顏色的測量和計算

關(guān)于顏色的測量和計算標(biāo)準(zhǔn)照明體“照明體”：指特定的光譜能量分布，這一光譜能量分布不一定由一個光源直接提供，也不一定能用特定光源來實現(xiàn)?！肮庠础保褐刚鎸嵈嬖诘奈锢磔椛潴w。CIE推薦使用過的標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C和D。一、光源第2頁,共35頁，星期六，2024年，5月標(biāo)準(zhǔn)照明體A

標(biāo)準(zhǔn)照明體A是相當(dāng)于黑體加溫到2855.6K時所輻射出的光，它的色度坐標(biāo)落在了CIE1931色度圖的普朗克軌跡上。相對光譜功率分布曲線

第3頁,共35頁，星期六，2024年，5月標(biāo)準(zhǔn)照明體B標(biāo)準(zhǔn)照明體B代表相關(guān)色溫約為4874K的直射陽光，它的色度坐標(biāo)緊靠普朗克軌跡。相對光譜功率分布曲線第4頁,共35頁，星期六，2024年，5月標(biāo)準(zhǔn)照明體C

標(biāo)準(zhǔn)照明體C代表相關(guān)色溫大約為6774K的平均日光，其光色近似陰天天空的日光，色度坐標(biāo)位于普朗克軌跡的下方。相對光譜功率分布曲線第5頁,共35頁，星期六，2024年，5月標(biāo)準(zhǔn)照明體D

標(biāo)準(zhǔn)照明體D代表了各種時相日光的相對光譜功率分布，亦稱為典型日光或重組日光。它是由一條位于普朗克軌跡上方的一條典型日光色度軌跡。標(biāo)準(zhǔn)照明體D與實際日光具有比較相近的相對光射功率分布，并且比標(biāo)準(zhǔn)照明體B、C更符合實際日光的色度坐標(biāo)，因此CIE優(yōu)先推薦了標(biāo)準(zhǔn)照明體D65(相當(dāng)于相關(guān)色溫大約為6504K的日光

)

。第6頁,共35頁，星期六，2024年，5月在不能應(yīng)用D65時，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)照明體D50(相關(guān)色溫5000K)、D55(相關(guān)色溫5500K)和D75(相關(guān)色溫:7500K)D50、D55和D75的相對光譜功率分布曲線

第7頁,共35頁，星期六，2024年，5月二、物體的光學(xué)性質(zhì)物體受到光的照射后，能夠吸收全部或部分波長范圍光的能量，并將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，其余波長的光被反射或透射出去，作用于人眼后產(chǎn)生顏色的感覺。它們所表現(xiàn)的顏色，就是被吸收光的補色。（一）吸收第8頁,共35頁，星期六，2024年，5月（二）反射鏡面反射發(fā)生于平而光滑的表面，當(dāng)光以某種角度照射在這種平面上，則以相同角度(與樣品表面法線的夾角)反射出一部分光，而且與入射光的波長無關(guān)。鏡面反射光的多少決定了物體的光澤度。漫反射一般發(fā)生在不平且粗糙的表面上，入射光以很多不同的角度被反射出來。漫反射也可由光滑表面下面的散射引起。大部分半透明體及不透明體的平滑表面，同時具有鏡面反射和來自表面下散射引起的漫反射。第9頁,共35頁，星期六，2024年，5月（三）透射透射是指入射光照射在物體上后穿過物體的現(xiàn)象。（1）沒有吸收和散射，全部透過，無色透明體；（2）沒有吸收，部分光被散射，部分被透過，白色半透明體；（3）全部被反（散）射，沒有吸收透過，白色不透明體；（4）全部吸收，無反（散）射，無透過，黑色不透明體；（5）透過、吸收和散射作用都存在，有色的半透明體；（6）部分吸收，部分透過，沒有散射，透明有色體；（7）部分吸收，部分反（散）射，無透過，有色不透明體。第10頁,共35頁，星期六，2024年，5月第二節(jié)顏色的測量和計算1測色的基本原理

顏色的測量是顏色科學(xué)最重要的工程應(yīng)用之一，它不僅依賴于被測顏色本身的光譜光度特性，還與測量的幾何條件、照明光源的光譜分布等密切關(guān)聯(lián)。因此，國際照明委員會(CIE)推薦了相關(guān)的測色標(biāo)準(zhǔn)，以使各國的顏色測量參數(shù)和各測色儀器制造廠商的產(chǎn)品能夠進行交流和對比。顏色測量的根本任務(wù)是測定色刺激函數(shù)φ(λ)；對于光源的測量，實際上是要測定光源的相對光譜功率分布P(λ)；對于物體色的測量，則是測定物體的光譜光度特性，如反射物體的光譜輻亮度因數(shù)β(λ)和光譜反射比P(λ)、透射物體的光譜透射比τ(λ)等。在測得了色刺激函數(shù)φ(λ)之后，就可以根據(jù)色度學(xué)的三個基本方程求出被測顏色的CIE三刺激值。顏色測量的方法分為目視測色和儀器測色兩大類其中，儀器測色又包括分光光度法和光電積分法(也稱三刺激值法)兩種。第11頁,共35頁，星期六，2024年，5月2目視測色

