颜色测量标准化的条件有哪些?颜色测量有几种常用方法?

  DOHO标准光源箱     |      2023-05-23

在颜色测量的过程中,光源、物体和观察者是影响颜色测量的三个重要的因素,其中任何一个因素的变化,都会导致颜色测量结果的不准确性,因此,为了统一颜色评定的标准,CIE对颜色测量的标准化条件进行了规定。本文对颜色测量标准化条件及颜色测量的方法做了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

分光光度法测色仪器

颜色测量标准化的条件:

1.标准光源

在日常生活中,人们通常在不同时间的日光下或者人造光源下观测物体的颜色,然而,日光在不同时间、不同地点,不同天气状态下其光谱分布也会不同,为了实现颜色测量标准化,CIE推荐了四种标准照明体(A、B、C、D)和标准光源(A、B、C),这样,人们就可以在共同约定的具有代表性的光源下标定物体的颜色。

为了实际使用方便,CIE在标准照明体D中推荐了三种具有特定相对光谱功率分布的照明体D55、D65、D75作为在光度、色度和颜色测量中的标准日光,其中相关色温为6504K的标准照明体D65使用最为普遍。

2.标准视场角

测量待测物体的颜色三刺激值时,要根据视场要求选用标准观察者,小于4°的视场选用CIE1931标准色度观察者,大于4°的视场要选用CIE1964补充标准色度观察者。

3.标准照明观测条件

在测量颜色时,待测物体表面的状态、光源入射角以及人眼的观察角度等的不一致都会影响测量结果。为了统一测量结果,CIE规定了反射物体(不透明物体)测量的四种标准照明和观测条件: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)。

测量待测物体颜色时必须满足这四种条件中的一种。不过此标准照明观测条件并不适用于透射物体颜色的测量。对于透射物体,测量时直接对待测物体表面垂直方向照明,透射方向探测即可。


颜色测量的基本原理:

颜色是光的属性,是外界光投射到物体上,经过颜色物质对光有选择的吸收后,其反射(或透射)光对人眼的辐射作用结果。人眼所能看到波长为380nm~750nm的光,即可见光。人眼对不同波长光的感受性是不一样的。虽然不同的人对同一外界光刺激的主观感受不尽一致,但人的生理视觉对可见光的感受却呈现着共性的规律。人们根据这共性规律,制定了一个“标准人眼”它是我们在颜色测量和评价中所遵循的生理学依据。颜色测量的基本仪器是光谱仪,只要测量出物体色的光谱反射率因数,就可得出物体色的三刺激值和色度坐标值。物体颜色的定量度量是涉及到很多因素的较为复杂的度量问题,视觉感受器对明度,色调和饱和度的反应程度,决定了物体颜色的色觉特性,也提供了颜色的三维空间矢量表达的基础。

颜色测量的根本任务是测定色刺激函数;对于光源的测量,实际上是要测定光源的相对光谱功率分布;对于物体色的测量,则是测定物体的光谱光度特性,如反射物体的光谱辐亮度因数和光谱反射、透射物体的光谱透射比等。在测得了色刺激函数之后,就可以根据色度学的三个基本方程求出被测颜色的CIE刺激值X、Y、Z。

颜色的三刺激值计算公式

式中,积分的波长范用为可见光段,X、Y、Z即为CIE光谱三刺激值,φ(λ)为颜色刺激函数,对于自发光体(如光源),φ(λ)=S(λ),S(λ)为待测发光体的相对光谱功率分布;对于透射物体,φ(λ)=τ(λ)S(λ),τ(λ)为待测物体的光谱透过率;对于反射物体,φ(λ)=B(λ)S(λ),B(λ)为待测物体的光谱反射率因数。


颜色测量的常用方法:

颜色的测量主要包括两大类,即光源颜色的测量与物体色的测量;物体色测量又可分为荧光物体测量和非荧光物体测量。现有的颜色测量方法有三种:目视法、分光光度法和光电积分法。

1.目视法

目视法是一种古老的,同时也是色度测量的最基本方法。这种方法通过人眼的观察对颜色样品与标准颜色的差别进行直接的视觉比较,要求操作人员具有丰富的颜色观察经验和敏锐的判断力,即便如此其测色结果中仍不可避免地包含了一些人为的主观因素,而且工作效率很低。所以随着颜色科学的发展和工业化水平的提高,这种目视测色法在工业测色中的应用已经越来越少了。

2.分光光度法

分光光度法测量颜色主要是测量物体反射(或透射)的光谱光度特性,然后再由这些光谱测量数据通过计算的方法求得物体在各种标准光源或标准照明体下的三刺激值。这是一种精确测量颜色的方法,而且可以制成自动化的测量设备,但通常体积较大,结构复杂,价格高且测量速度很慢。

目前,自动分光光度测色仪器可按其使用要求、技术指标或结构组成而有很多的分类方法。如果按照光路组成的不同,可以分为单光束和双光束两类;如按色散元件分类,则有棱镜、光栅、棱镜一棱镜、棱镜一光栅、光栅一光栅、干涉滤光片等不同色散元件及由此组成的分光光度测色仪,其中光散系统采用两个色,散元件组成的光学系统称为双单色仪色散系统。比较通用的分类方法是根据所使用的光探测器的不同而分为以人眼为光探测器的目视分光光度测色仪和应用物理光探测器的自动分光光度测色仪。

3.光电积分法

光电积分法不是测量某一波长的色刺激值,而是在整个测量波长区间内,通过一次积分测量得到样品的三刺激值X、Y、Z,再由此计算出样品的色品坐标等色度评价参数。由色度学的三个基本方程求得样品颜色的三刺激值X、Y、Z为:

颜色三刺激值XYZ计算公式

式中,k为归一化系数,而x(λ)、y(λ)、z(λ)是CIE标准色度观察者光谱三刺激值函数,选用不同的标准色度系统如CIE1931或CIE1964,其值也应选用相应不同视场(2°或10°)的光谱三刺激值数据。通常用滤光片覆盖在探测器上,把探测器的相对光谱灵敏度S(λ)修正成CIE推荐的光谱三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)。滤光片的光谱透射比τx(λ)、τy(λ)、τz(λ)必须满足如下的光谱匹配关系:

光谱匹配关系

上式被称为卢瑟条件。

在测得色样的三刺激值X、Y、Z之后,可以进一步计算出颜色的CIE色品坐标(x,y)、L、a*、b*等色度参数。这类仪器测量速度快,实时性好,也具有适当的测量精度。