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色差仪测量的三要素
2017.10.30   点击78次

    色差仪在检测颜色过程中,最重要的测量属性就是色相、明度和饱和度。这也是国际照明组织CIE对颜色检测的定性和定量地描述。在测量时,色相对应于主波长,明度对应于亮度, 饱和度对应于纯度。这是颜色的视觉感觉与色光的物理刺激之间存在的对应关系。每一特定的颜色,都同时具备这三个特征。下文将对这三要素进行详细介绍。

    一、色相

    我们知道世界上的颜色绚丽缤纷千差万别,人们之所可以区分它们,主要是应为这些颜色有自己鲜明的特征。其实我们在物体颜色的时候不能单单只看到物体,往往是与周围事物一起,受到光照、环境以及人的心理因素影响。

    在色差仪的色度学中,色相不等于色调。色相是指颜色本身的相貌,它是颜色彼此区别的最主要最基本的特征,它表示颜色质的区别。从色差仪光的物理刺激角度认识色相:是指某些不同波长的光的混合后,呈现的不同色彩表象。如果从颜色视觉生理角度认识色相:是指人眼的三种感色视觉锥细胞受到不同刺激后引起的不同颜色感觉。所以色相是指受到不同波长刺激所引起的不同心理反应。比如说红、绿、黄、蓝都是不同的色相。红色一般指610nm以上,黄色为570~600nm,绿色为500~570nm,500nm 以下是青以及蓝,紫色在420nm附近,其余是介于他们之间的颜色。综上所诉,色相直接决定了刺激人眼的光谱成分。对与单色光来说,色相决定于复色光刺激人眼的光谱,对于复色光来说色相决定各波长色光的比例。如下图所示,不同波长的光给人的色觉感受不同。可以用不同颜色光的波长来表示颜色的相貌,称为主波长。 

色相的差异

    色差仪色度学中色相和主波长之间的关系之间是对应,会随着光照的改变而发生改变,如下图所示,颜色主波长会随着光照强度的不同发生颜色位移情况。只有黄、绿、蓝三个主波长恒定不变,称之为恒定不变颜色点。通常我们所说的色相就是在正常光照(标准光照)下的颜色点。

颜色主波长随光照强度的改变而偏移

    一般情况下人的肉眼可以分辨出光谱中的150中色相,加上光谱外的30种品红色相,总共可以区分180种颜色色相。为应用方便,就以光谱色序为色相的基本排序即红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫。包装印刷行业是以三原色油墨黄、品红、青为主色,加上其间色红、绿、蓝共六种基本色彩组成印刷色相环,如彩图所示。在色环中,两个颜色相差90°以有共同成分的称之为类似色;位于90°-180°之间的两个颜色由于它们的共同成分减少或消失,则称之为对比色。位于180°以上的两个颜色通常称之为互补色,在0度线上的所有颜色由于组成它们的是共同的色相和不同亮度,因此称它们为同种色。这些颜色信息用色差仪检测很容易就变发现。

    二、明度

    明度不等于亮度,根据色度学定义,亮度可以用亮度计测量与人视觉无关的客观数值,而明度则是颜色的亮度在人们视觉上的反映,明度是从感觉上来说明颜色性质的。在色差仪检测中明度是表示物体颜色深浅的重要特征量,是颜色三属性之一。对于发光体(光源)发出的光的刺激所产生的主观感觉量,则常用“明亮度”一词。

    在色差仪检测和研发过场中物体的明度感知属性使用反射率或透射率来表示的。图1所示的是不同色相情况下物体反射率不同而来的明度差异,图2表示物体的色相相同的情况下反射率不同所引起的明度变化情况。

图1 不同色彩的分光曲线图2 明度的差异

    这个决定物体明度的反射或透射光的能量取决于两个量:物体表面的照度和物体表面的平整情况。物体表面的照度与入射光的强度有关;物体表面是否光洁将直接决定反射光线角度,对于消色物体来说。由于对入射光线进行等比例的非选择吸收和反(透)射。因此,消色物体无色相之分,只有反(透)射率大小的区别,即明度的区别。从图3我们可以看出白色A最亮,黑色E最暗,黑色和白色之间一系列的灰色,深灰色、中灰色与浅灰色等,这就是由于光线入射透射或反射率不同造成的。

图3 消色物体明度与反射率的关系

    我们知道色差仪都是采用标准统一的照明和接收系统,目的就是为了确保物体颜色检测是整个光路环境是一致的。因为观察物体色的明暗程度时,也受到物体所在处环境色的影响。如图4所示,中间为均匀灰度的物体,由于物体与背景的不同亮度对比作用,我们在看时就觉得不同。

图4物体的明度受环境的变化

    在彩色摄影、彩色印刷、彩色包装等色彩的应用中,色彩的明暗变化是十分重要的。一个画面只有颜色而没有深浅的变化,就显得呆板,缺乏立体感,不生动,从而失去真实性。因此,明度是表达彩色画面立体空间关系和细微层次变化的重要特征。

    三、饱和度

    在光度学中饱和度是指颜色的纯洁性。可见光谱的各种单色光都是最饱和的色彩。但是一旦光谱单色加入白色光成分时白色光就变得不饱和了。也正是因为这样光谱色色彩饱和度通常都是以色彩白光的倒数表示。色差仪检测的孟塞尔系统中饱和度用彩度来表示。

    在颜色检测中物体色的饱和度取决于物体本身表面的选择性反射光的辐射能力。物体对光谱某一较窄波段的反射率高,而对其它波长的反射率很低或没有反射,则表明它有很高的选择性反射的能力,这一颜色的饱和度就高。如下图所示,分光反射率曲线A比曲线B显示的颜色饱和度高。


饱和度的变化

    色差仪对物体色检测的过程中,我们会发现其实物体色的饱和度还受物体表面状况的影响。在光滑的物体表面上,光线的反射就是镜面反射,在观察者观察物体颜色时,就可以避开这种方向的白光,直接观察或测量物体色饱和度。而粗糙的物体的表面发生是漫反射,无论从那个方向都不可能避开光线的反射光,因此光滑物体表面上的颜色要比粗糙表面颜色看起来更鲜艳一些,饱和度更大一些。其实我们很容易就分辨出丝织品比棉织品要鲜艳,就是因为丝织品表面比较光滑的缘故。雨后的树叶、花朵要比雨钱看起来更新鲜也是因为雨水在花草树木上度了一层光亮的水膜,是的光线的镜面反射变大,漫反射减小,人们观看花草树木时其饱和度就更大,看起来就更鲜艳。

 

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