1、技術(shù)簡介
顏色是大腦對于射入人眼的光的主觀感受。一般人眼可感知的波段為380~780nm。
顏色可以簡略分為反射顏色,透射顏色,光源色和結(jié)構(gòu)色,前三種最為常見。
待測物的反射/透射顏色取決于待測物的光譜反射率/透射率,參考光源和觀察條件。光源色取決于光源光譜。結(jié)構(gòu)色與物體表面特殊的衍射結(jié)構(gòu)有關。
顏色在生產(chǎn)和生活中扮演著重要的角色,顏色的控制已經(jīng)成為評價許多產(chǎn)品外在和內(nèi)在質(zhì)量中最受重視的要素之一。傳統(tǒng)的測色方法直接用人眼觀察,方法簡單靈活,但是結(jié)果依賴于觀測人員的經(jīng)驗和心理、生理等主觀因素的影響,也依賴于觀察條件,結(jié)果使得測量結(jié)果的準確性和公正性經(jīng)常受到質(zhì)疑,目前已經(jīng)被光譜測色技術(shù)取代。
圖1 不同顏色光譜
光譜測色是利用光譜儀獲取光源發(fā)射或物體透反射的可見光波段的光譜進行分析。根據(jù)色度學理論,任何顏色可用三個對人眼的顏色三刺激值來表示,因此獲得顏色三刺激值正是測色儀器的測量目的。顏色三刺激值可以通過顏色刺激函數(shù)分別乘以CIE光譜三刺激值,并在整個可見光譜范圍內(nèi)分別對這些乘積進行積分。計算公式如下:
其中,φ(λ) 為色刺激函數(shù),由光源輻射特性或物體的透反射特性決定;X(λ), Y(λ), Z(λ)為標準觀察者的光譜三刺激值;k為歸一化系數(shù)。X, Y 和Z則是顏色三刺激值,它們雖然從數(shù)量上對顏色進行了定量的描述。
歷史上,由于各個行業(yè)顏色測量對象差異很大,顏色三刺激值直接使用多有不便。于是國際照明委員會(CIE)先后推出了CIE xyz和CIE L*a*b*等多種顏色空間,將顏色三刺激值轉(zhuǎn)換后使用。在實踐中,CIE xyz多用于發(fā)光體顏色描述,而CIE L*a*b*模型在物體表面色的色差,例如紡織品、油漆、塑料等行業(yè)。關于兩種顏色空間的具體計算函數(shù)可直接參考CIE網(wǎng)站,一般顏色測量軟件都集成了這些函數(shù),比如著名的海洋光學的測量軟件集成了所有主流的顏色空間函數(shù),并集成了CIE規(guī)定的所有標準照明體函數(shù)模型,幾乎可以滿足所有顏色測量需要,給客戶開展多種顏色測量帶來了極大便利。
圖2 CIE xyz
圖3 CIE L*a*b*
2 、應用說明
顏色測量包含三個基本要素:參考光源,參考標準源,光譜采集裝置。常用參考光源為鹵鎢燈或氙燈。參考標準源一般多用漫反射標準板。光譜采集裝置則有光譜儀和配套附件組成。光譜儀必須涵蓋可見光波段,并且要具有足夠的靈敏度和穩(wěn)定性,配套附件包括光纖探頭和積分球等。
顏色計算較為繁瑣,選擇一款集成各種顏色參數(shù)自動計算功能的軟件也是很有必要的。
農(nóng)產(chǎn)品加工:肉類,果蔬等品質(zhì)分類;
照明行業(yè):LED顏色分析;
紡織行業(yè):紡織物色差鑒定;
造紙行業(yè):紙品顏色控制;
化工行業(yè):油漆,涂料等品質(zhì)控制。
典型配置
典型產(chǎn)品:高分辨率光譜儀,光源,探頭,濾光片,聚光透鏡
3、應用文章
3.1 LED顏色測量
圖4 使用七步MacAdam 橢圓來定義LED在CIE 1931 色品圖中的分割區(qū)域
3.2 化學變色反應測量
圖5 化學變色反應中的吸光度圖譜
圖6 ?化學變色反應在553nm和759nm的吸光度變化趨勢
3.3 基于顏色檢測的犯罪現(xiàn)場的血跡的時間評價
圖7 血跡檢測圖
?(內(nèi)容來源:海洋光學)