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1、 颜色的测量方法颜色的测量方法学院：纺织与材料学院班级：轻化工程 2011 级 01班姓名：耿晓珺学号：411010301261 测色基本原理颜色测量的根本任务是测定色刺激函数 ()对于光源的测量实际上是要测定光源的相对光谱功率分布 P(),对于物体色的测量则是测定物体的光谱光度特性如反射物体的光谱辐亮度因数 ()和光谱反射比 P()、透射物体的光谱透射比 ()等。在测得了色刺激函数 ()之后就可以根据色度学的三个基本方程求出被测颜色的 CIE 三刺激值 X,Y,Z 将所选择的标准照明体的 Y 值调整到 100。颜色测量包括光源颜色的测量与物体色的测量两大类。物体色测量又分为荧光物体测量和非荧
2、光物体测量。在实际生产和日常生活中涉及到大量的非荧光物体测色。颜色测量的方法分为目视测色和仪器测色两大类。其中仪器测色又包括分光光度法和光电积分法(也称三刺激值法)两种。2 目视法传统的目视法，即色度观察者将需要测色的样品及 CIE 色度图或按照需求选择适合的色卡，共同置于特定的照明条件下，以肉眼观测比对的方式，获得测色样品的颜色参数。由于人眼及人心理因素的影响，在高精度颜色测量中，目测法目前已逐渐被淘汰。而在实际生产应用中，由于其操作的便捷性，以及标准色度观察者无需额外的培训，其应用还是相当广泛。目视法是一种最传统的颜色测量方法。在进行目视测色时首先要确定标准的照明和观察条件该条件要必须能在
3、较长的时间内保持稳定。因此通常需要采用光暗室(如标准灯箱)并且光暗室的光谱功率分布和照度应该正好与样品需要的照明条件一致。尽管国际照明委员会(CIE）推荐了多种标准照明体其中包括D5O, D55, D65,D75 等各种标准 D 照明体。但还没有相应的可用于光室的 CIE自然日光标准光源。所有实际用于目视评估的光源与自然昼光在光谱功率分布和照度上都存在很大差异。为此需要科学合理地定义目视照明的周围场和背景使光暗室中的真实光源达到对现实世界照明条件的最接近模拟。周围场指的是光暗室的内壁其应该是无光泽和中性的而且其特定的明度取决于被模拟的照明环境。背景指的是样品放置其上的表面一般大多指光暗室的底面
4、。当限定了光暗室的周围场和背景并且其光源也选定后必须测量光源的光谱功率分布和照度水平。被测颜色样品的尺寸应该保持一致并且样品的尺寸越大其目视测量的精确度也越高。一般样品至少应有 13cm2 大小。如图 1 所示【3观察的视角为.2 = 2 arc tan (r/d )。判断两个试样的色差时该样品对的制备方法应该相同并且习惯上将试样以与其边界接触的方式放置。综上又如图 2 所示用于目视测色的光暗室的照明和观察条件即参比条件主要包括以下参数相对光谱功率分布色品坐标相关色温照度显色指数日光模拟器分类等级(Daylight Stimulator Category Rating)光室内壁与底面的明度。3
5、 仪器测色3.1 仪器测色的几何条件在光与材料相互作用时会产生镜面反射和漫反射、定向透射和散射透射以及光吸收等其中每种成分的特定组合取决于光源、材料的性能及其几何关系。当人们在观察一种均匀有色材料时会注意到其颜色以及光是如何从材料表面反射的。从材料表面反射的光产生镜面光泽、纹理、图像清晰度光泽和珠光等。由于光源、物体和观察者的相互作用取决于光源的漫反射和定向性能、观察位置以及光源与样品、样品与观察者之间的特定几何关系所以可以通过调整相关的条件参数以突出或减弱其颜色、纹理或光泽。根据每种光学成分的关系以及每种成分的颜色可以判断该材料是否漆有油漆或是否为塑料、织物、金属等。因止匕在大多数计算机三维
6、作图软件中通过改变三原色的比例可以模拟出日常生活中的物体。为了便于国际对比颜色的测量必须在 CIE 标准照明体或标准光源下进行。由于样品表面的结构特性同样的物体在不同方向上具有不同的反射或透射因此照明的几何状态对测色结果会有很大的影响。同时照明光束的孔径和测量光束的孔径大小对颜色测量的结果也有影响这些几何参数称为照明与观察条件。可见为了交流、比较颜色测量的结果必须严格规定照明与观察几何条件。3.2 分光光度法3.2.1 测量原理分光光度法定量分析的基础是朗伯一比尔（ Lam-Bert-Beer)定律即溶液的吸光度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。分光光度计因使用范围不同分为紫外分光光度计、可