目視測色方法通過人眼的觀察，對顏色樣品與標(biāo)準(zhǔn)顏色的差別進行直接的視覺比較，要求操作人員具有豐富的顏色觀察經(jīng)驗和敏銳的判斷力。即便如此，在其測色結(jié)果中仍不可避免地包含了一些人為的主觀因素，而且工作效率很低。在進行目視測色時，首先要確定標(biāo)準(zhǔn)的照明和觀察條件，該條件要必須能在較長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，通常需要采用光暗室(如標(biāo)準(zhǔn)燈箱)，并且光暗室的光譜功率分布和照度應(yīng)該正好與樣品需要的照明條件一致。

周圍場(surround)

指的是光暗室的內(nèi)壁，其應(yīng)該是無光澤和中性的，而且其特定的明度取決于被模擬的照明環(huán)境。大多數(shù)光暗室的明度L在60-70，由此獲得了定向與漫射的組合照明，以便觀察被測物體顏色的差異。如果待測物體不是高光澤材料，最好不要改變周圍場的特征。當(dāng)對高光澤材料進行評估時，光暗室的背景應(yīng)該涂成黑色，或采用黑色的天鵝絨進行覆蓋，這樣可以消除由鏡面反射導(dǎo)致的光暗室背景的圖像。第12頁,共35頁，星期六，2024年，5月

背景(background)

指的是樣品放置其上的表面，一般大多指光暗室的底面。如果目視測量的目的是評估色表，那么背景應(yīng)該是無光澤的，并且具有中等明度(L=50)。被測顏色樣品的尺寸應(yīng)該保持一致，并且樣品的尺寸越大，其目視測量的精確度也越高。一般，樣品至少應(yīng)有13cm2大小。如果達不到這種尺寸要求，那么在使用小一些的樣品時，觀察者應(yīng)該在視角不小于2°的距離外觀察樣品。如果標(biāo)準(zhǔn)色樣的尺寸比樣品還小，則應(yīng)該采用罩子分別覆蓋其上，以便得到相等的觀察面積，同時罩子的明度和表面性能應(yīng)該與背景相同。判斷兩個試樣的色差時，該樣品對的制備療法應(yīng)該相同，并且習(xí)慣上將試樣以邊界接觸的方式放置。試樣應(yīng)平放于光暗室的底面上，以使照明與試樣平面垂直。觀察者離光暗室開口約15-30cm距離，并且保持觀察角度(觀察方向與試樣法線之間的夾角)為45°的高度。由于光室的照明取決于特定的光源、散射體及周圍場的明度，并在基本定向反射與中等散射范圍內(nèi)變化，因此，在目視評估中，保持觀察者與試樣的距離不變是非常重要的。

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應(yīng)該熄滅觀察環(huán)境中的室內(nèi)照明燈，并且在光暗室中只放置待測色樣，以避免光室內(nèi)零亂堆放的試樣可能導(dǎo)致的照明光譜性能的變化。在一般情況下，對顏色進行視覺測量時，最佳的目視檢測方法是：將待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)色樣在標(biāo)準(zhǔn)光源照射下并排放置，同時觀察兩個樣品，以判斷顏色質(zhì)量。在大多數(shù)情況下，需要對顏色的同色異譜程度進行評價，所以單一光源是不夠的，應(yīng)該允許使用多種標(biāo)準(zhǔn)光源。第14頁,共35頁，星期六，2024年，5月3儀器測色的色度基準(zhǔn)

