測(cè)色儀設(shè)計(jì)原理

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1、 第二章 測(cè)色儀設(shè)計(jì)原理 來源： 發(fā)布時(shí)間： 2010-7-10 23:23:57 1. 為何眼睛可以給我們顏色色感 ? 人感覺顏色的原理 人眼之所以能看到色譜， 是因?yàn)檫@些特定的波長刺激了人眼中的視網(wǎng)膜。 按照光的不同波長 *1，色譜的順序安排為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛藍(lán)、紫；在波長 最長的區(qū)域內(nèi)的光線看起來就是紅色的， 波長最短的區(qū)域內(nèi)的光線看起來就是紫的。 人眼可以看到的光區(qū)被稱為可見光區(qū)。 如果我們超出可見光區(qū)以外向波長更長的一邊移動(dòng)， 則就進(jìn)入紅外線區(qū)； 如果我 們向波長更短的一邊移動(dòng)，則進(jìn)入紫外線區(qū)。 這兩個(gè)區(qū)均不能為人眼

2、所見。 * 人眼可以看到在可見范圍內(nèi)的光； 但是，“光”和“顏色”并不是一回事。 光的定義為：“刺激眼睛視網(wǎng)膜的輻射線，并使眼睛產(chǎn)生視覺”。 對(duì)眼睛的刺激傳送到腦，在腦子里首先產(chǎn)生“顏色”這一概念， 作為腦對(duì)接收來自眼睛的信息的反映。 * 分光測(cè)色法，使用這種方法的測(cè)色儀器用來測(cè)量光的光譜特性，然后根據(jù) CIE 標(biāo)準(zhǔn)觀察者函數(shù)的方程式來計(jì)算三刺激值。 利用光譜光度分析法的儀器除了以各種色空間顯示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之外還可以直接顯示光譜數(shù)據(jù)， 提供有關(guān)該物體顏色的更

3、為詳細(xì)的信息。 2. 常見的分光方法 * 三刺激法 利用三個(gè)經(jīng)過過濾的敏感器使具有與人眼相同的 、 、 靈敏度來測(cè)量物體 的反射光，從而直接測(cè)量三刺激值 X，Y 和 Z。另外圖 20c 中，光譜光度分析法 利用復(fù)合敏感器（在柯尼卡美能達(dá)分光測(cè)色計(jì) CM-2600d內(nèi)有 40 個(gè)) 來測(cè)量物體在每一個(gè)波長或每一個(gè)窄波長范圍內(nèi)的光譜反射比。 于是該儀器的微計(jì)算機(jī)根 據(jù)光譜反射比數(shù)據(jù)通過積分來計(jì)算三刺激值。三刺激值色差計(jì)有相對(duì)價(jià)格低廉， 外形小巧，出眾的靈便性以及操作簡便的特點(diǎn)。 它可以很方便地測(cè)得三刺激值。 但是色差計(jì)卻不

4、適合用于例如反射率光譜及色強(qiáng)度等復(fù)雜的色彩分析中。 * 光柵分光方式 分光計(jì)是用來把光源激發(fā)出來的復(fù)合光展開成光譜的一種儀器， 這種儀器的 主要作用使復(fù)合光色散。 使之成為各種不同波長的光叫做光的色散或叫分光。 有棱鏡和光柵二種，以棱鏡為色散元件做成的分光儀，有水晶、玻璃、螢石等多種 分光儀。以光柵為色散元件的分光儀又有平面衍射光柵或凹面衍射光柵分光儀之分。由于光柵刻劃技術(shù)和復(fù)制技術(shù)進(jìn)一步

5、的提高， 光柵已廣泛應(yīng)用于光電直讀光譜儀中。光柵與棱鏡比較具有一系列優(yōu)點(diǎn)。 首先棱鏡的工作光譜區(qū)受到材料透過率的限制；在小于 120nm真空紫外區(qū)和大于 50 微米的遠(yuǎn)紅外區(qū)是不能采用的，而光柵不受材料透過率的限制，它可以在整個(gè)光譜區(qū)中應(yīng)用。 光柵的角色率幾乎與波長無關(guān)， 光柵角色散在第一級(jí)光譜中比棱鏡大， 不過在紫外 250nm時(shí)石英角色散比光柵角色率大。 光柵的分辨率比棱鏡大； 由于光柵具有上述優(yōu)點(diǎn)將更進(jìn)一步得到應(yīng)用。 分光光度計(jì)的分光原理基本有三種：旋轉(zhuǎn)濾色片分光法、散射棱鏡分光法、 衍射光柵分光法。 第一種方法是在圓盤上安裝 20~30個(gè)窄帶濾色片， 通過旋轉(zhuǎn)圓

