浅谈同色异谱现象及其应用

浅谈同色异谱现象及其应用

摘要

同色异谱现象就是在光谱上不同的刺激可以产生相同的视觉反应。两种光谱反射曲线不同的颜色在一组观察和照明条件下能够匹配，但在另一种条件下却不能匹配。产生此种现象主要是因为光谱的反射曲线不一样。同色异谱程度可以用同色异谱指数（M）来表示，若改变条件以后产生的失匹配色差越大，同色异谱指数越大，说明它们的同色异谱特性越差。同色异谱现象广泛存在于印刷中，可以根据同色异谱现象生产同色异谱油墨，达到防伪的目的。

关键词同色异谱三刺激值照明匹配防伪油墨

Summary

The colour spectrum is heterogeneous in different spectral stimuli may produce the same reaction. Two spectral reflectance curves of different colors in a set of observations and lighting conditions to match, but under different conditions, but cannot match. This phenomenon is mainly because the spectral reflectance curves are different. With the degree of color difference spectra can be used with different spectral index (M) to represent, if after changing conditions of greater the mismatch color, color differences more spectral indices, notes with different spectral characteristics of them worse. With color effects of broad spectrum phenomenon found in print, based on abnormal phenomena of spectral color difference spectrum with color inks, achieve the purpose of security.

根据格拉斯曼定律，人的颜色视觉系统只能分辨颜色的明度、色调和彩度三个颜色属性，只要在视觉上对这三个颜色属性的感觉相同，就认为是相同的颜色，便可以相互替代，不必考虑它们的光谱组成究竟是否相同。也就是说，我们的眼睛只能根据颜色刺激中的红、绿、蓝原色的数量感知颜色的明度、色调和彩度三个颜色属性，不能感知组成颜色刺激的光谱成分。因此当我们进行彩色复制时，虽然利用颜色的混合得到了相同的颜色，但不一定具有相同的光谱分布。这就是同色异谱现象。

为什么光谱分布不同的颜色可以产生相同的颜色感觉呢？这是由于相同的三刺激值会产生相同的颜色，因此我们可以用三刺激值的计算公式来分析。设两个颜色样品的光谱反射率为ρ1（λ）和ρ2（λ），且ρ1（λ）≠ρ2（λ），但在相同的照明体与色度观察者条件下观察。

由三刺激值的性质可知，满足同色异谱条件就是它们的三刺激值相同,即满足：

X=)(λλS ⎰1ρ)(λx )(λd λ=)(λλ

S ⎰2ρ)(λx )(λd λ Y=)(λλS ⎰1ρ)(λy )(λd λ=)(λλ

S ⎰2ρ)(λy )(λd λ Z=)(λλS ⎰1ρ)(λz )(λd λ=)(λλ

S ⎰2ρ)(λz )(λd λ 尽管两个颜色样品的光谱分布不同，因而颜色刺激的光谱分布不同，被积函数就不同，但等号两边的积分可能相等。只要它们的积分值相等，即三个被积函数曲线下包围的面积相等时，它们的颜色感觉就相同。这就是同色异谱颜色产生的条件和原因。

1971年CIE公布了用同色异谱指数评价同色异谱程度的方法，即条件改变后计算样品颜色失匹配大小的方法：选择D65为标准照明体，A为测试照明体，用改变照明体以后造成的色差△E*的大小去衡量两样品的同色异谱程度，称为同色异谱指数M，改变条件后产生的失匹配色差越大，同色异谱指数越大，说明它们的同色异谱特性越差。

要是两个光谱分布不一样的颜色在多个不同照明条件下都达到同色，则它们的光谱反射率曲线ρ1（λ）和ρ2（λ）在可见光波段内，至少要在三个波长上有交叉点，即在三个不同波长上具有相同的数值。两个样品的光谱反射率曲线交叉点越多，实现同色异谱的范围越广，同色异谱指数越低，能承受条件匹配的能力越强。如果交叉点无穷多，两者的光谱反射率曲线重合，则两者为同色同谱色，那么无论在何种照明体下、无论是什么样的观察者观察时都是同色的。

同色异谱现象广泛存在于彩色印刷、摄影、绘画、印染等用色领域。下面介绍下同色异谱油墨的防伪原理。同色异谱油墨是一种新型的、具有独特防伪功能的油墨。同色异谱油墨是根据物质的同色异谱原理开发的。在日光照射下，两种同色异谱油墨具有相同的视觉效果，即它们具有相同的颜色特征表述值，但是，这两种油墨的光谱特性不同。采用两种颜色相同、光谱特征不同的颜料，生成两种颜色效果一致、而光谱特征不同的油墨，成为一对同色异谱油墨。

同色异谱油墨的防伪功能主要取决于油墨中起显色作用的颜料对光不同的吸收和反射能力。两种同色异谱油墨在某一种照明光照明下反映出表面上的色相和对比度，在另一种照明光照明下它们的色相

和对比度将有明显差别。根据此原理我们可以利用两种同色异谱油墨印刷同色异谱图像，以达到防伪目的。防伪同色异谱图像由在日光照明下不可分辨的前景像元和背景像元构成，前景像元和背景像元的颜色差异在另一种不同的光照下显示出来。

两种油墨的同色异谱现象来源于其在人眼高敏感的可见光谱范

围内有几乎相同的光谱，而在人眼低敏感的红外或紫外区域的光谱差异较大。在日光照明下，两种油墨的颜色几乎不能分辨，但是用诸如红滤波片观察时，两种油墨的颜色差异就可以显现出来。

同色异谱油墨防伪效果明显，易于观察，由于需要采用专门的颜料才能生产，因此它的防伪安全性较好。同色异谱油墨的耐久性良好，性能稳定，不存在衰变周期问题，显色特性在长时间内不会变化。

通色异谱油墨的辨别可采用两种方法。一是根据油墨具有不同的光谱特征，通过仪器测量这两种油墨的光谱，进行比较辨别。二是根据油墨对光具有选择性吸收和反射的原理，通过特定的滤色片进行观察，一种油墨由于滤色片的作用，反射光发生改变，而另一种油墨仍吸收和反射原有的光，显示的颜色没有改变。

同色异谱油墨在防伪印刷中的应用。由于同色异谱图像是针对人眼而不是针对复制系统而特殊设计的，所以同色异谱油墨的印刷方式并没有特别之处。同色异谱油墨的印刷以胶印居多，可用隔色印刷或正常印刷，两种油墨应印在承印物相邻近的部位，以便于观察比较。同色异谱油墨也可与红外油墨组合应用，防伪效果更佳。这种应