颜色测量测的是三刺激值吗?颜色测量的实质就是测量待测物体颜色的三刺激值,然后再通过相关公式计算出待测物体的色度坐标等参数,从而确定待测物体的颜色。本文对颜色三刺激值测量方法和三刺激值与色品坐标计算方法进行了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!
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。CIE标准色度系统的建立,为客观地测量物体的颜色奠定了基础。颜色测量包括光源色的测量和物体颜色的测量,其测量的根本任务就是测量待测物体的颜色刺激f(λ)(对于光源色即测光源的相对光谱分布函数S(λ),对于物体颜色则是测量反射物体的光谱反射率R(λ)或测量透射物体的光谱透射率t(λ)),测得f(λ)之后,根据色度学的颜色三刺激值公式(如下)就可以求出待测物体颜色的三刺激值X、Y、Z从而确定待测物体的颜色。
不同视场观测条件下,光谱的三刺激值会有差别,如下图 所示为CIE1931/1964系统的光谱三刺激值曲线。
上式适用于视场小于4°时的计算,当视场大于4°时,待测物体颜色的三刺激值X10,Y10,Z10由下式计算得出。
颜色三刺激值的测量方法主要有分光光度法和光电积分法两种:
1.分光光度法
分光光度法并不直接测量待测物体颜色,而是测量其本身的反射或透射光谱特性,经过计算后求得该物体颜色的三刺激值。按光谱信号的采集方式又可分为单通道测色的光谱扫描法和多通道测色的光电摄谱法。前者采用机械扫描结构,对波长按一定间隔逐个采集其光谱信号,精度虽高,但光路和系统结果复杂,测量速度慢,而且受光源的稳定性等因素影响明显,不适合在线测量。后者则是采用多通道的光电探测器获得整个区间的光谱功率分布,由此得到全波段的光谱数据,不需要使用机械扫描因此测量速度比前者有所提高,适用于瞬态测量。分光光度式仪器系统复杂、操作麻烦而且成本较高,主要用于对测色和配色要求较高的场合。
2.光电积分法
光电积分法是在整个测量波长范围内对被测物体颜色的光谱能量进行积分测量,从而得到该物体的颜色三刺激值,然后再通过相关公式计算出待测物体的色度坐标等参数。光电积分式仪器通常把滤光片覆盖在探测器上,将探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE规定的光谱三刺激值,用这样的三个探测器接收待测物体的光刺激时,就能用一次积分测出待测物体的颜色三刺激值。光电积分式仪器的测量速度很快,测色精度适当,而且系统结构简单,成本较低,适用于快速质检、在线检测等只需要评价物体颜色对测量精度要求不是很高的场合。
为了计算颜色的三刺激值和色品坐标,我们必须要知道光源辐射到物体后,通过人眼产生的光谱能量,这样被称为颜色刺激函数。在颜色科学发展过程里,研究者们提出了许多三刺激值的计算方法,但是到目前为止,国际上没有提出一个统一标准的准确计算方法,这其中包括CIE规定的标准定义法、三次插值法、最小二乘法、美国的ASTM E308-95加权表云算法、最优加权表算法等,下文采用的是CIE规定的标准定义法对三刺激值进行计算。
根据CIE规定的三刺激值计算,确定的标准方程表达式如下式,其中E(λ)表示光谱数据,R(λ)表示物体反射率,x(λ),y(λ),z(λ)表示配色函数,由于CIE1931系统适合在1°~4°视角下观察,大于4°视角的观察则导致计算结果不准确,所以国际照明委员会在1964年又推荐了CIE1964标准色度系统,满足10°视角下的观察条件。
上式中,k与k10为归化系数,其物理意义表示在光源色里Y值要调整到100;对于物体色将照明体的Y值调到100,实现理想的完全漫反射R(λ)=1。a,b为波长范围,通常取值在380-780nm之间,在计算三刺激值时,波长间隔有10nm、5nm、1nm等,大多数可以采用5nm间隔,如果计算精度不高可采用10nm间隔,但是需要高精度的计算则需要用1nm间隔。在实际计算中,由于光源和物体反射率会随着环境发生变化,很难用精确的表达式进行表述,因此,便于实际计算,通常将积分转化为求和的方式进行运算,其表达式形式如下式所示。
在获得颜色的三刺激值之后,就可以计算出它的色品坐标,同样在CIE1931和CIE1964色度系统中有相应的计算公式如下式所示。
将光谱色的坐标点相连接,会形成马蹄状的图形,这样的曲线图被称为CIEx-y色品图的光谱轨迹,如下图2所示。