分光度测色仪是通过测量光谱反射比,然后转换为三刺激值来获取颜色信息。常见的分光测色仪分为两大类:一类是漫反射,另一类是定向反射。本文对漫反射性和定向反射性分光测色仪的一些参数做了介绍。
分光测色仪的分类:
常用的分光测色仪分为两大类:一类是漫反射,另一类是定向反射。最常用的有45/0(45°方向照明,0°方向观测)和d/8(漫反射照明,8°方向观测)2种,其它的还有0/45、0/0、0/d、8/d、d/0等不同条件。
根据观察者视角的不同,测色仪可以分别测定2°视场和10°视场情况下的色差,如CIE1931XYZ色空间就适用于2°视场,而CIE1964 XYZ色空间就适用于10°视场。
测色仪可以模拟不同的光源条件:常用的有D65光源,色温为6504K的正常日光(包括紫外光波长区);C光源,色温为6774K的正常日光(不包括紫外光波长区);A光源,色温为2856 K的白炽灯光。此外,还有F2冷白光、F11三窄带冷白光等。
人们在观察颜色时会受到一些镜面反射的影响,测色仪采用了两种测量模式,即SCE(Specular Component Excluded)和SCI(Specular Component Included)。SCE就是将物体的镜面反射光排除在测量之外,只测漫反射光,这样的测量结果和人眼实际观察的结果相当。SCI就是将物体的镜面反射光和漫反射光一同测量,这样的测量结果更接近物体的真实颜色,而与物体的表面条件无关。
45/0和d/8几何结构:
为满足各种实际测量需求,色差仪结构设计有各种形式。如下图所示,这是便携式色差仪的测量部件。其照明与观察条件为d/8方式,X、Y、Z探测器被漫射照明,标准色板或被测样品的镜面反射组分被光泽陷阱所吸收。该系统特别适用于对纺织品等的颜色测量,因为纺织品的经纬线对不同方向的人射光的反射特性不同,当样品在测量孔上旋转时会造成反射光的变化,而采用积分球收集反射光的方式,则可以减小这些影响。
下图为采用45/0照明与观察几何条件的测量部件示意。该结构利用空腔反射的效果,把氙灯的光进行均匀混合,并在45°方向上照射被测样品,样品表面的反射经过光导纤维1照明X、Y、Z光电探测器,光导纤维2用以监视氙灯发光强度的变化,并对光源波动进行修正。
2°视场和10°视场:
标准观察者是一个专有名词,了解颜色体系的发展过程,就不难理解2°标准观察者和10°标准观察者(以下简称观察者)。2°观察者和10°观察者的实质是一组标准观察者的配色函数。这组配色函数是通过一些正常色观察者统计得出的,它与人眼的结构相关。
2°观察者的配色函数是1931年建立起来的,CIE1931-XYZ标准观察者的各个参数,都是适用于 2°视场的中央观察条件(适用1-4°视场),此视场角下观察物体,主要是人眼的中央凹椎体细胞起作用。故小于1°的极小视场的颜色观察和大于40的视场颜色观察条件,CIE1931-XYZ标准色度观察者不适用。因此,为了适应大视场的颜色观察,人们在大量实验的基础上,又建立了“CIE1964-XYZ 色度学系统”。
而10°观察者的配色函数是1964年在2°观察者的统计数据的基础上发展起来的,在“CIE1964-XYZ补色色度学系统”中观察被测物体,既覆盖了视网膜中心的椎体细胞,也覆盖了视网膜中央凹周围的杆体细胞,它适合于10°大视场。人的眼睛在2°的视场条件下,识别物体颜色的能力较低,在10°的视场条件下,判断颜色的精度和重现性较高。
10°观察者的视场包含了2°观察者的视场。10°观察者具有更为严密的统计基础,因为它是建立在更多位正常色观察者的统计数据基础之上的。目前颜色测量大多采用,10°的视场。
SCE和SCI测量模式:
SCE和SCI是D/8光路结构色差仪的两种测量模式,它们的具体含义如下:
SCE:Specular Component Exclude(排除镜面正反射光),SCE是指排除镜面反射光的测量颜色表达方法,这种类型的测量结果与肉眼观察到的结果相似。
消除镜面反射光SCE方式,其测量所得到的结果显示的是人眼真实看到的颜色。人的视觉系统在观察物体时,在多数条件下接收的信息为物体的漫反射光,而不注重镜面反射。如果有反射光直接射到你眼睛里,只会亮瞎你的眼睛,而看不到颜色的。
由于滤去了镜面反射光线,表面色三要素(光源、物体、观察者)中的物体性质不能真实地反映,所以计算出来的结果跟SCI模式有所不同。而且受物体表面的结构、粗糙程度影响非常大。(因为物体表面性质会影响反射光线)
SCI:Specular Component Include(包含镜面正反射光),SCI是指包含镜面反射光测量颜色的表达方法;为此,它最大限度地减小了样品表面的影响,特别适用于颜色质量监测和计算机配色。
采用包含镜面反射光 SCI 方式,其测量结果完全包括物体的所有表面反射光(包括镜面正反射和漫反射),因此其结果能够客观的表示物体的外表颜色,与物体表面的结构、粗糙程度无关,在电脑配色等方面应用广泛。即物体的光亮程度不会影响颜色数据的测量结果。
也就是说SCI模式包含了所有物体反射出来的所有光线,测量的结果能真实显示物体真实颜色性质,符合表面色三要素(光源、物体、观察者)的定义。