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颜色测量理论知识:光源、几何角度、色度系统

文章出处:未知 人气:160发表时间:2024-03-06

在颜色的定量表达过程中,多种因素会影响测色结果的准确性。因此,为了规范化颜色的测量,CIE对颜色的测量进行了相关的理论研究,制定了一系列的规范。本文对颜色测量的光源、几何角度、色度系统做了介绍。

色差仪色

颜色测量光源介绍:

物体的颜色与照明条件有着密切的关系,同一物体在不同的照明光源下会呈现不同的颜色。为了统一颜色的评价标准,方便色度计算,CIE推荐了几种用于色度学的标准照明体和标准光源,包括标准照明体A,B,C,D65等以及标准光源A和C。

1.标准照明体

标准照明体A:代表1990国际实用温标绝对温度为2856K时的完全辐射体的相对光谱功率分布,其色品坐标落在 CLE1931的黑体轨迹上。

标准照明体B:代表相关色温约为4874K的直射阳光,相当于中午的阳光。

标准照明体C:代表相关色温为6774K的平均昼光,近似薄云天空的白光。

标准照明体D65:代表相关色温为6504K的时相昼光,近似平均自然昼光。其他时相昼光如D50,D55,D65等,相关色温分别为5000K,5500K和7500K。

2.标准光源

标准光源是用人工光源来实现CIE标准照明体的相对光谱功率分布,以满足色度学的应用需要。最常用的是标准光源A和C。

标准光源A:CIE规定以相关色温为2856K的充气钨丝灯(多采用卤钨灯)来实现;

标准光源C:在标准光源A的前面加上一组戴维斯-吉伯逊(Davis-Gibso)液体滤光器实现。

关于D65光源,目前CIE还没有推荐实现相关色温的D照明体人工光源,实践中一般采用氙灯、荧光灯等模拟D65光源。


颜色测量几何角度介绍:

由于物体的表面特性不同,而不同的外界照明和观测条件会导致物体表面的光谱反射因数R(λ)不同,从而使得颜色表现各异,于是为了统一色度量值和量值的可比性,必须规定标准照明和观测条件。1971年CIE正式推荐了四种用于反射样品测量的标准照明和测量条件,如下图所示。

反射色测量的CIE标准照明与观察几何条件

1.45°/垂直(45/0):照明光束的轴线与样品表面法线成(45±2)°;观测方向与样品表面法线夹角不大于10°,照明与测量光束任意光线与其轴线夹角不超过8°,如上图a所示。

2.垂直/45°(0/45):样品被垂直照明,光束轴线与样品表面法线间夹角不超过10°,观测方向与样品表面法线成(45±2)°,照明与测量光束任意光线与其轴线夹角不超过8°,如上图b所示。

3.漫射/垂直(d/0):样品被积分球漫射照明,在样品的法线方向观测。观测方向轴线与样品法线夹角不大于10°,积分球总开孔面积不超过积分球内反射总面积的10%,观测光束的任一光线与其光轴间夹角小于5°,如上图c所示。

4.垂直/漫射(0/d):样品被垂直照明,光束轴线与样品表面法线间夹角不超过10°,积分球总开孔面积不超过积分球内反射总面积的10%,观测光束的任一光线与其光轴间夹角小于5°,如上图d所示。

同样,对于透射样品CIE也推荐了三种标准照明与观察几何条件,如下图所示。

透射色测量的CIE标准照明与观察条件

1.垂直/漫射(0/d):照明光束光轴与样品法线夹角不应超过5°,照明光束任意光线与其光轴的夹角也不应超过5°,接收积分球内表面的漫射光线,如上图a所示。

2.漫射/漫射(d/d):以积分球对样品进行漫射照明,并用另一个积分球收集透射光,如上图b所示。

3.垂直/垂直(0/0):与0/d类似,测量光束与照明光束几何结构相同。如上图c所示。


颜色测量的色度系统介绍:

1931年CIE正式推荐了一组根据加混色定律在大量实验基础上获得的“CIE1931标准色度观察者三刺激值”数据,适用于1°~4°视场的颜色测量。而当视场大于4°时,应用该组数据会使测量不够精确,于是1964年在Stiles等人的工作基础上又推荐了一组10°视场的数据,称为“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”,适用于大于4°的视场的颜色测量。此两组数据为颜色测量和计算的基本参数。

1.CIE1931标准色度系统

CIE1931XYZ色度系统由CIE1931RGB色度系统线性转换而来,避免了CIE1931RGB色度系统计算颜色三刺激值时出现负值的问题,并进而可计算出 CIE1931XYZ色度系统中的光谱三刺激值x(λ)、y(λ)和z(λ),并将对应的三条曲线称为“CIE1931XYZ标准色度观察者光谱三刺激值”,如下图所示。

CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线

该组数据主要适用于2°视场的中央视觉观察条件。

2.CIE1964补充标准色度系统

由于CIE1931XYZ标准色度系统仅适用1°~4°的观察视场范围,而当视场增大到4°以上时在波长为380~460nm光谱区内x(λ)、y(λ)和z(λ)的数值偏低,于是为了适应大视场颜色测量的需要,CIE于1964年推荐了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”数据,也称为10°视场X10Y10Z10色度系统。如下图所示,图中E点代表等能白光的色品坐标,即X10E=0.3333,y10E=0.3333,zZ10E=0.3333,E也是CIE1931和CIE1964两幅色品图上唯一完全重合的点。

CIE1964-X10Y10Z10系统色品图

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