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物体表面色的测量——测色方法概论

发布时间:2010-10-06   来源:11317仪器商城  

物体表面色的测量——测色方法概论
    颜色的测量随被测颜色对象的性质不同而分为自发光体颜色的测量和物体色的测量。如光源、电视机等所表现的颜色是其自身辐射而成,所有这类颜色的测量主要是确定其光谱功率分布:而本话题所讨论的是物体受到光源照明后经过自身的反射从而形成人眼观察到的颜色,这种颜色实际上是物体表面的反射光度特性对照明光源的光谱功率分布进行调制而产生的,因此物体表面色的测量主要是测定物体色的光谱反射比。
    概而言之,颜色的测量方法有目视法、光电积分法和分光光度法三种。目视法是一种古老的基本方法,利用人眼的观察来比较颜色样品和标准颜色的差别,通常是在某种规定的CIE标准照明体下进行,如标准A光源、D65或“北窗光”等。这种测量方法需要借助于人眼的目视比较,要求操作人眼具有丰富的颜色观察经验和敏锐的判断力,即便如此其测量结果仍然包含了一些人为的烛光因素,而且工作效率低,所以随着颜色科学的发展和工业化水平的提高,这种目视测色法的应用已经越来越少了,取而代之的是采用仪器的物理测色方法。光电积分法就是仪器测色方法之一,通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线或某一特定的光谱响应曲线,从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱响应曲线,从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。这种方法的测量速度很快,也具有适当的测量精度。采用光电积分法制成的测色仪器已广泛应用于现代工业生产和控制过程中,但是这类仪器无法测出颜色的光谱组成,而在纺织印染的自动配色等应用中必须获得颜色样品的光谱功率分布或物体本身的光度特性,因此这时应该采用分光光度法来进行颜色的测量。分光光度法测量颜色主要是测定物体反射的光谱功率分布或物体本身的反射光度特性,然后根据这些光谱测量数据可以计算出物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。这是一种精确的颜色测量方法,由此制成的仪器其成本也较高。
    一般,分光光度法可分成光谱扫描和同时探测全波段光谱两大类。光谱扫描法是利用分光色散系统(单色仪)对被测光谱进行机械扫描,逐点测出个波长对应的辐射能量,由此到达光谱功率分布的测量。这种方法精度很高,但测量速度较慢,是一种传统的发光光度测色方法。为了加快测量数的,提高测色效率,于是便出现了同时探测全段光谱的新型光谱光度探测方法。为了同时探测全波段光谱能量分布,可采用多光路探测技术和多通道探测技术。但是多光路的同时性只在红外波段实现,在可见光驱只能部分实现。所以,为了探测可见光,通常采用平行探测法,即多通道技术。
    与常规的用单色仪分光实现波长扫描的测色系统相比,对通道系统除了具有快速、高效的优点之外,还大大降低了对测量对象和照明光源的时间稳定性要求,应用快速存取(对不含有光信息的通道快速跳出)和分组处理(通过将相邻通道相加可进一步改善时间分辨),在时间分辨和光谱分辨两者之间实现有益的兼顾。目前,国际上作为产品真正用于自动配色的颜色测量系统都是采用多通道技术。
    多通道快速测色系统的照明光源可以采用脉冲式和直流式两种类型。两种照明光源的选用各有利弊,只要设计合理,应用得当,都能获得满意的结果。脉冲光源大多选用脉冲疝灯,其光谱功率分布与D65比较接近,它的应用大幅度地提高了光源的强度,充分利用了作为广电探测的列阵图像传感的灵敏度和线性,没有发热问题,有效地改善了测量精度,但是光脉冲的能量波动直接影响系统精确的稳定性,特别是系统的长期重复性。因此,这类仪器的新型产品往往设计成双光路结构,使颜色测量的准确度和重复性都非常令人满意,当然其成本要高一些。直流式照明光源通常采用其色温接近A光源的卤钨灯,由仪器内置稳压电源供电,驱动和控制比较简单,没有抽放点过程,连续测量时速度更快,光源稳定,只需单光路结构架监视光源波动的参考通道。但是光源功率的提高将直接导致明显的光热效应,需对光源进行周密的散热和隔热考虑,而且由于卤钨灯的光谱功率分布更靠近A光源,其短波段的能量很小,不利于该光谱区的测量,从而影响到整个测色系统的精度,所以这类仪器在自动测色与配色领域中应用得越来越少。

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