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色差仪是怎么测色的?哪些因素会影响色差仪的结果?

  人气:156  发表时间:2024-01-16
线条

色差仪是模拟人眼的视觉系统,根据仪器的模拟积分光学系统,将光谱光度数据的三刺激值进行转换和计算,得出L*、a*和b*值及对比色色差的光学分析仪器,被广泛的应用于与颜色相关的行业。本文对色差仪测色原理及影响因素做了介绍。

色差仪

色差仪的测色原理:

色差仪是一种通过计算颜色差值来识别和比较颜色的光学设备,其工作机制实际上是对人眼识别颜色过程的部分模拟。在人眼视觉系统中,颜色判断是依据进入眼睛可见光的进行的,这种光线来自物体表面辐射、反射或者物体内部的透射,类似的在一个测色系统中,实际需要分析检测的就是进入仪器检测窗口的可见光。与人类视觉系统使用生物组织视网膜来识别光谱类似;在机器中这种颜色识别功能通常通过感光器件来完成的。人类比对颜色是在大脑中完成的,是对不同颜色信号的比较;色差仪则是在获得样本颜色数值后与记忆体中的颜色数值进行比较。

对色差仪而言,要获得待测可见光的首要条件是必须有能够反映待测样本颜色特征的光线。在颜色恒常性的部分阐述我们知道,特定环境中观察物体颜色时,依赖于当前光照条件的颜色谱系分布是确定的,但是一旦改变光照背景,机器传感器获得的颜色感应值发生变化,那么颜色的判断就不是恒常的了,这也就是机器视觉不具备颜色恒常性的原因。要解决这个问题,需要在一个和测量环境无关的颜色谱系空间中获取样本的反射光线,所以测色仪器中都会使用统一的内置光源来刺激物体表面,这样就相当于将所有待测物体都置于一个跟机器相关的系统光照条件下,而这系统光照条件下的颜色谱系分布也是确定的了。

在色差仪内有一个光源,每次测量时,光源使用单色白光多次照射样本,或者使用单色LED分组多次照射样本,在照射的同时使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)感光阵列获得反射可见光的信息,然后经过后期的去噪、平均后获得样本颜色的系统颜色空间坐标值。需要补充的是在色差仪能够测色之前需要将标准颜色库信息装载到色差仪当中,并且使用纯黑或纯白色的系统颜色空间参考点同标准颜色库的标准颜色空间进行比对计算,从而求出两个颜色空间的映射关系,当标准照明体选定时,其是一个常数。

在颜色空间映射参数确定的条件下,一旦测得的系统样本颜色值被计算出来后,就可以在与映射参数计算从而得出和具体机器、硬件系统、光照条件无关的L*a*b*值。所以当系统要测量未知颜色时,这个样本L*a*b*空间坐标值就可以用来寻找最接近的标准颜色;反之,如果查看样本颜色是否符合落在期望颜色偏差的阈值内,则将样本的L*a*b*值与期望颜色的L*a*b*值作为选定色差公式的输入来计算色差距离△E,从而进行色差判断。

色差仪

影响色差仪测色结果的因素:

1.光源的选择

色差仪的照明体是一个固定的灯泡如能量稳定的钨灯或寿命较长的氩灯。但是同一块颜色样板,在不同的光源下仪器显示出来的结果是不一样的。这是因为不同的光照到样板上被吸收和反射的光线不同,造成了人眼和仪器在看颜色时的差别。一般在建筑用卷钢涂料的应用中采用的是D65光源,D65光源相当于平均日光,因为建筑用卷钢涂料大部分被用于户外,而在户外太阳光被认为是标准光源。而家电卷钢涂料由于其使用性质决定大部分用于室内,根据室内灯光而采用A标准光源来对样板进行测色,它是一个精心规定的钨光源。其他的光源如荧光灯光源,在许多类型下都可使用。例如有些织物厂就采用荧光灯光源。所以根据实际的使用情况和用户要求,选择合理的光源作为双方认可的测量方式,一旦双方认可,必须在相同的条件下,对颜色进行测量,以减少不必要的系统误差和人为错误,达到最佳结合点。

2.仪器的几何构造及特点

色差仪的几何结构决定了仪器的光源、样品面和检测器的配置。通常有两大类几何构造的仪器:定向的(0°/45°)和漫射型的(积分球)分光光度色差仪。

0°/45°的几何构造是0°角垂直于样板照明,光线照到样板后漫反射,在45°角的地方测量。测量时在45°角有多只光源接受器以达到最佳的测量效果。用这种仪器测量的结果与由于颜色和表面光泽变化在视觉上引起的外观变化相符合。它用于质量控制时效果非常好,与人眼观察物体的方式相一致,结果也与人眼最接近。

典型的积分球构造仪用一内壁涂白的球漫射照明样品,在8°角测量。这种测量方法忽略了表面特性和光泽对颜色的影响,提供的测量仅符合颜料/染料等颜色的变化,所以我们在电脑配色系统中选择这种仪器。

3.颜色的表示方法

为了对颜色进行判别,目前我国普遍使用的方法还是根据标准色卡或来样样板来作对比。这种比较只能现场对比,是一种感性的比较。为了解决这个问题,人们想出了用三维空间坐标数值化,孟塞尔颜色系统,光谱反射率曲线等多种方法来表示颜色。我国也于1994年制订了《中国颜色体系样册》来标定颜色。

在分光光度色差仪中我们用CIE(国际照明委员会)L*、a*、b*,CIEL*、C*、h*,HunterL、a、b,x、Y、Z,L*、C*、h*,Y、x、z等多种方法来表示颜色的色度坐标。在实际应用中Hunter L、a、b和CIEL*、a*、b*是两种比较广泛使用的颜色空间,他们都是x、Y、Z值进行算术推导得出来的。不过,由于计算公式的不同,测量后的数值是不等同的。HunterL、a、b在颜色空间的蓝色部分是收缩的,而CIEL*、a*、b*在颜色空间的黄色部分是过度扩张的。在实际使用过程中,小编想提醒大家的是一定要注意L*、a*、b*和L、a、b的区别,两者不能混为一谈,小编就看到过把L*、a*、b*当作L、a、b的情况,数据差别很大,以为是仪器出了问题,实际是把色度坐标弄错了。

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