颜色测量有哪些标准条件?颜色测量的方法和仪器有哪些?

  DOHO标准光源箱     |      2023-07-25

在颜色的测量过程中,光源、观察角度等都会对颜色测量的结果产生影响。因此,为了统一颜色测量的方法,国际照明委员会CIE对颜色测量的条件进行了标准化的规定。本文对颜色测量的标准条件及颜色测量的方法和仪器做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

分光测色仪器

颜色测量的标准条件:

1.颜色测量的标准光源

物体表面颜色由物体对光的反射、透射和吸收等的选择性、光源的光谱功率分布情况和人眼自身的色觉特性决定。

光源:可以说没有光就没有颜色,光源在色度学中有非常重要的地位。阳光照射下的五彩缤纷的景物,在黑夜之中却变得暗淡无光。可见光与物体的颜色之间的密切关系。当我们需要相对参考白来计算色差的时候,此时都是用特定的光源照明条件下的是指定的白色或者高透射物体,或者是完全漫射体。

光源的定义是可以供人观察的同时也会产生一定的辐射功率的物体,比如太阳和台灯。标准光源指用以符合色度学的应用需要,通过用人工光源来实现CIE标准照明体相对光谱功率的分布情况。推荐的标准光源有A 与标准光源C。标准光源A:可以通过由色温为2000K以上时的充气螺旋钨丝灯来实现。钨丝灯工作温度高,而光谱功率的分布几乎全部取决于灯丝的温度,因此钨灯丝具有连续分布的光谱功率,且钨灯丝的发光具有稳定性,便于使用,从而为多重测色仪器所采用。

标准光源C:根据标准光源A与一组特定的戴维斯—吉伯逊液体滤光器相互结合来实现。

在实践中,D65 照明体主要来于计算一些色度数据以及物体颜色的三刺激值,所以一般都采用氙灯、荧光灯等来模拟D65光源。

2.颜色测量的标准照明与观测条件

由于物体本身表面特性的不同,会使得照明和观测条件在很大程度上影响了颜色色度的测量结果。因此需要规定颜色色度测量的标准照明和观测条件,以使得色度测量值具有规范性、统一性和可比性。根据1971年的CIE推荐,在我国国家标准中规定了4种标准照明与观测条件,具体介绍如下:

(1)45°/垂直,符号:45/0

当样品被一束或者多束光照明的时候,样品表面法线与照明光束轴线成(45±2)°;样品表面法线和观测方向之间的夹角不能超过10°。照明光线与它相对应的轴线间的夹角不能超过8°;观测光束也符合对应的限制。

(2)垂直/45°,符号:0/45

当光束照明样品时,样品表面的法线和光束的有效轴线之间所夹的角不应当超过10°;观测需要在与样品表面法线成(45±2)°的方向进行。光轴与照明光束光线之间所形成的夹角不能超过8°;同样,观测光束也需要符合相对应的限制。

(3)漫射/垂直,符号:0/d

当样品被一束光照明时,样品法线与光束的轴线之间的夹角不应当超过10°。其轴线与照明光束光线之间的夹角不得超过5°,积分球的大小可以任意选择,但积分球内部反射整个球面面积的10%必须大于球的开口部分面积。

所示。

(4)垂直/漫射,符号:d/0

当样品通过积分球的漫射照明时;观测方向应该为样品的法线方向。样品法线与观测光束的轴线之间的夹角不应超过10°。同样的道理,积分球的大小可以随意选择,但是积分球内部反射整个球总面积的10%也必须大于它的球的开口部分的总面积。它的光轴与观测光束的光线之间的夹角不得超过5°。


颜色测量的方法:

根据色度学有关知识可以知道颜色是可以通过仪器来进行测量的。颜色的测量方法有三种:光电积分法、目视法和分光光度法。

1.目视法,是一种测量颜色的历史最悠久的基本方法,通过人的眼睛观察标准颜色与样品颜色之间的差别,这种情况要求在CIE标准光源条件下进行,比如标准光源D65或者A等。这种测量方法因为需要借助人眼的目视进行比较,因此对操作员的要求相对也较高,需要操作员具有比较丰富的观察颜色的经验以及敏锐的判断力,即使操作员具备这些要求,其测量结果仍然不能排除其他一些人为因素,还有个缺点是该方法工作效率低,所以对于这种方法的应用已经越来越少,且随着测色仪的逐渐出现,测色仪的物理测色方法已逐渐取代了目视的测量方法。

2.光电积分法,这种方法具有一定的测量精度,并且测量速度也比较快。现代的工业生产与控制过程已经开始广泛应用光电积分法而制成的测色仪,但是它

还是无法获得物体本身的光度特性或物体颜色本身的光谱功率分布,无法测量颜色的光谱组成,而利用分光光度法测量颜色就能够弥补它不足的地方。

3.分光光度法,通过测定物体表面的反射光特性或者其反射的光谱功率分布情况,根据光谱测量数据来计算物体在各种标准情况下的三刺激值。相比其他两种方法,分光光度法测量比较精确,且测量设备的自动化程度也较高。


颜色的测量仪器:

因为人眼对微小颜色差别的敏锐辨别能力,所以人类的眼睛是颜色测量的最为古老的工具,人们长期利用目视的方法来识别、判断和比较物体的颜色。但利用目视比较方法测量出来的结果具有主观性,受到人眼视觉适应性、光谱响应差异等因素的影响。所以目视比较法或目视测量仪器在颜色分析和标定中都存在一些缺陷。

CIE 标准色度系统,为人们能够客观准确的测量物体的颜色奠定了基础,CIE色度系统通过测量物体颜色的三刺激值来确定和表示颜色,使得人眼可以从颜色的测量中解放出来。三刺激值的计算式如下所示:

颜色的三刺激值计算公式

式子中S(λ)表示光源光谱分布;β(λ)表示物体的光谱辐亮度因素;x(λ)、y(λ)、z(λ)表示标准观察的光谱三刺激值。而颜色测量仪器也就是通过一定的方法和途径来求得颜色三刺激值的工具。根据三刺激值测量方式和途径的不同,主要将颜色测量仪器分为分光测色仪器和色度计两种。

分光测色仪是测量颜色的最基本的仪器,它不是直接测量颜色本身的三刺激值,而是通过测量物体光谱的反射特性或者透射特性,即是测量物体表面的光谱辐亮度因素或是透射比。然后选用CIE标准照明体,用积分计算求物体颜色的三刺激值。

而色度计则是通过直接测取与物体颜色的三刺激值成一定比例的仪器响应数值,然后再通过直接换算的方法获得颜色的三刺激值,因此色度计的响应更像是人类眼睛的视觉系统。色度计获取的三刺激值是利用仪器内部的光学模拟积分来获得的,让其输出的电信号大小与颜色的三刺激值成正比。