIELab色度參數(shù)等。

它通過探測(cè)樣品的光譜成分確定其顏色參數(shù),不僅可以給出X、Y、Z的絕對(duì)值和色差值△E,還可以給出物體的分光反射率值,并可以畫出物體色的分光反射率曲線。它可以測(cè)出顏色的組成部分和確定顏色在色表中的位置。因此,被廣泛用于顏色的配色及色彩分析中,采用此類儀器可實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的顏色測(cè)量,故分光式儀器是顏色測(cè)量中的權(quán)威儀器。


顏色測(cè)量的儀器:

根據(jù)獲得三刺激值的方式不同,測(cè)色儀器主要可分為兩大類:分光式測(cè)色儀器和光電積分式測(cè)色儀器。

1.分光式測(cè)色儀器

分光光度計(jì)是顏色測(cè)量中最基本的儀器,這類儀器不是直接測(cè)量顏色的三刺激值本身,其測(cè)量顏色的過程主要包括物體反射或透射光度特性,也就是測(cè)得物體的光譜輻亮度因數(shù)或光譜透射比,由此根據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜是三刺激函數(shù)計(jì)算出樣品的三刺激值X、Y、Z等色度的參數(shù)。

常規(guī)的測(cè)色分光光度計(jì)局限在可見光范圍內(nèi)。CIE推薦精度計(jì)算,波長(zhǎng)間隔為1nm,在大多,數(shù)使用中可取5nm,光譜范圍取360nm~830nm,在大多數(shù)使用中可取380nm~780nm的波段內(nèi)測(cè)得各波長(zhǎng)的光譜反射(或透射)率。由于這類儀器測(cè)得的是最基本的顏色光學(xué)數(shù)據(jù),它可以用計(jì)算的方法靈活地得出物體顏色在各種條件的三刺激值 XYZ。根據(jù)光譜信號(hào)采集的方式,分光式儀器可分為單通道掃描式和多通道采集式。

2.光電積分式儀器

光電積分式儀器是模擬人眼的三刺激值特性,用光電積分效應(yīng),直接測(cè)得顏色的三刺激值。

光電積分式顏色測(cè)量是在整個(gè)測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)被測(cè)顏色的光譜能量進(jìn)行一次性積分測(cè)量。如果通過三路積分測(cè)量分別測(cè)得樣品顏色的三刺激值X、Y、Z,那么就能進(jìn)一步計(jì)算出樣品顏色的色品坐標(biāo)及其他相關(guān)色度參數(shù)。

這類儀器使用顏色濾光片,對(duì)所用的光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)進(jìn)行濾色修正,使它與 CIE 標(biāo)準(zhǔn)觀察者相一致。同時(shí)對(duì)照明光源也加以濾色修正,使之符合標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對(duì)光譜功率分布(實(shí)際中均把這兩種濾色修正混成一組來設(shè)計(jì)),由于在測(cè)量原理和具體元器件精度方面的不足,往往在某些波長(zhǎng)上會(huì)出現(xiàn)光譜匹配誤差,同時(shí)在測(cè)量探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度時(shí)也存在一定的測(cè)量誤差,其精度比不上分光式儀器,所以光電積分式儀器對(duì)顏色的絕對(duì)測(cè)量精度不高,但對(duì)顏色的相對(duì)測(cè)量,尤其對(duì)中色差測(cè)量還是比較常見的。