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技术---正确使用色差仪的几个基本问题

发布时间:2021-04-16      点击次数:506
  摘要:色差测量与常规的物理量测量由本质的区别,针对色差管理最容易出现的一些概念性问题,提出实用的解决办法,包括颜色标准的建立、协商原则、保存、检查、恢复及各方允许的色差的确定方法和管理。
 
  关键词:颜色单位;色差仪;颜色标样;色差管理
 
  随着色差仪的普遍应用,人们在如何选择、验收、校准、使用色差仪时有了许多问题和争议,因为色差仪原理涉及色度学、光学、数学、材料学,还有生物学、心理学等方面的综合的知识,而且有些是目前我们的大、中学教育中没有涉及到的,所以出现困惑、疑问和争议是很正常的。这里,针对多数使用者反映的情况,试图就一些基本的概念性的问题作一简单和实用的解疑。
 
  首先,颜色是人的大脑对物体的外观色彩特征产生的一种主观感觉,用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事。颜色的测量和数据化管理是一个对视觉感受(包括生理和心理如心情、年龄作用)的测量和管理,由于人与人对颜色敏感度的差异,环境背景的变化以及对颜色、色差的沟通和管理文件了解不足,都会影响视觉对颜色的感受。所以也就只能通过按照国际上的颜色系统制造的各种测色仪器解决,由于现代色差仪所提供的数字信息已尽可能做到了与人们的视觉感觉相关连,所以使其在科研和生产活动中得到广泛应用。
 
  颜色的测量与普通物理量的测量有很大的区别。比方说选购色差仪时,我们看到的反映仪器技术水平的统一指标中就没有我们平常习惯考察的项目如:误差、精度、分辨率、测量范围等,而是另外一些指标如:重复性△E(标准白板上连续10次)、仪器间一致性△E(12块BCRAII板上测量的平均值)等,这是在选购仪器时要了解的一点。
 
  色差仪分为滤色片式色差仪和分光光度计式色差仪,三滤色片式色差仪模仿人眼感受,将通过红绿蓝三个滤色片分别接受的样品反射光信号转换成XYZ或Lab三刺激值。由于很难得到重现性好的滤色器,所以仪器之间的一致性很差,属于入门级的仪器。
 
  分光型色差仪是将样品的反射光光谱与照亮样品的入射光光谱之比—样品的反射率,通过仪器内的微电脑按照色度学数学模型计算转换成与标准观察的人眼所对应的视觉感觉的色度学三刺激值。分光色差仪适合任何种类的应用,能模拟所有的CIE规定的标准光源,能给出分光数据和同色异谱指数,有非常好的重复性和重现性,符合国际通用技术标准,是当今常用的技术。
 
  对选择CIE(国际照明委员会)的彩色系统,几个基本的视觉感觉单位是L;代表亮度,反映从白到灰到黑的无彩色中性颜色给人明暗的感觉。+a代表红色方向,-a代表绿色方向,+b代表黄色方向,-b代表蓝色方向。三者构成了描述颜色的正交的三维空间,这样就给万紫千红的颜色给出了一个可以用解析几何描述的颜色空间,L为纵轴,a,b构成彩色平面。如果将a-b平面转化为极坐标形式,a和b的平方和再开方,是从原点出发的模长,正好描述了颜色三要素里的彩度C(也叫鲜艳度),C越大,表示颜色越鲜艳,无彩色的中性色,C值就非常小。而a,b构成的正弦角正好描述了颜色三要素里的色相角H,加上代表明暗的明度L(也可叫亮度)。用LCH或Lab三坐标空间的数学方法就全面地描述了所有颜色的特征。现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准,但是到目前为止,似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受,尽管如此,并没有影响人们使用一个统一的标准(如CIE规定的)判断综合色差(△E)的大小,色偏(△L、△a、△b)的方向和大致程度。
 
  问题1:为什么不用颜色标准板的Lab数值作为控制颜色品质的标准而用色差数据△?
 
  人们通常习惯的品质管理都会用一些数据指标加上允许的上下限偏差,但是颜色却不行,都要用真实的色板确定标准。这是因为:
 
  1.如上所述,由于颜色理论现有的不足,加上光谱测量的复杂性和数学处理的复杂性,各国各公司按照国际标准研制的色差仪,测量从红到蓝各种同样颜色的同一块色板的结果总有一定的差异。
 
  2.就是同一公司的同一型号仪器,目前采用氙灯或卤素钨丝灯照明的传统的分光色差仪,就算新的、正常工作的色差仪。便携式仪器间的一致性达到的水平:例如XTH一般平均是0.15△E,最大要达到0.25△E。只有昂贵的双光束(一束同时检测点亮的照明灯的光谱)的参比级的台式分光色差仪(必须每年定期维护和用传递标准的一套彩砖定标)才可达到0.08△E。这样,测同样一块标准色板,两台仪器读数就会不同。随着仪器使用时间的推移,特别是各台仪器使用者对随机自带的校准白板保管使用的不同,这种差异还会扩大。所以,完全采用Lab数值,即所谓“数字标准”传递颜色标准的难度就很大。这既要求仪器有很高的仪器间一致性指标,又要求仪器有极高的长期稳定性和短期稳定性,仪器的白标准板也不能经常使用(做到可以长期保持稳定不变色)。所以使用传统色差仪的用户,到目前为止,传递颜色标准还大都使用标准色板传递。做不到用颜色标准板的Lab数值作为控制颜色品质的传递标准。
 
  3.尽管不同仪器测得的颜色三刺激值有偏差,但是用于同一块参照标准与另外的样板间比较色差,不同仪器测得的色差值:△E,△a,△b却是非常接近的。这也正好是人们对颜色管理的基本要求。所以有了参照标准后,不同仪器测得的色差值就有了实际应用价值。这也是色差仪得到普遍应用的原因。下一个要解决的问题就是如何定义容许的色差,即可接受的允差。各方将通过协议,用参比标准色板和约定的可接受允差来共同建立对产品的颜色管理系统,避开用三刺激值Lab的具体值来管理。这就是颜色管理和大多数常规计量管理的区别。
 
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