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物體表面色的測(cè)量——測(cè)色方法概論

2010-10-06

物體表面色的測(cè)量——測(cè)色方法概論
    顏色的測(cè)量隨被測(cè)顏色對(duì)象的性質(zhì)不同而分為自發(fā)光體顏色的測(cè)量和物體色的測(cè)量。如光源、電視機(jī)等所表現(xiàn)的顏色是其自身輻射而成，所有這類顏色的測(cè)量主要是確定其光譜功率分布：而本話題所討論的是物體受到光源照明后經(jīng)過自身的反射從而形成人眼觀察到的顏色，這種顏色實(shí)際上是物體表面的反射光度特性對(duì)照明光源的光譜功率分布進(jìn)行調(diào)制而產(chǎn)生的，因此物體表面色的測(cè)量主要是測(cè)定物體色的光譜反射比。
    概而言之，顏色的測(cè)量方法有目視法、光電積分法和分光光度法三種。目視法是一種古老的基本方法，利用人眼的觀察來比較顏色樣品和標(biāo)準(zhǔn)顏色的差別，通常是在某種規(guī)定的CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體下進(jìn)行，如標(biāo)準(zhǔn)A光源、D65或“北窗光”等。這種測(cè)量方法需要借助于人眼的目視比較，要求操作人眼具有豐富的顏色觀察經(jīng)驗(yàn)和敏銳的判斷力，即便如此其測(cè)量結(jié)果仍然包含了一些人為的燭光因素，而且工作效率低，所以隨著顏色科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，這種目視測(cè)色法的應(yīng)用已經(jīng)越來越少了，取而代之的是采用儀器的物理測(cè)色方法。光電積分法就是儀器測(cè)色方法之一，通過把探測(cè)器的光譜響應(yīng)匹配成所要求的CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線或某一特定的光譜響應(yīng)曲線，從而對(duì)探測(cè)器所接收到的來自被測(cè)顏色的光譜響應(yīng)曲線，從而對(duì)探測(cè)器所接收到的來自被測(cè)顏色的光譜能量進(jìn)行積分測(cè)量。這種方法的測(cè)量速度很快，也具有適當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度。采用光電積分法制成的測(cè)色儀器已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和控制過程中，但是這類儀器無法測(cè)出顏色的光譜組成，而在紡織印染的自動(dòng)配色等應(yīng)用中必須獲得顏色樣品的光譜功率分布或物體本身的光度特性，因此這時(shí)應(yīng)該采用分光光度法來進(jìn)行顏色的測(cè)量。分光光度法測(cè)量顏色主要是測(cè)定物體反射的光譜功率分布或物體本身的反射光度特性，然后根據(jù)這些光譜測(cè)量數(shù)據(jù)可以計(jì)算出物體在各種標(biāo)準(zhǔn)光源和標(biāo)準(zhǔn)照明體下的三刺激值。這是一種精確的顏色測(cè)量方法，由此制成的儀器其成本也較高。
    一般，分光光度法可分成光譜掃描和同時(shí)探測(cè)全波段光譜兩大類。光譜掃描法是利用分光色散系統(tǒng)（單色儀）對(duì)被測(cè)光譜進(jìn)行機(jī)械掃描，逐點(diǎn)測(cè)出個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的輻射能量，由此到達(dá)光譜功率分布的測(cè)量。這種方法精度很高，但測(cè)量速度較慢，是一種傳統(tǒng)的發(fā)光光度測(cè)色方法。為了加快測(cè)量數(shù)的，提高測(cè)色效率，于是便出現(xiàn)了同時(shí)探測(cè)全段光譜的新型光譜光度探測(cè)方法。為了同時(shí)探測(cè)全波段光譜能量分布，可采用多光路探測(cè)技術(shù)和多通道探測(cè)技術(shù)。但是多光路的同時(shí)性只在紅外波段實(shí)現(xiàn)，在可見光驅(qū)只能部分實(shí)現(xiàn)。所以，為了探測(cè)可見光，通常采用平行探測(cè)法，即多通道技術(shù)。
    與常規(guī)的用單色儀分光實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)掃描的測(cè)色系統(tǒng)相比，對(duì)通道系統(tǒng)除了具有快速、高效的優(yōu)點(diǎn)之外，還大大降低了對(duì)測(cè)量對(duì)象和照明光源的時(shí)間穩(wěn)定性要求，應(yīng)用快速存?。▽?duì)不含有光信息的通道快速跳出）和分組處理（通過將相鄰?fù)ǖ老嗉涌蛇M(jìn)一步改善時(shí)間分辨），在時(shí)間分辨和光譜分辨兩者之間實(shí)現(xiàn)有益的兼顧。目前，國(guó)際上作為產(chǎn)品真正用于自動(dòng)配色的顏色測(cè)量系統(tǒng)都是采用多通道技術(shù)。
    多通道快速測(cè)色系統(tǒng)的照明光源可以采用脈沖式和直流式兩種類型。兩種照明光源的選用各有利弊，只要設(shè)計(jì)合理，應(yīng)用得當(dāng)，都能獲得滿意的結(jié)果。脈沖光源大多選用脈沖疝燈，其光譜功率分布與Ｄ６５比較接近，它的應(yīng)用大幅度地提高了光源的強(qiáng)度，充分利用了作為廣電探測(cè)的列陣圖像傳感的靈敏度和線性，沒有發(fā)熱問題，有效地改善了測(cè)量精度，但是光脈沖的能量波動(dòng)直接影響系統(tǒng)精確的穩(wěn)定性，特別是系統(tǒng)的長(zhǎng)期重復(fù)性。因此，這類儀器的新型產(chǎn)品往往設(shè)計(jì)成雙光路結(jié)構(gòu)，使顏色測(cè)量的準(zhǔn)確度和重復(fù)性都非常令人滿意，當(dāng)然其成本要高一些。直流式照明光源通常采用其色溫接近Ａ光源的鹵鎢燈，由儀器內(nèi)置穩(wěn)壓電源供電，驅(qū)動(dòng)和控制比較簡(jiǎn)單，沒有抽放點(diǎn)過程，連續(xù)測(cè)量時(shí)速度更快，光源穩(wěn)定，只需單光路結(jié)構(gòu)架監(jiān)視光源波動(dòng)的參考通道。但是光源功率的提高將直接導(dǎo)致明顯的光熱效應(yīng)，需對(duì)光源進(jìn)行周密的散熱和隔熱考慮，而且由于鹵鎢燈的光譜功率分布更靠近Ａ光源，其短波段的能量很小，不利于該光譜區(qū)的測(cè)量，從而影響到整個(gè)測(cè)色系統(tǒng)的精度，所以這類儀器在自動(dòng)測(cè)色與配色領(lǐng)域中應(yīng)用得越來越少。