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了解这些专业术语,不再是颜色测量的小白了


这周准备介绍关于颜色测量的方法——目测法,测色仪测量


人眼是最古老的测量工具,目测法对色也算是颜色评判工具。因为其他颜色测量工具的评判结果都是为了真实模拟人眼的所看到的颜色。人眼对微小的颜色差别有非常敏锐的辨别能力。特别是对于产品品质管控人员和颜色调配工作者,因为长期工作的训练,拥有异于常人的颜色辨别能力。

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但是目测法对色的影响因素很多,如客观的对色条件(如光源,周围光的影响),对色方法,产品表面的影响,还有每个人主观的影响(如人眼状况,心理状况)。

所以国际照明委员会 CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)建立标准色度系统,就是为了更客观且定量地测量颜色,减少人为误差,提供公认的颜色测量结果。测色仪通过光源信息(光源),物体对光的反射特征(物体),以及观察者的特征,(观察者)来确定颜色,替代人眼来检测颜色。

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“CIE”,了解色度学知识】


在介绍测色仪之前,先介绍一些测量概念。

  1. 颜色比对的几何条件

  2. 积分球

  3. SCI模式和SCE模式



1
颜色比对的几何条件

被测物体表面结构对于光线反射能力的不同,测量方向角度的变化、照明角度的变化,都会造成测量结果的不同。而不同的观察者也会得到不同的测量结果。


为标准化颜色测量,国际照明委员会(CIE)推荐了四种用于常用的样品反射光谱测量的标准照明与观察几何条件。如下图四种:

前两种(a,b)主要用于目视对色,后两种(c,d)主要用于测色仪测量。


上面四种方法其实是为了避免光线直射的影响。如果你在反射光的位置上看颜色,只能看到白亮且刺眼的反射光,而不是物体的颜色。


(a) 0 °/45°(光线0 °观察45°)


如图 (a)所示,照明光源位于被测物体正上方并垂直照射到物体表面,照明光源的光束主光轴与样品表面法线夹角为 0°,最大不超过 10°。测色仪传感器或人眼位于与样品表面法线成 45°方向进行观察和测量。

下图实例就是通过0 °/45°对色:光源在对色样品正上方,人眼跟样品表面法线成 45°角。


( b) 45°/0 °(光线45°观察0 °)


如图 (b)所示 ,照明光源主光轴与样品表面法线成 45°角, 测色仪传感器或人眼位于被测物体正上方,观察和测量方向主光轴与样品法线的夹角不应超过 10° 。

下图实例就是通过45°/0 °对色:人眼在对色样品正上方,光线跟样品表面法线成 45°角。


注意:

在 0/45 或者 45/0 的照明和观察几何条件下, 光源只在特定角度照射,在其他角度可能会出现光线不足,或者定向问题,即如果测试样品旋转一定角度,其测得的结果可能发生较大改变(特别有金属效果的颜色光线的方向影响非常大)。 


  • 当发生光线不足的问题时, 在其他方位角增加上几个光谱功率分布相同光源可以解决类似问题。 如下图:


  • 当定向灵敏度问题, 可以将所有的方位角沿环形照明,增加取样的方位角数来解决。 如下图所示:


( c) 0/d(垂直/漫反射)


如图 (c)所示,照明光源位于被测物体正上方,照明光束主光轴与样品表面法线夹角不超过 10°。光线进入积分球,积分球的作用是将被物体反射出来的光变成漫反射的光。通过积分球收集样品反射光,进而测量积分球内经漫反射的光。 CIE 未规定积分球内径范围,但积分球内壁总面积应在开孔总面积 10 倍以上。

要注意的是,积分球内有挡板,来阻止样品和球壁被测量点之间的直线传递


( d) d/0(漫射/垂直)


如图 (d)所示,照明光源照射到积分球后形成漫射光照明样品,传感器位于被测物体正上方,测量方向主光轴与样品法线的夹角应控制在 10°以内。CIE 未规定积分球内径范围,但积分球内壁总面积应在开孔总面积 10 倍以上。积分球内有挡板,来阻止样品和光源在球壁照射点之间的直线传递



2
积分球

前面提到的垂直/漫射(0/d)和漫射/垂直(d/0)测色条件时,提到积分球的作用。一束光进入积分球之后,经过多次的漫反射,形成一个理想的漫射源(漫反射光源),这样可以消除由于被测样品的表面不均匀和由于测量仪器受光面响应度的不均匀性带来的影响。


积分球的结构式一个内部空心的球,内表面均匀喷涂一层朗伯漫射特征材料,如硫酸钡。


积分球之基本工作原理如下图所示;光线由输入孔入射后,光线在此球内部被均匀的反射及漫射,因此输出孔所得到的光线为相当均匀之漫射光束。 而且入射光之入射角度、空间分布、及极化皆不会对输出之光束强度及均匀度造成影响。所以理想的积分球状态是里面每一个点的反射情况完全一致。


积分球之工作原理 


一般的光学扩散片降低测量时因侦测器上之入射光源不均匀分布或光束稍微偏移所造成之些微误差,因而可提高测量的准确性;但是在更精密的测量时,您就必须使用积分球作为光学扩散器以使得上述之误差最小。 


 使用积分球来测量光通量时,可使得测量结果更为可靠;积分球可降低并除去因光线之形状、 发散角度、及侦测器上不同位置之响应度差异所造成的测量误差。  积分球亦可与分光仪搭配,将积分球的光输出孔衔接于分光仪的入射光栅前,以确保待测光源射入分光仪的角度都相同;使得测量的再现性大幅的提高。   



3
SCI模式和SCE模式

人的视觉系统在观察物体时,在多数条件下接收的信息为物体的漫反射光,而不注重镜面反射。往往是避免镜面反射。因此在测量过程中,通过消除镜面反射而只测量漫反射光,这样得到的结果才能与人眼观察到的物体表面颜色相一致。


  • 包含镜面反射光的测量结果称为 SCI 模式(Specular Component Included)

  • 消除镜面反射光的测量结果称为 SCE 模式(Specular Component Excluded)


SCI:Specular Component Included


采用包含镜面反射光 SCI 方式,其测量结果完全包括物体的所有表面反射光,因此其结果能够客观的表示物体的外表颜色,与物体表面的结构、粗糙程度无关,在电脑配色等方面应用广泛。


也就是说SCI模式包含了所有物体反射出来的所有光线,测量的结果能真实显示物体颜色性质,符合表面色三要素(光源,物体,观察者)的定义。


SCE:Specular Component Excluded


消除镜面反射光 SCE 方式,其测量所得到的结果与人眼(人的视觉系统在观察物体时,在多数条件下接收的信息为物体的漫反射光,而不注重镜面反射。 )显示的是人眼真实看到的颜色。

由于滤去了镜面反射光线,表面色三要素(光源,物体,观察者)中的物体性质不能真实的反应,所以计算出来的结果跟SCI模式有所不同。而且受物体表面的结构、粗糙程度影响非常大。(因为物体表面性质会影响反射光线)


如下图显示,通过光阱滤去直接反射光。



4
回顾
  1. 颜色对比的角度有哪些?

  2. 积分球有什么用?

  3. SCI和SCE是什么?


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