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技術文章

色度學基本知識

色度學基本知識
顏色測量理論與技術是色度學的組成部分.它是本世紀發展起來的一門以物理光學、視覺生理、視覺心理、光電子學、電子計算技術為基礎的綜合性科學技術。彩色電視、彩色攝影、彩色錄像、彩色圖像電話、彩色視覺機器人、彩色印刷以及染料、涂料、紡織、造紙、交通信號、照明技術、美化環境、工農業生產、科學技術和文化事業等各種產品、各個部門,都要涉及到顏色學和顏色測量。顏色測量成為評價人們生活的氛圍.評定產品質量的重要依據和手段。這就要求顏色測量能在人眼視察能力的基礎上、滿足工業中精確測量和控制顏色的需要,實現獲得巨大經濟效益和社會效益的目的。
 
    顏色可分為彩色和非彩色兩類。非彩色指白色、黑色及它們之間過渡的灰色系列,稱為白黑系列。純白色反射比為100%,純黑色為0。非彩色只有明度的差異。彩色是指白黑系列以外的各種顏色。彩色除了有明度差異,還有色調和飽和度的差異。明度是人眼對物體表面的明暗感覺,光反射比越高,明度越高。色調是彩色彼此相互區分的特性,即:紅、黃、綠、藍、紫等。飽和度是指彩色的純潔性,彩色合灰的成份越多,則飽和度越低。實驗證明,每一種顏色都能用三個選定的原色按適當比例混合而成,稱顏色匹配。三原色可以任意選定。與待測色達到顏色匹配時所需要的三原色的數量,稱三刺激值。
 
    顏色是眼睛和神經系統對光源的感覺,它是光源在眼睛的視網膜上形成的訊號刺激大腦皮層產生的反應,這種生理的反應就是顏色的感覺。顏色的三要素是:光源、觀察物體和觀察者(器)。可見光是一種電磁波,不同類型的電磁波是按照其波長的不同來區分其光譜的類型的。可見光只占自然界中光譜的一小部分,由于波長在380-760nm之間的光,可以被人的肉眼看見,物理學上把之稱為可見光,在可見光譜中,藍光的波長在400-480nm之間,紅光的波長在630-760nm。當物體受到光源的照射時,會產生三種情況:穿透、吸收和反射。如果我們把物體對光的反射和吸收功能結合起來研究,我們就會明白顏色是如何產生的。我們知道,所有的物體對光有一定的吸收和反射的功能。物體由于本身的物理或化學的特性,物體將會吸收某些波長的光而同時反射其他波長的光,其本身所顯示出來的顏色決定于吸收了哪些波長的光和反射哪些波長的光。如:當物體把波長在630-760nm的大多數光反射出來,那么物體就顯示出紅色;對于白色,由于所有波長的光都被反射出來,沒有哪種波長的光占主導地位,所以看不到任何的顏色,物體顯示為白色;對于黑色,由于物體吸收了大多數的光,所以顯示為黑色。
 
    1976年國際照明委員會(Commission Inernation-ale d’Edairage簡稱CIE)確定L*a*b*顏色空間,稱之為CIELAB系統,所有的顏色可用L*、a*、b*三個軸的坐標來定義。L*為垂直軸,代表明度,其值從底部0(黑)到頂部100(白)。a*代表紅綠軸上顏色的飽和度,其中,-a*(綠),+a*(紅)。b*代表藍黃軸上顏色的飽和度,其中-b*(藍),+b*(黃)。a*、b*都是水平軸。兩個顏色之間的總色差ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
 
    測色儀主要分為兩類:分光測色儀和色度計。分光測色儀是通過測量物體的光譜輻亮度因數或光譜透射比,再選用CIE推薦的標準照明體和標準觀察者,經積分計算求得顏色的三刺激值。色度計是通過直接測得與顏色的三刺激值成出例的儀器響應數值,直接換算出顏色的三刺激值。測色儀器又分為接觸式和非接觸式,接觸式測色儀對環境條件沒有限制。
 
    孟塞爾體系(Munsell AM)是另一種表色體系,它是以標號的形式表述顏色。按照孟塞爾明度(Value,V)、色調(Hue,H)和彩色(Chroma,C)三方面順序組成一個編號,記錄形式為Hv/c。
 
     作為顏色三要素之一的光源,由于日常生活中存在許多種的光源,如日光、月光、白熾光等,每種光都有唯一的分光譜的能量分布圖,光的分光譜的能量分布圖定義了由光源中各種波長光發射的能量相對大小。有些光源發出的光中占有大量的藍色光,有些光源發出的光中占有大量的黃色光,而日光中含有大量波長400-500nm的高能量光。不同的光源含有不同顏色光的量不同,因此,在不同的光源下,物體顯示出的色調(顏色)不同。
 
    為了較為準確和規范地描述色調,CIE(國際照明委員會)制定了4種標準光源,以統一色調值。這4種標準光源的名稱見下表,在這4種標準光源中,常用的C光源和D65光源,我國以D65為標準光源。
 
標準光源名稱
定義
白熾光
正午的陽光
陰天的日光
D65
平均的白天日光
 
 最廣泛的運用于測量物體色調的方式是CIE1976L*、a*、b*顏色空間(即CIELAB色度空間)。CIELAB色顏色空間,把色調的顏色空間轉化為立體的數學模型。如下圖:
L*—明度指數,表示三維坐標物體的明度坐標,L為0時表示物體為對光完全吸收的黑體;L為100時表示物體對光完全反射的純白物體。
a*—為紅綠色度指數坐標,+a時表示紅的程度,-a時表示綠的程度。
b*—為黃藍色度指數坐標,+b時表示黃的程度,-b時表示藍的程度。
 
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