6、 盤來實(shí)現(xiàn)分光。 后兩種方法是利用光的色散， 把光源的復(fù)合輻射分解成不同波長 的單色輻射，并按一定的順序排列，使用的色散元件是棱鏡或衍射光柵。 * 光譜式分光方式 分光儀原理：制作一塊具有與人眼感色靈敏度相等的分光特性的濾光片， 用它對(duì)樣板進(jìn)行測(cè)光。 （利用光源照射到被測(cè)物上， 積分球吸收反射光線由光譜儀進(jìn)行光的分析量測(cè)。） 常用分光光度計(jì)的波長間隔是 10nm或 20nm， ( 注我司波長間隔 0.5nm) 為被記錄的可見光譜被分成約 30 段。在一些高精度的系統(tǒng)中，測(cè)量間隔也可以更?。ㄖ?1nm）。然后在規(guī)定照明體和觀察視場下，通過光

7、電探測(cè)器逐個(gè)對(duì)每段波長 的光量進(jìn)行測(cè)量，再根據(jù)反射光譜或透射光譜計(jì)算出待測(cè)品的色度值。 我司利用積分球內(nèi)混光直接進(jìn)入光譜卡內(nèi) (2048 列陣掃描 ) 分光演算 , 沒有經(jīng)過太多元器件進(jìn)行初期分光 , 增加初期分光的誤差值 , 所精度較高并數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定 ; 3. 影響顏色查看的因素 顏色是一種有關(guān)感覺和主觀解釋的問題。 即使他們看著同一物體 （在這里是說一個(gè)蘋果），人們將依不同的標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)歷以迥然不同的字眼來表達(dá)同一種顏色。因?yàn)橐磉_(dá)一種顏色有各種各樣的方法， 要向某人描述某種特定顏色是很難說得一清二楚的。如果我們對(duì)某人描述蘋果的顏色是“火紅色的”， 我們是否能指

8、望 他們準(zhǔn)確地再現(xiàn)這種顏色呢？用言語來表達(dá)顏色是復(fù)雜而困難的。 然而，如果有一種標(biāo)準(zhǔn)的方法能精確地表示顏色并為每個(gè)人所理解， 則色彩信息的交流就可以更加順當(dāng)，更加簡單和精確。 這種精確的色彩信息交流將解決種種與顏色有關(guān)的問題。 以下是我們?cè)诓榭茨愁伾珪r(shí)的影響條件 * 光源的因素 大概很多人都有這種經(jīng)驗(yàn)， 一個(gè)擺在蔬菜水果店里的蘋果在陽光照射下， 顯得如此美味可口， 如果放在家里的日光燈下看起來就不是那么好了。 陽光、日光燈、鎢絲燈等，每一種照明都使同一個(gè)蘋果看起來不一樣。 1) 照射物體 , 而其反射或透射光之光譜組成則被改變 2) 刺激視神經(jīng) ,

9、 傳至頭腦 , 而產(chǎn)生色彩之感覺 CIE 是一個(gè)國際性的組織 , 成立已久 , 其最主要的工作 , 在于研究物體彼此間的 色差之比色方法 . 其全名為 Commission Internationale de l ’ Eclairage . 也 從事于照明體的研究工作 , 又稱之為國際照明委員會(huì) . C I E 公告之標(biāo)準(zhǔn)光源： 光源 說明 色溫(K ) A 鎢絲燈泡所產(chǎn)生之光 2854 B 鎢絲燈光經(jīng)濾鏡所得之光，近似正午之陽光 4800 (較罕用) C 鎢絲燈光經(jīng)濾鏡所得之光， 近似北方仰角 45白

10、云呈現(xiàn)之光色， ( 較罕用 ) 由于缺少紫外線之定義 , 現(xiàn)已逐漸被 D65所取代 D65 經(jīng)濾鏡合成之照明體近似日光，並不實(shí)際存在 F11 TL84 型日光燈管所生之光 F2 CWF型日光燈管所生之光 不同的光源使顏色看起來不一樣。 為了測(cè)量顏色， CIE 規(guī)定了幾種不同類型的典型光源的光譜特性。 附圖標(biāo)示出某幾種光源的光譜能量分布。 光源通常安裝在測(cè)色儀器內(nèi)部， 這種光源也許符合也許不符合 CIE 的任何一種標(biāo)準(zhǔn)光源， 但是這種儀器通過根據(jù)在儀器光源之下實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存在儀器存儲(chǔ)器里的標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜分布數(shù)據(jù)進(jìn)行的計(jì)算，來確定在所選光源下測(cè)得的數(shù)據(jù)。

