颜色科学的发展现状及颜色测量的方法介绍

2022-11-11 3nh 10

在颜色科学发展的初期,目视法是主要的测色手段,但是这种方法因为受到照明条件、背景亮度、材料光泽、纹理、大小形状及测色人员视觉和心理上的差异等方面因素的影响,缺乏准确性。随着科学技术的发展,各种测色仪器也应运而生,使得产品的颜色信息能够以量化的形式进行传递和质量控制。本文对颜色科学的发展现状及颜色测量的方法进行了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

光电积分法

颜色科学的发展现状:

在纺织、印染、造纸、塑料等工业生产中,保证颜色产品质量的首要问题之一就是尽可能地使其颜色外貌与标准色样一致,减少色差,从而对产品的色差检测技术提出较高的要求。在颜色科学发展的初期,目视法是主要的测色手段,但是这种方法因为受到照明条件、背景亮度、材料光泽、纹理、大小形状及测色人员视觉和心理上的差异等方面因素的影响,缺乏准确性;即使采用同一个人多次重复判定或者不同人员的平均判定,其结果仍然会出现相当大的离散性和随机误差。

基础色度学给出了如何用科学的方法来定量地描述一种颜色,也给出了判定两个色样是否匹配的条件,即两个色样在某一光源的照明下,如果对应的三刺激值X、Y、Z分别相等,则这两个色样在该光源下为条件等色,反之则认为两个色样之间存在色差。但是,出于在CIEXYZ系统中不可能得到一个适合所有颜色区域的统一色差宽容度,因此颜色产品的色度参数无法通过量化的手段来监控和传递。鉴于此,研究一种新的色差公式和颜色空间,使计算的色差值与目测结果一致,且该颜色空间本身具有很好的均匀性,这已成为现代颜色科学领域的主要研究目标之一。

在1931~1976年间,颜色科学工作者以各自涉及的领域以及在该领域内所积累的实际数据为基础,提出了各种各样的色差公式,如ANLAB、FMCII和Hunter等公式。由于不同的色差公式之间无法相互转换,使得不同公式的计算结果不具可比性,而且很多公式的使用效果并不能让人满意,这给实际的工业应用带来很大不便。为了结束这种混乱的局面,统一色差评定的方法,国际照明委员会(CIE)对众多的色差公式进行了对比和评估,并于1976年正式推荐了CIELAB均匀颜色空间及其对应的色差公式,统一了色差公式的应用。

在CIELAB颜色空间中,不同区域的色差容限相对比较接近,颜色样品在此空间中的位置由三维的直角坐标表示。L*、a*、b*的值可以从三刺激值(X、Y、Z)计算出来,其中L*表示颜色的明度,a*表示该颜色在红一绿轴方向的投影位置,b*则表示颜色在黄一蓝轴方向的投影位置。在此颜色空间中,视觉对色差的可察觉性可以用椭球体来表示,球体的三个轴分别代表明度、饱和度(彩度)和色调,其大小由该颜色在颜色空间中的位置所决定(如该球体在黄色区域时比绿色区域变得更狭长)。由于CIELAB极大地改善了CIE1931色度系统的不均匀性,从而使得采用色度学来对产品颜色质量进行评价具有可行性。工业界基于CIELAB色差公式制订了最初的针对颜色测量和色差评价的国际标准。而我国也根据国际标准制订了与之对应的各个行业标准。

随着科学技术的发展,人类制造工具的能力也不断提高,各种测色仪器也应运而生,如八十年代出现的离线测色仪和八十年代后期出现的在线测色系统等。使用色度学原理的仪器代替人眼对色差进行测量和色差判定是工业生产中的一个重要进步,由此可对物体颜色的差异作出客观的评价,不仅实现了统一的工业检测标准,也使产品的颜色信息能够以量化的形式进行传递和质量控制。目前,测色色差计在对产品颜色质量要求比较严格的场合已经得到了广泛的应用。

颜色测量的方法:

颜色测量可以使用三种不同的方法,即目视法、分光光度法和光电积分法。

目视法是一种古老的、但同时也是色度测量的最基本方法,它用目视比较色样对中被测色样与标准色样之间颜色的差别。实际操作时,应该在规定的CIE标准照明体下进行,一般可采用标准A光源、模拟D65照明体或“北窗光”照明。进行目视比较测量时,应具有一定的亮度水平,使人眼的锥体细胞处于工作状态,同时也应按照CIE的规定选择合适的视场范围。观测者感觉到的颜色表现即颜色的外貌在很大程度上受制于观测者的主观心理因素,往往因人而异,故目前已很少采用。

分光光度法测量颜色主要是测量物体反射的光谱功率分布,然后再由这些光谱测量数据通过计算的方法求得物体在标准照明体下的三刺激值。这是一种精确的颜色测量方法,但是成本较高,过程相对复杂,而且速度较慢。

光电积分法是通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线,或某一特定的光谱响应曲线,由此对被测量的光谱功率进行积分测量。该方法的测量速度快,而且也具有相当的测量精度(取决于探测器光谱灵敏度满足卢瑟条件的程度),可满足大多数场合下的色貌测量要求。


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