颜色的测量和计算

（1）光谱光度仪的结构特点
（12） 电子 计算机
光电二极管
(1)—样品测量孔 (2)—漫反射积分球 Hale Waihona Puke Baidu3)—脉冲氙灯 (4)—D65滤光片 (5)—UV滤光装置 (6)—样品测量光束 (7)—样品测量接收器 (8)—参比测量光束 (9)—参比光束接收器 (10)—镜面反射阱 (11)—透射样品放置槽 (12)—电子计算机
第四章 颜色的测量和计 算
一、光源
标准照明体

“照明体”：指特定的光谱能量分布，这一
光谱能量分布不一定由一个光源直接提供， 也不一定能用特定光源来实现。

“光源”：指真实存在的物理辐射体。
CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体 A、B、C和D 。

标准照明体A

标准照明体A是相
当于黑体加温到 2855.6K时所辐 射出的光，它的色 度坐标落在了CIE 1931色度图的普 朗克轨迹上。 相对光谱功率分布 曲线




结合颜色的三属性（色调、明度、饱和度） 提出了与颜色三属性有关联的一些概念： 主波长 兴奋纯度 亮度纯度
主波长


颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的 颜色的色调。 在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源 的色度点（即色度坐标），连接两点做一 直线，并从光源向样品色度点的方向延长 与光谱轨迹相交，这一交点的波长就是该 颜色样品的主波长。
光泽吸收阱
（三）单色器
作用：将复色光分解成单色光，再由光电检出器 按相应的波长检出。 （四）光电检出器
经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器上 转变成电信号，电信号经模/数转换成为计算机可 以处理的数据 。
光谱光度仪的常见品牌和型号
品牌 爱色丽（X-Rite） 产品型号 CE7000A，color i7,color i5, CE2180，CE-XTH, CEXTS，SP60/62/64
（二）反射 镜面反射 发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在 这种平面上，则以相同角度 (与样品表面法线的 夹角) 反射出一部分光，而且与入射光的波长无 关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。 漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很 多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表 面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体 的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散 射引起的漫反射。
45°/垂直（45/0）

样品被一束或多束光 照明，照明光束的轴 线与样品表面的法线 成45±2°，观察方 向与样品的法线之间 的角度不超过10°， 照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹 角不超过5°，观察 光束在观察中也应该 遵守同样的限制 。
垂直/45°（0/45）

照明光束的轴线与 样品表面的法线之 间的角度不超过 10°，照明光束的 任一光线和照明光 轴之间的夹角不超 过5°，观察光束 在在观察中也应该 遵守同样的限制 。
标准照明体D代表了各种时相日光的相对
光谱功率分布，亦称为典型日光或重组日 光。它是由一条位于普朗克轨迹上方的一 条典型日光色度轨迹。 标准照明体D与实际日光具有比较相近的 相对光射功率分布，并且比标准照明体B、 C更符合实际日光的色度坐标，因此CIE优 先推荐了标准照明体D65(相当于相关色温 大约为6504K的日光 ) 。
CM-3700d，CM-3600d，CM3500d，CM2600d， CM2300d，CM2500c
（一）RGB与XYZ的计算方法
某一光源的光谱功率分布函数 S 光谱三刺激值与波长的关系函数 r 在某一波长λ的三刺激值为
g b
有：
dr KS r d
（一）仪器内测量用光源
钨丝灯 脉冲氙灯
最佳的仪器内照明光源应为高强度脉冲氙灯，而且 通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布 。 （二）照明和测量条件 1971年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件， 统一了颜色测量和评价方式、减少照明和观察条件对 光谱反射函数实测结果的精确度的影响、提高测量精 度。
3 仪器测色的色度基准
按照国际照明委员会(CIE)的规定，反射颜色样品的光谱反射率因数， 是相对于完全反射漫射体(在整个可见光谱范围内的反射比均为1)来测量 的。然而，现实中并不存在理想的完全漫反射体实物标准，所以必须用 已知绝对光谱反射比的氧化镁、硫酸钡等工作标准自板来校准分光光度 计，才能在仪器上直接测量样品的绝对光谱反射比。因此，首先必须准 确测量氧化镁、硫酸钡等工作标准的绝对光谱反射比，建立准确可靠的 测色工作标准，并进行科学有效的量值传递。 利用漫反射性能好、反射比高的MgO(烟积或喷涂)、BaSO4等材料进 行反射比测量，可以得到较高的准确度。然而，这些材料的光学稳定性 差，容易污染，完好保存及重复使用困难，因而无法长久地保持反射比 量值的稳定性和准确性。为了多次标定以提高准确度，应在得到色度基 准的绝对光谱反射比之后，随即将其量值传递到光学性能稳定、经久耐 用、表面便于清洁的乳白玻璃、高铝瓷板、陶瓷白板或搪瓷白板上，作 为保存反射比量值的副基准白板。
第二节 颜色的测量和计算
1 测色的基本原理
颜色的测量是颜色科学最重要的工程应用之一，它不仅依赖于 被测颜色本身的光谱光度特性，还与测量的几何条件、照明光源的 光谱分布等密切关联。因此，国际照明委员会(CIE)推荐了相关的测 色标准，以使各国的颜色测量参数和各测色仪器制造厂商的产品能 够进行交流和对比。 颜色测量的根本任务是测定色刺激函数φ (λ )；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(λ )；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β (λ )和光谱反射比P(λ )、透射物体的光谱透射比τ (λ )等。在 测得了色刺激函数φ (λ )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。 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。
400
S ( )R ( ) x ( ) d
700
400 700
S ( ) R( ) y ( )d S ( ) R( ) z ( )d
Z k
k
400
100

