颜色是光源照射到物体上,物体对光谱有选择的反射或吸收,引起人眼视觉感受器的响应,从而产生颜色的感觉。长期以来对颜色表征仅限于主观的形容词汇,更谈不上定量的测量。随着社会的发展,实时、便捷、定量的测色仪器有着越来越重要的应用价值。本文对颜色测量的方法及颜色仪器测色法的特点进行了介绍。
根据论文可知,目视测色和仪器测色是较为常见的两种测色方法。后者在实际中可以分为分光光谱法与三刺激值法。
1.目视测色法
在确定的光照条件下,比如在标准光源 A、CIE 推荐的D65等,通过观察者的观察,将待测物体与标准颜色比较。在比较过程中,有以下几点需要注意:
(1)光源:一般采取多种光源,进行多次比较后进行综合分析,避免单种光源造成的实验误差。
(2)观察者:观察者应该对颜色十分敏感,能快速得出待测物体的颜色,需要经过专业的培训和进行过多次测色实验。进行比较实验时,观察者和待测物体之间应该有不小于2°的视场角。
(3)待测物体:要求待测物体和标准颜色的物体有相同的面积。
目视测色法虽然是通过专业的培训和进行过多次测色实验的观察者进行测色比较,但还是参杂了一些个人主观的想法,因为每个人对于颜色的敏感程度是不一样的,即每个人观察出的色调、明度和饱和度是存在差别的;而且,这样的测色方法需要耗费大量的时间,不利于工业化生产,降低了产品生产效率。
2.仪器测色法
(1)三刺激值法
三刺激值法是通过分别测量光源和物体,分别得到光源的相对光谱功率分布P(λ)(其中入为波长,下同)和物体的光谱光度特性。其中,令反射物体的光谱幅亮度因数为β(λ),光谱反射比为ρ(λ),投射物体的光谱透射比为τ(λ)。由此可以得到色刺激函数
φ(λ),通过下列公式计算物体颜色的CIE三刺激值X、Y、Z:
其中,x(λ)、y(λ)、z(λ)为符合CIE标准的,2°视场或者10°视场下进行人眼观察得到的光谱色三刺激值。
一般将积分的方程转化为以下求和的方式进行计算:
其中k的目的是将光源的Y设置为100,可以通过以下式子得到:
(2)分光光谱分析法
分光光谱分析法,又称为分光光度法,通过选择特定波长或者一定范围内的波长,计算物体的透射和反射特性,进一步计算物体颜色的三刺激值。
按照所测波段范围的不同,分光光度测色方法可以分为两种。第一种称为机械扫描式分光光度法,它是对于被测物体的光谱,分别测量每个波长下的辐射能量,从而得到该物体完整的光谱功率分布。第二种称为电子扫描式分光光度法,它可以将各个波长下的辐射能量一起得到,从而直接得到物体完整的光谱功率分布。第二种方法比第一种方法更快速,但精度有所损失。
人眼作为最古老的颜色测量工具,对微小的颜色差别有很敏锐的辨别能力,人们长期利用目测比较的方法来区别产品的颜色质量。但是目测方法测量结果带有极强的主观性,而且可能受到视觉适应性、人眼光谱响应的差别、测量时人的身体状况(疲劳程度)等因素的影响。为了避免这些局限性和保证颜色观察的客观性,技术者们便发明制造了颜色测量仪器。
1.颜色仪器测量法的原理
CIE标准色度系统的建立,为客观地测量物体的颜色奠定了理论基础,我们可通过对物体颜色三刺激值的测量来确定物体的颜色。颜色测量仪器就是通过一定的途径求得三刺激值的工具。根据获取三刺激值方式的不同,测色仪器主要可分为两类:光纤光谱仪和色度计。
光纤光谱仪是颜色测量基本的仪器,其不直接测量颜色的三刺激值本身,而是测定物体的反射光谱或透射光谱,即测量物体的光谱反射率或光谱透射比,再选用CIE的标准照明体和标准观察者,通过积分计算求得颜色的三刺激值。色度计则不同,色度计获得三刺激值的方法由仪器内部光学模拟积分完成,即用滤色镜来校正仪器光源和探测元件的光谱特征,使输出的电信号大小正比于颜色的三刺激值,类似人眼的视觉系统,通过直接测得与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值,换算出颜色的三刺激值。
2.颜色仪器测量法的特点
颜色测量仪器在颜色观察方面具有客观性和准确性,克服了常规对物体颜色观察中的主观性。在颜色测量方面,颜色测量仪器也具有颜色数据重现性和复现性,能够保证同一样品在测试中数据的一致。同时,颜色测量仪器打破了产品产地的局限,通过物理测试,可以对不同产地样品颜色进行整体的评价。颜色测量仪器还有效地避免了在应用比色卡比对产品颜色过程中的缺陷,同时在颜色描述上可以在均匀色空间下进行表征,并对产品颜色质量评价体系提供具有客观性的数据。
当然颜色测量仪器也具有一定的局限性,如携带性差、样品颗粒的太小、样品表面泡沫程度等对测试产生的误差。