怎么测色度?色度测量的原理和方法介绍

2024-05-24

对于颜色的描述,人们大多以一些抽象的词汇来描述,比如红色、蓝色、黄色等,这些词汇不能对颜色进行准确的表达,只能是一个抽象的描述,因此为了对颜色有一个客观的表达,就可以使用色差仪等仪器来进行色度测量。本文对色度测量的原理及方法做了介绍。

色差仪

色度测量的方法:

色度测量的方法有很多种,主要就可以分为人眼测色以及仪器测量两大类。我们知道颜色是人们对物体表面色彩的一个主观的评价,不同的观察者即使在相同的条件下进行的色度测量结果可能都会存在区别,它涉及到观察者的视觉生理、视觉心理以及照明条件、观察条件等许多问题。因此,色度学的定标需要建立在一定的标准纸上,为此国际照明委员会(CIE)在1931年规定了一套标准色度系统,称为CIE标准色度系统。各种色差仪、分光测色仪就可以按照CIE标准色度系统对物体表面颜色进行色度测量。


色度测量的原理:

自然界中的所有颜色分黑白和彩色两个系列,黑灰白以外的所有颜色均为彩色系列,如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等,其波长范围在380-780μm。彩色有三个特性,即明度(也称亮度纯度)、色调(也称主波长或补色主波长),色纯度(也称饱和度)。

为了定量表示颜色,采用三刺激值是一种可行的方法,为了测得物体颜色的三刺激值,首先要研究人眼的颜色视觉特性,测出光谱的三刺激值。实验证明,不同观察者的视觉特性多少是有差别的,但是具有正常颜色视觉的人,此差异是不大的,故有可能根据一些观察者进行的颜色匹配实验,将他们的实验数据加以平均,确定一组匹配等能光谱色所需的三原色数据。此数据称为“标准色度观察者光谱三刺激值”,以此来代表人眼的平均颜色视觉特性。当时,不少科学工作者进行这类实验,但是由于选用的三原色不同及确定三刺激值的单位的方法不一致,而使数据无法统一。1931年在美国剑桥举行的CIE第8次会议上,统一了上述实验结果,提出了CIE标准色度观察者和色度坐标系统,并规定了三种标准光源(A,B,C),对侧脸反射面的照明观测条件进行标准化,从而建立起CIE1931标准色度系统。

1931年CIE指定在色度测量中使用的三种标准(照明)光源,A为工作在色温2856K的钨丝灯,B为中午的太阳光,C为全日平均太阳光。在说明某一样品的颜色时,要指出三种基本颜色(原色)的相对含量,也就是说把这三种颜色加在一起时,刚好与三种标准光源之一照明下样品的颜色一样。

在CIE系统中,三个基本颜色被称为“基础激励”,而一个颜色使用它的三色刺激值(又称三刺激值)表示。三个基础激励X,Y,Z相应于红(R)、绿(G)、蓝(B),这三者却不是真正的颜色。他们只不过是说,任何颜色可以用x数量的X,y数量的Y,z数量的Z混合起来加以说明。例如560μm的纯光谱色,在单位辐射通量时,看起来等价于X=0.595,Y=0.995,Z=0.0039组合而成的混合色,这里X,Y,Z是三色激励值。理论上来讲,每一种颜色都对应着一个三刺激值,通过测量三刺激值就可以定量表示颜色。

色度测量

色度测量的基本仪器:

目前,市面上色差检测仪器主要分为两种。第一种是光电色度计(色差计)。光电色度计在原理上类似于密度计,其外观、操作方法及价格也跟密度计相近。光电色度处在接显示三刺激值xyz,大多数还把三刺激值转换成为匀色空间标度,例如转换成为CIELAB标度,但一般只有一两种照明光源,所以用光电色度计测得的色彩并不总是表现视觉色彩。色度计可以看成是一个反射率计,或一个不带对数变换器但带有一套专门滤色片的密度计。当然,这是一种能完成色度测量的方法。附加一套滤色片的目的是根据CIE光谱三刺激值在色度计的每个通道中给光谱的各个波长加权。但色度计不同于密度计,它涉及的主要是反射率问题而不是一个对数问题,但反射率很容易转换成密度,反之也是可以的。色度计的光谱成分被认为跟人的视觉灵敏度有良好的线性关系。但事实上这是不可能的(涉及卢瑟条件问题),因此光电色度计在原理上存在误差。

第二种方法就是利用分光光度计(分光测色仪)测量色彩。正像三滤色片光电色度计可看成一个专门的反射率测量仪器一样,分光光度计也可以这样看,但它与光电色度计不同,分光光度计测量的是一个物体的整个可见反射光谱,分光光度计是在可见光谱域逐点测量,即在一些离散点上进行测量,通常每隔10nm或20nm测量一个点,在400-700nm的范围内测量16-31个点。有些分光光度计是连续地对光谱进行测量,而三滤色片光电色度计只对三个点进行测量,所以分光光度计能提供的信息要多得多。

分光光度计把色彩作为一种不受观察者支配的物理现象进行测量。为了获得三刺激值它可以对反射光谱进行积分,可以把色彩作为视觉响应加以解释,是一种灵活的色彩测量仪器。因此,分光光度计色度测量范围更加广泛。

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