700
400
S ( ) y ( )d
主波长与色纯度计算


CIE 1931标准色度系 统、CIE 1964补充标 准色度系统，完成了用 数字表示颜色的目的， 但很难将日常生活中见 到的颜色与数字联系起 来。 Y＝30，x＝0.3927， y＝0.1892是什么颜 色？



在不能应用D65时，尽量采用标准照明体 D50(相关色温5000K)、D55 (相关色温 5500K)和D75 (相关色温: 7500K) D50、D55和D75的相对光谱功率分布曲线
二、 物体的光学性质
（一）吸收
物体受到光的照射后，能够吸收全部或部 分波长范围光的能量，并将吸收的光能转 化为热能，其余波长的光被反射或透射出 去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们 所表现的颜色，就是被吸收光的补色。
2 目视测色
目视测色方法通过人眼的观察，对颜色样品与标准颜色的差别进 行直接的视觉比较，要求操作人员具有丰富的颜色观察经验和敏锐 的判断力。即便如此，在其测色结果中仍不可避免地包含了一些人 为的主观因素，而且工作效率很低。 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。 周围场(surround) 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。大多数光暗室 的明度L在60-70，由此获得了定向与漫射的组合照明，以便观察被 测物体颜色的差异。如果待测物体不是高光泽材料，最好不要改变 周围场的特征。当对高光泽材料进行评估时，光暗室的背景应该涂 成黑色，或采用黑色的天鹅绒进行覆盖，这样可以消除由镜面反射 导致的光暗室背景的图像。
德塔颜色（Datacolor）
SF650，SF600, SF550，SF400，DF110，DF245
亨特立（HunterLab）
UltraScan Pro，UltraScan VIS，ColorQuest XE， MiniScan XE，LabScan XE
柯尼卡美能达（KonicaMinolta）
r gb
dg KS g d
db KS b d

在可见光谱范围内进行积分，即得到该光 源的三刺激值 ：
r
g b


KS r d
KS g d
KS b d
X k Y k
700
漫射/垂直（d/0）

用积分球照明样品，样品 的垂直线和光测轴之间的 夹角不应超过10°，积分 球的直径可以是任意大小， 但其开孔的总面积不能超 过积分球内部反射总面积 的10％，观察光束的任一 光线和观察轴之间的夹角 不应超过5°。
垂直/漫射（0/d）

照明光束的轴线与样品表面 的法线之间的角度不超过 10°，反射通量由积分球来 聚集，照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹角不超 过5°，积分球的直径可以 是任意大小，但开孔的总面 积不能超过积分球内部反射 总面积的10％ 。
（三）透射 透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。
（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体； （2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体； （3）全部被反（散）射，没有吸收透过，白色不透明体； （4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体； （5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体； （6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体； （7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。
应该熄灭观察环境中的室内照明灯，并且在光暗室中只放置待测色样， 以避免光室内零乱堆放的试样可能导致的照明光谱性能的变化。
在一般情况下，对颜色进行视觉测量时，最佳的目视检测方法是： 将待测样品与标准色样在标准光源照射下并排放置，同时观察两个样品， 以判断颜色质量。在大多数情况下，需要对颜色的同色异谱程度进行评 价，所以单一光源是不够的，应该允许使用多种标准光源。

标准照明体B

标准照明体B代表相
关色温约为4874K的 直射阳光，它的色度 坐标紧靠普朗克轨迹。 相对光谱功率分布曲 线

标准照明体C

标准照明体C代表
相关色温大约为 6774K的平均日光， 其光色近似阴天天空 的日光，色度坐标位 于普朗克轨迹的下方。 相对光谱功率分布曲 线

标准照明体D

背景(background) 指的是样品放置其上的表面，一般大多指光 暗室的底面。如果目视测量的目的是评估色表，那么背景应该是无光 泽的，并且具有中等明度(L=50)。 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13 cm2大小。如果达不 到这种尺寸要求，那么在使用小一些的样品时，观察者应该在视角不 小于2°的距离外观察样品。如果标准色样的尺寸比样品还小，则应 该采用罩子分别覆盖其上，以便得到相等的观察面积，同时罩子的明 度和表面性能应该与背景相同。 判断两个试样的色差时，该样品对的制备疗法应该相同，并且习 惯上将试样以边界接触的方式放置。试样应平放于光暗室的底面上， 以使照明与试样平面垂直。观察者离光暗室开口约15-30 cm距离，并 且保持观察角度(观察方向与试样法线之间的夹角)为45°的高度。 由于光室的照明取决于特定的光源、散射体及周围场的明度，并 在基本定向反射与中等散射范围内变化，因此，在目视评估中，保持 观察者与试样的距离不变是非常重要的。
如图， M和O 分别为样品颜色 （M）和CIE光 源C的色度点， 连接两色度点， 其直线的延长线 与光谱轨迹相交 与519.4nm处， 519.4nm就是 样品M的主波长。



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不是所有的颜色样品都有主波长。 在色度图上光谱两端与光源色度 点形成的三角形区域（紫色区） 内的颜色，如图中的N点，就没 有主波长。 N和O点连，由O端的延长线与 光谱的相交点（495.7nm）就 是颜色（N）的补色波长。 为区分主波长和补色波长，在补 色波长前加一负号，或后面加 “C”来表示，样品N的主波长 可写成“－ 495.7nm”或 “495.7 c nm”也以写成