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物體表面色的測量——測色方法概論

2010-10-06

物體表面色的測量——測色方法概論
    顏色的測量隨被測顏色對象的性質不同而分為自發光體顏色的測量和物體色的測量。如光源、電視機等所表現的顏色是其自身輻射而成，所有這類顏色的測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過自身的反射從而形成人眼觀察到的顏色，這種顏色實際上是物體表面的反射光度特性對照明光源的光譜功率分布進行調制而產生的，因此物體表面色的測量主要是測定物體色的光譜反射比。
    概而言之，顏色的測量方法有目視法、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準顏色的差別，通常是在某種規定的CIE標準照明體下進行，如標準A光源、D65或“北窗光”等。這種測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驗和敏銳的判斷力，即便如此其測量結果仍然包含了一些人為的燭光因素，而且工作效率低，所以隨著顏色科學的發展和工業化水平的提高，這種目視測色法的應用已經越來越少了，取而代之的是采用儀器的物理測色方法。光電積分法就是儀器測色方法之一，通過把探測器的光譜響應匹配成所要求的CIE標準色度觀察者光譜三刺激值曲線或某一特定的光譜響應曲線，從而對探測器所接收到的來自被測顏色的光譜響應曲線，從而對探測器所接收到的來自被測顏色的光譜能量進行積分測量。這種方法的測量速度很快，也具有適當的測量精度。采用光電積分法制成的測色儀器已廣泛應用于現代工業生產和控制過程中，但是這類儀器無法測出顏色的光譜組成，而在紡織印染的自動配色等應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，因此這時應該采用分光光度法來進行顏色的測量。分光光度法測量顏色主要是測定物體反射的光譜功率分布或物體本身的反射光度特性，然后根據這些光譜測量數據可以計算出物體在各種標準光源和標準照明體下的三刺激值。這是一種精確的顏色測量方法，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探測全波段光譜兩大類。光譜掃描法是利用分光色散系統（單色儀）對被測光譜進行機械掃描，逐點測出個波長對應的輻射能量，由此到達光譜功率分布的測量。這種方法精度很高，但測量速度較慢，是一種傳統的發光光度測色方法。為了加快測量數的，提高測色效率，于是便出現了同時探測全段光譜的新型光譜光度探測方法。為了同時探測全波段光譜能量分布，可采用多光路探測技術和多通道探測技術。但是多光路的同時性只在紅外波段實現，在可見光驅只能部分實現。所以，為了探測可見光，通常采用平行探測法，即多通道技術。
    與常規的用單色儀分光實現波長掃描的測色系統相比，對通道系統除了具有快速、高效的優點之外，還大大降低了對測量對象和照明光源的時間穩定性要求，應用快速存取（對不含有光信息的通道快速跳出）和分組處理（通過將相鄰通道相加可進一步改善時間分辨），在時間分辨和光譜分辨兩者之間實現有益的兼顧。目前，國際上作為產品真正用于自動配色的顏色測量系統都是采用多通道技術。
    多通道快速測色系統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，只要設計合理，應用得當，都能獲得滿意的結果。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，它的應用大幅度地提高了光源的強度，充分利用了作為廣電探測的列陣圖像傳感的靈敏度和線性，沒有發熱問題，有效地改善了測量精度，但是光脈沖的能量波動直接影響系統精確的穩定性，特別是系統的長期重復性。因此，這類儀器的新型產品往往設計成雙光路結構，使顏色測量的準確度和重復性都非常令人滿意，當然其成本要高一些。直流式照明光源通常采用其色溫接近Ａ光源的鹵鎢燈，由儀器內置穩壓電源供電，驅動和控制比較簡單，沒有抽放點過程，連續測量時速度更快，光源穩定，只需單光路結構架監視光源波動的參考通道。但是光源功率的提高將直接導致明顯的光熱效應，需對光源進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，不利于該光譜區的測量，從而影響到整個測色系統的精度，所以這類儀器在自動測色與配色領域中應用得越來越少。