11、 * 標(biāo)準(zhǔn)光源 D65 ：相關(guān)色溫為 6504K 的正常日光（包括紫外線波長區(qū)），應(yīng)用在測(cè)量被日光（包括紫外線輻射）所照明的試樣。  6750 6500 4000 4230 * 標(biāo)準(zhǔn)光源 C 相關(guān)色溫為 6774K 的正常日光（不包括紫外線波長區(qū)），應(yīng)用來測(cè)量被可見波長范圍（但不包括紫外線輻射）內(nèi)的日光所照明的試樣。 * 標(biāo)準(zhǔn)光源 A 相關(guān)色溫為 2856K 的白熾燈光，應(yīng)用來測(cè)量被白熾燈光所照明的試樣。 * 背景的因素 放在明亮背景之前的蘋果看起來要比放在暗背景之前的來得黯淡。

12、 這被稱之為對(duì)比效應(yīng)。對(duì)于要準(zhǔn)確地判斷顏色來說，這是不利的。 * 查看方向的因素 當(dāng)我們從兩個(gè)稍稍不同的角度觀察一輛小車時(shí)， 車上的某點(diǎn)看起來會(huì)有陰暗之差。 這是由于車上的涂料有方向特性的緣故。 某種帶色的材料， 特別是金屬涂料有強(qiáng)烈的方向特性。 對(duì)于精確的色彩交流，對(duì)某物的觀察角和照明角必須保持恒定。 CIE 在 1931 年原來規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)觀察者是用 2o 視角，因此定名為 2o 標(biāo)準(zhǔn)觀 察者。 1964 年， CIE 規(guī)定一個(gè)附加的標(biāo)準(zhǔn)觀察者，這一次是根據(jù) 10o 的視角， 因此被稱作 10o 補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者。 2o 視角和 10o 視角相比較，究竟是個(gè)什么概

13、念，可以下例說明。在視距為 50cm時(shí)， 2o 的視角為 1.7 厘米的圓；而在同樣視距 10o 的視角則為 8.8 厘米的圓。 在本書中大部分資料是根據(jù) 2o 標(biāo)準(zhǔn)觀察者。 2o 標(biāo)準(zhǔn)觀察者將用于 1o 到 4o 視角，而 10o 補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者將用于 4o 以上的視 角。 物體顏色會(huì)隨著觀察條件， 檢查角度及照明角度不同而變化， 當(dāng)一臺(tái)儀器測(cè)量樣品時(shí)，光源射向樣品的角度以及傳感器接收光線的角度， 我們稱之為幾何光學(xué)結(jié)構(gòu)。 * 單向照明系統(tǒng)這是從一個(gè)方向提供照明的方式。 在 45/0 結(jié)構(gòu)中，樣品表面被來自 45 度角的線形光照射， 反射

14、光被固定位置 （ 0 度）傳感器接收。 0/45 結(jié)構(gòu)中，樣品表面由固定位置（ 0 度）線形光提供照明并由 45 度的傳感器接收反射光。 * 積分球散射照明系統(tǒng) 這種系統(tǒng)利用一個(gè)積分球，使光線從各個(gè)方面均勻地射向樣品表面。（積 分球是一個(gè)內(nèi)表面涂有如硫酸鋇這樣的白色物質(zhì)，能使光線均勻漫射的球形裝 置）。 一臺(tái) d/0 結(jié)構(gòu)儀器利用漫射照射樣品并在固定角（ 0 度）接收反射光線。 一臺(tái) 0/d 結(jié)構(gòu)儀器從 0 度角照明樣品并接收從各個(gè)方向來的漫射光線。 （+/-5度角內(nèi)的鏡面反射光可利用 SCE/SCI功能來排除或包含在內(nèi)。）

15、 * 觀察者的因素 每個(gè)人的眼睛的靈敏度總是稍微有差別的， 甚至認(rèn)為色視覺正常的人， 對(duì)紅或藍(lán)仍可能有所偏倚。 還有，一個(gè)人的視力通常隨年齡的增大而改變。 由于這些因素，各種顏色在不同的人看來是不一樣的。 * 面積的因素 有人在查看了墻紙的小塊樣片以后選擇了他認(rèn)為很好的一種， 但當(dāng)墻紙貼到墻上去之后卻又覺得太亮了一點(diǎn)。 覆蓋在大面積上的看起來更明亮和更鮮艷，這就是所謂的面積效應(yīng)。 挑選大面積的物體卻根據(jù)小面積的色樣會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。