7、见光光度计、红外分光光度计等。无论哪一类分光光度计都由下列五部分组成即光源、单色器、狭缝、样品池、检测器系统。分光光度计技术指标主要有 8 个即.基线平直度、稳定性、波长准确度、波长重复性、光度准确性、光度重复性、分辨率及光谱带宽、杂散光。如图 3 分光光度法通过测量光源的光谱功率分布或物体反射光的光谱功率来计算颜色三刺激值进而计算出各种颜色参数。它通过探测样品的光谱成分确定其颜色参数所以精度非常高。在大多数颜色测量中常采用物体反射色测量。3.2.2 测量方法1 按照光谱组成划分按照光路组成的不同分光光度法可以分为单光束分光测色法和双光束分光测色法。单光束分光测色法只采用一个分光器件和一个探测
8、器。测量时通过比较参照物和样品在同一波长上反射的单色辐射功率得出数据采用软硬件措施消除测量的系统误差(光源光强分布差异、光路变化、温度变化、电路漂移等)。该方法成本较低。双光束分光测色法采用两个分光器件和两个探测器同时测量样品和参照标准克服了系统变化带来的误差。2 根据光谱信号采集方式划分根据光谱信号采集方式不同可以把分光光度法分为光谱扫描法和光电摄谱法两种。(1 )光谱扫描法光谱扫描法是单通道测色方法。它按一定波长间隔采用机械扫描结构逐个波长采集光谱信号经信号处理后显示数据。其优点是精度较高缺点是光路和结构复杂测量速度慢且波长重复性差对光源的稳定性要求较高受光源的不稳定性等因素影响严重不适合
9、在线测量。此类仪器一般由光源、单色器、探测器、数据处理和输出装置组成其光源一般为稳定性光源如卤钨灯、氛灯等。单色器是仪器的核心分为棱镜分光式、光栅分光式和滤光片分光式等。探测器采用光电倍增管及光电管。(2)光电摄谱法光电摄谱法可同时探测全波段光谱。它通过分光系统由多通道光电探测器探测待测物整个空间光谱能量的分布信息然后将光谱信息产生的时序信号送入处理电路进行处理和计算最后显示数据。光电摄谱法是光谱分析技术领域中的一次革命与使用单色仪和光电倍增管的传统光谱扫描测量系统相比有许多优点例如测量时间极短信噪比较高对光源稳定性要求低不必使用机械扫描就能获取空间分辨和时间分辨光谱特别适用于瞬态和大数据量的
10、光谱测量。3.2.3 分光测色仪器国外早期生产的分光测色仪大多采用光谱扫描法。20 世纪 70 年代前分光测色仪采用 HAR。丫分光光度计的传统光路和结构此类仪器体积庞大测速慢。20 世纪 70 年代出现的 MACBETHM 252020 分光光度计采用闪光光源和阵列硅二极管探测改进了结构大大缩短了测量时间代表了当时测色仪器的发展方向。随着计算机技术的发展 20 世纪 80 年代初微型计算机很快应用于颜色测量仪器通过不同的接口辅助分光光度计完成控制测量和数据采样并能根据使用要求计算出色度参数。美国 X-Rite 公司生产的 8000 系列是个球第一台采用 USB 接口连接的台式分光光度仪。20
11、 世纪 80 年代后期和 90 年代初采用光电摄谱法的分光测色仪在国际上得到很大发展。Datacolor 公司的 SF 系列仪器和日本美能达公司的 CM 22 500d 2600d 和 CM 23600d 等测色仪是这一时期分光测色仪向便携式、小型化发展的代表产品。 采用光电摄谱法的分光测色仪其特点是测色过程自动化并能够利用电脑扩展测色仪器的功能以满足不同用户的需求。目前国内外普遍研究和采用带有微处理器并建有检测和信息处理功能的集成电路系统。这种系统采用液晶显示并具有自动校正、自动补偿、数据处理、图像处理、图像识别、存储和记忆等功能。一般便携式分光测色仪内的存储器能储存 1000 多个数据和 50 多个标准色样并通过接口与电脑连接。广泛应用于多种测量的比较和运算如 SF450X 分光测色仪与配色软件连接可组成电脑配色系统。美能达 CM22600d 是世界上首创的内置 UV 瞬间调节功能的便携式分光测色计它可与电脑连接使用色彩品质管理软件或配色系统。
