颜色测量的方法有哪些?颜色测量仪器的发展现状是怎样的?

  DOHO标准光源箱     |      2023-02-28

近年来,颜色成为评定许多产品质量的重要指标,生产中对颜色质量的要求越来越高。产品颜色测量不准确或者不同位置的颜色差识别不准,将会造成次品或废品,给企业带来严重的经济损失。那么,颜色测量的方法有哪些?颜色测量仪器的发展现状是怎样的呢?本文为大家做了相应的分析与介绍。

光电积分式色差仪

颜色测量的方法:

1.目视法

目视法是一种古老的同时也是颜色测量的最基本方法,具体做法是由有经验的技术人员在特定的照明条件下对产品目测鉴别,与CIE(国际照明委员会)标准色度图比较,得出颜色参数。人的眼睛虽有优异的视觉功能,但是不能准确识别细微的色彩差异,常出现色彩判断失误。用这种方法测量的结果包含一些人为因素,精度低,操作麻烦。

2.光电积分法

现代色度学的发展为仪器客观地评价颜色奠定了基础。光电积分法是20世纪60年代仪器测色中采用的常见方法。光电积分法不是测量某一波长的色刺激值,是在整个测量波长区间内通过积分测得样品的三刺激值X、Y、Z,由此计算出样品的色品坐标等参数。它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),用这样的三个光探测器接收光刺激时,就能用一次积分测量出样品的三刺激值X、Y、Z。滤光片需满足卢瑟条件,以精确匹配光探测器。在实际的滤色修正中,由于色玻,璃的品种有限,仪器不可能做到完全符合卢瑟条件,只能近似符合。应用部分滤光片法可使x(λ)、z(λ)曲线的匹配积分误差小于2%,y(λ)曲线的匹配积分误差小于 0.5%。

3.分光光度法

a.分光光度法测量原理

分光光度法通过测量光源的光谱功率或物体反射光的光谱功率计算颜色三刺激值,进而计算出颜色参数。它通过探测样品的光谱成分确定其颜色参数,所以精度非常高。在大多数颜色测量中物体的反射色经常被测量),因而分光测色仪以测反射样品为主。

b.分光光度测量方法

按照光路的组成不同,分光光度法可分为单光束分光测色法和双光束分光测色法。单光束分光测色法只有一个分光器件和一个探测器,测量时光源闪两次,通过比较参照物和样品在同一波长上反射的单色辐射功率得出数据,采用软硬件措施消除测量的系统误差(光源光强分布差异,光路变化,温度变化,电路漂移等),结构简单,成本较低。双光束分光测色法有两个分光器件和两个探测器。测量时光源只闪一次,同时测样品和参照标准,克服了系统变化带来的误差。

根据光谱信号采集的方式,分光光度法分为光谱扫描法和光电摄谱法两种。光谱扫描法是单通道的测色方法,按一定波长间隔,采用机械扫描结构逐个波长采集光谱信号,被单通道探测器探测,经信号处理后显示数据;优点是精度较高,缺点是光路和结构复杂,测度慢,且波长重复性差,对光源的稳定性要求较高,受光源的不稳定性等因素影响严重,不适合在线测量。此类仪器一般由光源、单色器、探测器、数据处理和输出装置组成。光源一般为稳定性光源,如卤钨灯、氙灯等。单色器是仪器的核心,分为棱镜分光式、光栅分光式和滤光片分光式等。探测器采用光电倍增管、光电管。

光电摄谱法用摄像的方式测量光谱,最初起源于采用胶片成像方式,随着科技的发展,采用如多通道探测器(CCD,SPD)等同时接受各个谱段的像。光电摄谱法可同时探测全波段光谱,通过分光系统被多通道探测器探测待测物光谱能量的分布信息,将光谱信息产生的时序信号送入处理电路,计算并显示数据;光电摄谱法是光谱分析技术领域中的一次革命,与使用单色仪和光电倍增管的传统光谱扫描测量系统相比有许多优点,例如测量时间极短,信噪比较高,对光源稳定性要求低,不必使用机械扫描就能获取空间分辨和时间分辨光谱,特别适用于瞬态、大数据量的光谱测量。


颜色测量仪器的发展现状:

1.光电积分式仪器

光电积分式仪器由光源、探测器、数据处理器和输出单元四部分组成。探测器一般是三个带有修正滤光片组的的光电管或大面积硅光电二极管,在要求仪器有较高灵敏度的场合下采用光电倍增管。