按照國際照明委員會(CIE)的規(guī)定，反射顏色樣品的光譜反射率因數(shù)，是相對于完全反射漫射體(在整個可見光譜范圍內(nèi)的反射比均為1)來測量的。然而，現(xiàn)實中并不存在理想的完全漫反射體實物標(biāo)準(zhǔn)，所以必須用已知絕對光譜反射比的氧化鎂、硫酸鋇等工作標(biāo)準(zhǔn)自板來校準(zhǔn)分光光度計，才能在儀器上直接測量樣品的絕對光譜反射比。因此，首先必須準(zhǔn)確測量氧化鎂、硫酸鋇等工作標(biāo)準(zhǔn)的絕對光譜反射比，建立準(zhǔn)確可靠的測色工作標(biāo)準(zhǔn)，并進行科學(xué)有效的量值傳遞。利用漫反射性能好、反射比高的MgO(煙積或噴涂)、BaSO4等材料進行反射比測量，可以得到較高的準(zhǔn)確度。然而，這些材料的光學(xué)穩(wěn)定性差，容易污染，完好保存及重復(fù)使用困難，因而無法長久地保持反射比量值的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。為了多次標(biāo)定以提高準(zhǔn)確度，應(yīng)在得到色度基準(zhǔn)的絕對光譜反射比之后，隨即將其量值傳遞到光學(xué)性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用、表面便于清潔的乳白玻璃、高鋁瓷板、陶瓷白板或搪瓷白板上，作為保存反射比量值的副基準(zhǔn)白板。第15頁,共35頁，星期六，2024年，5月（1）光譜光度儀的結(jié)構(gòu)特點(1)—樣品測量孔(2)—漫反射積分球(3)—脈沖氙燈(4)—D65濾光片(5)—UV濾光裝置(6)—樣品測量光束(7)—樣品測量接收器(8)—參比測量光束(9)—參比光束接收器(10)—鏡面反射阱(11)—透射樣品放置槽(12)—電子計算機（12）電子計算機光電二極管第16頁,共35頁，星期六，2024年，5月（一）儀器內(nèi)測量用光源鎢絲燈脈沖氙燈最佳的儀器內(nèi)照明光源應(yīng)為高強度脈沖氙燈，而且通過濾光片模擬D65標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜功率分布。（二）照明和測量條件1971年CIE正式推薦了幾種測色標(biāo)準(zhǔn)照明和觀察條件，統(tǒng)一了顏色測量和評價方式、減少照明和觀察條件對光譜反射函數(shù)實測結(jié)果的精確度的影響、提高測量精度。第17頁,共35頁，星期六，2024年，5月45°/垂直（45/0）樣品被一束或多束光照明，照明光束的軸線與樣品表面的法線成45±2°，觀察方向與樣品的法線之間的角度不超過10°，照明光束的任一光線和照明光軸之間的夾角不超過5°，觀察光束在觀察中也應(yīng)該遵守同樣的限制。第18頁,共35頁，星期六，2024年，5月垂直/45°（0/45）照明光束的軸線與樣品表面的法線之間的角度不超過10°，照明光束的任一光線和照明光軸之間的夾角不超過5°，觀察光束在在觀察中也應(yīng)該遵守同樣的限制。第19頁,共35頁，星期六，2024年，5月漫射/垂直（d/0）用積分球照明樣品，樣品的垂直線和光測軸之間的夾角不應(yīng)超過10°，積分球的直徑可以是任意大小，但其開孔的總面積不能超過積分球內(nèi)部反射總面積的10％，觀察光束的任一光線和觀察軸之間的夾角不應(yīng)超過5°。

第20頁,共35頁，星期六，2024年，5月垂直/漫射（0/d）照明光束的軸線與樣品表面的法線之間的角度不超過10°，反射通量由積分球來聚集，照明光束的任一光線和照明光軸之間的夾角不超過5°，積分球的直徑可以是任意大小，但開孔的總面積不能超過積分球內(nèi)部反射總面積的10％。光澤吸收阱第21頁,共35頁，星期六，2024年，5月（三）單色器作用：將復(fù)色光分解成單色光，再由光電檢出器按相應(yīng)的波長檢出。經(jīng)單色器分光后出來的單色光照射到光電檢出器上轉(zhuǎn)變成電信號，電信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計算機可以處理的數(shù)據(jù)。（四）光電檢出器第22頁,共35頁，星期六，2024年，5月品牌產(chǎn)品型號愛色麗（X-Rite）CE7000A，colori7,colori5,CE2180，CE-XTH,CE-XTS，SP60/62/64德塔顏色（Datacolor）SF650，SF600,SF550，SF400，DF110，DF245亨特立（HunterLab）UltraScanPro，UltraScanVIS，ColorQuestXE，MiniScanXE，LabScanXE柯尼卡美能達（KonicaMinolta）CM-3700d，CM-3600d，CM3500d，CM2600d，CM2300d，CM2500c光譜光度儀的常見品牌和型號第23頁,共35頁，星期六，2024年，5月某一光源的光譜功率分布函數(shù)

光譜三刺激值與波長的關(guān)系函數(shù)在某一波長λ的三刺激值為有：（一）RGB與XYZ的計算方法第24頁,共35頁，星期六，2024年，5月在可見光譜范圍內(nèi)進行積分，即得到該光源的三刺激值：第25頁,共35頁，星期六，2024年，5月

第26頁,共35頁，星期六，2024年，5月主波長與色純度計算CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，完成了用數(shù)字表示顏色的目的，但很難將日常生活中見到的顏色與數(shù)字聯(lián)系起來。Y＝30，x＝0.3927，

y＝0.1892是什么顏色？

第27頁,共35頁，星期六，2024年，5月結(jié)合顏色的三屬性（色調(diào)、明度、飽和度）提出了與顏色三屬性有關(guān)聯(lián)的一些概念：主波長興奮純度亮度純度第28頁,共35頁，星期六，2024年，5月主波長顏色的主波長大致相當(dāng)于視神經(jīng)感覺到的顏色的色調(diào)。在CIE色度圖上分別標(biāo)出顏色樣品和光源的色度點（即色度坐標(biāo)），連接兩點做一直線，并從光源向樣品色度點的方向延長與光譜軌跡相交，這一交點的波長就是該顏色樣品的主波長。第29頁,共35頁，星期六，2024年，5月如圖，M和O分別為樣品顏色（M）和CIE光源C的色度點，連接兩色度點，其直線的延長線與光譜軌跡相交與519.4nm處，519.4nm就是樣品M的主波長。第30頁,共35頁，星期六，2024年，5月不是所有的顏色樣品都有主波長。在色度圖上光譜兩端與光源色度點形成的三角形區(qū)域