色差仪反射测量的CIE标准照明与观察几何条件有哪些?

2022-11-30

颜色的测量,不仅依赖于被测颜色本身的光谱光度特性,还与测量的几何条件、照明光源的光谱分布等密切相关。本文介绍了色差仪反射测量的CIE标准照明与观察几何条件,感兴趣的朋友可以了解一下!

色差仪几何条件

为什么对色差仪的照明与观察几何条件进行规定?

光与材料相互作用时会产生镜面反射和漫反射,定向透射和散射透射以及光吸收等现象,其中每种现象的特定组合取决于光源、材料的性能及其几何关系。

为了便于国际对比,颜色的测量必须在CIE标准照明体或标准光源下选行。由于样品表面的结构特性不同,同样的物体在不同方向上会产生不同的反射或透射,因此照明的几何状态对颜色测量结果会有很大的影响。同时,照明光束的孔径和测量光束的孔径大小对颜色测量的结果也有影响,这些几何参数称为照明与观察条件,可见,为了交流,比较颜色测量的结果,必须严格规定照明与观察的几何条件。


色差仪反射测量的CIE标准照明与观察几何条件类型:

为了提高测量精度和统一测量方法,国际照明委员会(CIE)于1971年正式推荐了四种测量反射色的标准照明观测条件,分别为垂直/45°(0/45)、45/垂直(45/0)、垂直/漫射(0/d)、漫射/垂直(d/0)。当照明观测条件为0/45、45/0及0/d时所测得的数值称为光谱辐亮度因数,记作,β0/45,β45/0,β0/d,而在0/d条件下测得的数值称为光谱反射比ρ。为了便于讨论和选择,可将各种不同照明与观察条件减少成三种最普遍的几何条件,即漫射照明、8°观察角、包括镜面反射成分(缩写d/8:i),漫射照明、8°观察角、消除镜面反射成分(缩写d/8:e),以及45环形照明、垂直观察(缩写45/0:c)。CIE推荐了三种测量透射色的标准照明观测条件,分别为垂直/垂直(0/0)、垂直/漫射(0/d)、漫射/漫射(d/d),测量得到的透射比分别称为规则透射比、漫透射比、双漫射比。测量结果必须说明所采用的测量条件。具体如下:

1.垂直/45°(符号为0/45)

如下图所示,以垂直于样品表面的方向照明,照明光束的光轴与样品法线之间的夹角不应超过10°,在与样品表面法线成(45+2)°角的方向上测量,照明光更和测量光束的任一光线与其光轴之间的夹角不应超过8°。

垂直/45°

(2)45°/垂直(符号为45/0)

如下图所示,照明光束的光轴方向与样品法线成(45+2)°角,测量方向的光轴和样品法线之间的夹角不应超过10°照明光束和测量光束的任一光线与其光轴之间的夹角不应超过8°。

45°/垂直

(3)垂直/漫射(符号为0/d)

如下图所示,照明光束的光轴和样品法线之间的夹角不超过10°,从样品反射的辐射通量用积分球收集。照明光束的任一光线与其光轴之间的夹角不应超过5°,积分球直径可以任意选择,但其开孔总面积不应大于积分球总表面积的10%。

垂直/漫射

(4)漫射/垂直(符号为d/0)

如下图所示,通过积分球漫射照明样品,样品的法线与测量光束的光轴之间的夹角不应超过10°。积分球直径可以任意选择,但其开孔面积不应超过积分球总表面积的10%,测量光束的任一光线与其光轴之间的夹角不应超过5°。

漫射/垂直

对于d/0和0/d的照明与观察条件,可以利用积分球的光泽陷阱来消除反射光中的规则反射,所以在设计仪器时,应说明光泽陷阱的位置、尺寸和形状。如果需要测量包括规则反射在内的反射光。在0/d条件下不应使照明光束严格地垂直于样品表面。同样,在d/0条件下,测量光束不应严格地垂直于样品的表面。

CIE规定,当照明与观察几何条件为0/45,45/0及d/0时,所测得的数值称为光谱辐亮度因数,记作:β0/45、β45/0、βd/0,而在0/d条件下测得的数值称为光谱反射比。

色差仪反射测量的CIE标准照明与观察几何条件怎么选?

CIE标准照明与观察几何条件同实际环境或暗室中观察物体时所看到的可能不一致。首先,CIE标准几何条件将纹理均化了,纹理是决定试样外貌的个重要因素,它对色差有很大的影响,因此实际计算纹理的方式不可能与仪器测量的空间均化相等。其次,大多数照明是定向成分与漫射成分的组合,可是CIE的标准几何条件要么提供定向组分,要么提供漫射组分。

上述矛盾在某些情况下可以得到缓解。对于漫射材料,无论是用定向照明还是漫射照明,它们看起来都是一样的,因为其表面的一次反射在所有观察角均匀发散。因此,当人们在观察漫射材料时,几何条件的选择就不再重要了,不同的几何条件产生几乎一致的结果,并且与目视测量极其相近。对于高光泽材料,其表面形成了一个易于划出界限的镜面反射,所以观察者可通过旋转样品,以除去镜面反射组分。如果样品放置在光暗室的底面,并以45°角观察,则光暗室的后部应该衬上黑色的天鹅绒。这样,当人们测量高光泽材料时,可以选用漫射照明,不含镜面反射的d/8或环形照明且轴向观察的45/0等几何条件,它们将得到相同的结果,并且与目视测量密切相关。因为在这两种情况下,被测表面的次反射都消除了。

对于表面的一次反射性能介于高光泽和高漫射之间的试样,它的色貌取决于照明的几何条件。如果能改变定向和漫射组分的比例,并保持颜色和照明强度不变,那么可以观察到这些材料的明度和彩度将发生改变。这时,优先选择CIE几何条件45/0由于积分球开孔的尺寸没有标准化(只有与积分球总表面积的相对限制).因此采用不含镜面反射组分的d/8几何条件的仪器测量,其相互之间缺少致性。然而,当降低定向灵敏度成为关键时(如测量纺织物和颗粒时),应该在上述两种几何条件下旋转样品,并对测量结果进行比较,在很多情况下,减少定向灵敏度比保证仪器测量之间的一致性更为重要。


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