光电积分式仪器不能精确测量出色源的三刺激值和色品坐标,但能准确测出两个色源之间的差别,因而又被称为色差计。国外色差计从60年代开始大量生产,如日本日本台式色差仪CR-400/410、色彩色差计CR-321,我国从80年代初开始研制这类仪器,如三恩时公司生产的NR145+全自动测色色差计,但和国外相比,我国研制的色差计台间差较大。彩色亮度计也是光电积分式仪器,通过望远镜系统对远距离目标进行颜色参数测量。

2.分光测色仪器

国外早期生产的分光测色仪多采用光谱扫描法,20世纪70年代前分光测色仪采用HARDY分光光度计的传统光路和结构,体积庞大,测速慢,70年代MACBETHMS2020分光光度计改进了结构,采用了闪光光源和阵列硅二极管探测,大大缩短了测量时间,代表了当时测色仪器的发展方向。

1991年,ACS、ICS和Datacolor 三家公司合并成现在的DataColorInternational。近十年来,日本日本和美国X-Rite新进入测色市场,均是在90年代才开始制造手提式测色光谱光度仪。

随着计算机技术的发展,80年代初微机很快应用于测色仪器,通过不同的接口对分光光度计进行控制测量和数据采样,根据使用要求计算出色度参数。美国X-Rite 公司 8000 系列是全球第一台采用 USB 接口连接的台式分光测色仪。20世纪80年代后期和90年代初,采用光电摄谱法的分光测色仪在国际上得到很大发展,以Datacolor公司的SF系列仪器和日本日本公司CM-2500d/2600d、CM-3600d 等测色仪为代表,同时分光测色仪向便携式、小型化发展。

采用光电摄谱法的分光测色仪一般由光源、积分球、摄谱仪、信号处理电路和显示电路组成。摄谱仪由分光器件和多通道探测器组成。探测器普遍采用自扫描光电二极管阵列(SPD)、CCD器件等。摄谱仪将待测光分光并成像,投射在探测器的光敏面上。摄谱仪一般用光栅作为分光器件。光栅摄谱仪最初用平面光栅进行光谱扫描,结构复杂,测速慢。随着光栅制作工艺的提高,采用入射光和谱面均位于罗兰圆上的凹面光栅1分光,提高了测色精度,但难以与迅速普及的多通道光电探测器匹配,90年代中期光栅摄谱仪采用能成一平面像且聚色散、聚焦、准直功能于一体的全息平场凹面光栅分光,称为平场摄谱仪。平场摄谱仪无需准直透镜和成像物镜,具有光学面少、结构简单、体积小、光能利用率高等优点,如mercury1000便携式分光测色仪的平场摄谱装置。目前国内外普遍研究带有微处理器、有检测和信息处理功能的集成电路系统,使测色仪器具有自动校正、自动补偿、数据处理、图像处理、图像识别、存储、记忆等功能。一般便携式分光测色仪内的存储器就能储存1000多个数据和50多个标准色样,通过接口与电脑连接,用于多种测量的比较和运算,如SF450X分光测色仪与配色软件连接,组成电脑配色系统。日本CM-2600d是世界上首创内置UV瞬间调节功能的便携式分光测色计,可连接电脑使用色彩品质管理软件或配色系统。

进入 90年代,随着信息收集方法的改进,应用软件的开发,数据处理系统的提高,在线测色控制仪得到很大的发展,在准确性,灵敏性上取得很大进步,各大公司生产的高性能,低价格,使用方便,可用网络控制产品质量的在线测色仪相继进入市场减少次品率,降低染整加工费用在20%以上。Datacolor公司的Dataline配上DF250RS(远程传感光)分光光度测色仪,在保证精度性的情况下可进行较大区域监测。Hunterlab公司生产的Spectra_Probe Denim在线测色系统适用平幅布片连续染色,它以每秒80次的读书速度连续测量织物左,中,右的颜色,传递信息给电脑进行程序分析,处理数据,并做出快速反应。


颜色测量仪器的发展趋势:

随着科学技术水平的提高,目视测色法因精度低,已基本被淘汰。目前颜色测量通常采用光电积分法和分光光度法。光电积分式测色仪器具有一定的测量精度,适用于只需要控制物体颜色(如快速质检、在线检测),测量精度要求不很高而又不需要配色的行业。分光光度法有光谱扫描法和光电摄谱法两种,是目前科学研究和工业生产中应用最广泛的颜色测量方法。随着光电子器件和计算机技术的不断发展,精确颜色测量目前已完全过渡到分光光度法。光电摄谱法是当今国际上最先进的测色方法,代表了颜色测量的发展方向。

测色仪器的发展趋势:便携化、小型化、快速化和高精度化;与电脑结合扩展测色仪器功能;颜色在线动态测试。随着网络技术的发展,虚拟测色仪器1也是发展方向。