测色仪如何测量颜色

比色法颜色测量的科学,被广泛地应用在商业,工业和实验室来表达数字的形式和色彩来衡量样本之间的色差。应用包括油漆,油墨,塑料,纺织品和服装,食品和饮料,药品和化妆品,显示器以及反映或传播颜色的其他部件和产品。

随着全球制造和加工的增加,比色法的使用和重要性也在增长。例如,当在一个大陆生产的塑料汽车装饰件**与在另一个大陆上涂漆的金属表面相匹配时,客观和**地描述颜色成为**的必要条件。

不幸的是,人类颜色的感知变化很大,受照明,样本大小,周围颜色和观察角度的影响。比色仪器提供了一套有助于确保一致性和重复性的标准化条件。

虽然术语比色法通常用于一般意义上是指颜色测量,但它不同于分光光度法,相关但不同的颜色测量方法。

在比色法中,颜色的量化是基于颜色视觉的三组分理论,其中指出人眼具有三原色(红色,绿色和蓝色)的受体,并且所有颜色被视为这些颜色的混合物初选。在比色法中,这些组件被称为XYZ坐标。色差计基于这种颜色感知理论,使用三个光电池作为受体,以与人眼大致相同的方式看到颜色。

另一方面,分光光度法使用更多的传感器(在一些分光光度计中为40或更多)将反射或透射光束分解成其分量波长。它测量可见光谱连续谱上每个波长的物体的光谱反射率。分光光度法提供高精度,通常用于研究和配色应用。色差仪通常用于生产和质量控制应用。

色差仪的解剖学

测色仪包括光源,固定几何观察光学元件,与**际上建立的标准观察者相匹配的三个光电管,以及到处理器/显示单元或计算机的车载处理器或电缆连接。

在操作中,比色计的传感器透镜通常直接放置在要测量的样品的区域上,例如,一块染色布或彩色塑料芯片。对于**测量透射光的液体或有色胶片样品,将样品放置在仪器的透光室或特殊样品架中。接下来,操作者激活从样本反射并通过三个光电管的光源,这三个光电管确定红色,绿色和蓝色分量,并将数据传送到微型计算机。微机计算XYZ三刺激值并捕获显示或打印的数据。

 

虽然三刺激值对于定义颜色很有用,但它们不容易显示颜色。因此,在**际法委员会(CIE)的主持下,已经开发了一些数学模型和绘图方法。这些概念化被称为颜色空间。颜色空间更加紧密地表示诸如亮度/黑暗,饱和度(色度)和色相之类的颜色的相对属性。它们在测量和比较两个样品之间的色差方面特别有用 - 例如,**在生产过程中重复再现的目标颜色。

图1:与人眼对应的光谱灵敏度(1931年标准观察者的色彩匹配功能)

1931 X,Y色度图

图2: 1931 X,Y色度图

色调是用于颜色的一般分类的术语 - 可见光谱(380**700nm)的区域,其中发生**大的反射率。感觉为蓝色的色调倾向于反射光谱低端的光线,中部区域呈绿色,向**红色。图1显示了与人眼对应的光谱灵敏度。

亮度/黑度可以独立于色相测量。例如,柠檬的亮度可以与樱桃的亮度进行比较。饱和度描述了感知颜色的鲜明/黯淡,而且像亮度一样可以独立于色相测量。

用于定义和数学表达这些属性的**广泛使用的颜色空间是CIE的Yxy颜色空间,建立于1931年; 1976 L * a * b *颜色空间; 和L * C * h色彩空间。还有其他色彩空间,如CIELUV,Hunter Lab,Richard S. Hunter开发的,以及Munsell彩色符号系统。

从那时起,颜色空间表示已经被改进,以更接近地对应于由持续的实验和统计平均定义的人眼的色差感知。

XYZ值和Yxy颜色空间

较早的色彩空间表示之一是CIE 1931 X,Y色度图,如图2所示。该图用于颜色的二维图形,与亮度无关。X和Y是从三刺激值XYZ计算的色度坐标。在该图中,无彩色朝向中心,色度朝向边缘增加。色度坐标为X = 0.4832和Y = 0.3045的比色测量红苹果可以位于A位置(蓝色圆圈)的此颜色空间中。

a *,b *色度图

图3: a *,b *色度图

也被称为CIELAB,L * a * b *颜色空间于1976年颁布,以调整原始Yxy色彩空间的一个问题。X,Y色度图上的等距离并不对应于同样感知的色差。在L * a * b *图中,球面色固体L *表示亮度,a *和b *是色度坐标。这里a *和b *表示颜色方向(+ a *是红色方向,-a *是绿色方向)。

L * C * h颜色空间使用与L * a * b *颜色空间相同的图,但采用圆柱形而不是直角坐标。L *与L * a * b *图的L *相同。C *是色度,h是色调角。C *的值在中心处为无色的颜色为零,并且根据距离中心的距离而增加。色调角(h)被定义为在+ a *轴处开始,并且随着色度轴逆时针旋转而以度数表示。

来自色差仪的测量输出用测量样品的XYZ值表示,以及以其他可接受的均匀色彩空间为单位表示。通过将目标颜色的测量与样本样本进行比较,用户不仅可以获得颜色的数值描述,还可以表示两个测量样本之间的色差的性质。色差仪指出了目标和样品之间的亮度,色度和色调的差异。

在一个位置进行的颜色测量并以给定色彩空间为单位表示,然后可以与在另一个位置或在另一个时间进行的测量进行比较,并以**际公认的语言进行传达。以这种方式,比色测量消除了颜色感知和色差判断的主观性。

如今的色差计

现在可以使用各种三刺激色差计进行颜色采样,检测和色彩质量控制。许多是便携式,电池供电的设备,允许在生产车间或远程位置进行客观的颜色测量。它们具有针对特定应用的各种孔径和照明/观察几何形状,各种级别的数据处理能力以及众多附件。

显微镜配置中的色差计用于**测量小物体,如药丸和药物试剂。非接触式色差仪在生产线上提供纺织品,纸张和涂层线圈的在线颜色测量。小型掌上仪器甚**被设计用于非常具体的应用,如烘烤,油炸和加工食品的对比度测量。

 

通过密切监测生产和加工操作中颜色的一致性,企业和行业大大降低了废物和产品排放的成本,同时提高了运营的效率和生产率。