黃蓓

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

1 引言

質(zhì)量控制在任何行業(yè)都是非常重要的，而顏色控制是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中品質(zhì)保證的關(guān)鍵因素。

顏色，是一種有關(guān)感覺和主觀解釋的東西。正常視力的人可以分辨大約1000萬種顏色，但卻不能確切地給出顏色的量值。因?yàn)橐磉_(dá)一個(gè)顏色有各種各樣的方法和詞匯，但是要向某人描述特定的顏色是很難說得一清二楚的。為了進(jìn)行色彩交流，人們希望量化色彩現(xiàn)象，建立色彩標(biāo)準(zhǔn)，用數(shù)字來表示顏色。

測量顏色的儀器被統(tǒng)稱為測色計(jì)，通過測色計(jì)可以輕松地得到被測物體在不同光源及各種條件下的色度數(shù)據(jù)甚至光譜曲線，有利于進(jìn)行色彩的管理、控制及研發(fā)，方便不同廠家間的色彩交流和溝通。使用儀器也可以避免人為或環(huán)境因素造成的色彩判斷偏差，無論室內(nèi)室外、都可以做到更準(zhǔn)確、客觀的評判色彩。

2 色彩理論知識(shí)

我們?nèi)搜壑钥梢钥吹筋伾?個(gè)要素必不可缺：光源、視覺和物體[1-2]。在全黑條件下，我們看不到顏色；如果我們閉上眼睛，我們就看不到物體的顏色；如果沒有物體，顏色也就不存在。所以，光源、視覺和物體，三者缺其一，我們就看不到顏色。

當(dāng)光源中的特定波長刺激了人眼中的視網(wǎng)膜時(shí)，人的眼睛就能看到物體的顏色。人眼可以看到的光區(qū)被稱為可見光區(qū)，波長為380～780 nm。按照可見光的不同波長，色譜的順序依次為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛藍(lán)、紫；在波長最長的區(qū)域內(nèi)的光線看起來就是紅色，波長最短的區(qū)域內(nèi)的光線看起來就是紫色。如圖1所示。

圖1 可見光區(qū)

在可見光380～780 nm之間，我們引入一個(gè)表示光的發(fā)光顏色的物理概念——色溫。光源的色溫是以光源發(fā)光時(shí)所顯現(xiàn)的顏色與一個(gè)絕對黑體被高溫燃燒時(shí)所顯現(xiàn)的顏色相一致時(shí)的燃燒溫度來定義的。它的單位是絕對溫度Kelvin（K）。

根據(jù)色溫的不同，光源可分為：D50光源、D65光源、A光源和F光源等。

國際照明委員會(huì)（簡稱CIE）對照明體進(jìn)行了規(guī)范，并推薦用D65標(biāo)準(zhǔn)照明體進(jìn)行測色，D65光代表其相關(guān)色溫為6504 K的平均日光。

人眼是分辨顏色的最好儀器，這是由于人類在長期的演變和進(jìn)化過程中所形成的。但由于人種不同、年齡不同在辨色功能上存在差異。為此，CIE推出了標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者，包括2°標(biāo)準(zhǔn)觀察者和10°補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者。

3 色彩的屬性

色彩世界由以下3個(gè)屬性構(gòu)成：色調(diào)、亮度和色飽和度（鮮艷度）。這三要素就構(gòu)成了一個(gè)色立體，如圖2所示。色調(diào)形成該立體的外緣，亮度作為中央主軸，而色飽和度作為水平副軸。

圖2 色立體

色調(diào)用于色彩世界，并把顏色區(qū)分為紅、黃、藍(lán)等類別。不同的色調(diào)銜接排列，就形成了色環(huán)。

當(dāng)比較各種顏色的亮度時(shí)，顏色就有明亮和深諳之分。可見，顏色亮度的測量與色調(diào)無關(guān)。從圖2可以看出，亮度沿垂直方向變化。越往上去，色彩越明亮；越往下去，則越深諳。

當(dāng)比較兩個(gè)相似的顏色的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)色有鮮艷和陰晦之別。這種差別就稱之為色飽和度。從圖2可以看出，色飽和度分別由中心向兩側(cè)隨水平距離的增加而變化。離中心越近，色彩越陰晦；離中心越遠(yuǎn)，則越鮮艷。

為色調(diào)、亮度和飽和度建立標(biāo)度，我們就能用數(shù)字來測量顏色。測色儀就是能實(shí)現(xiàn)這一功能的儀器。

4 測色原理

從圖1可知，色譜的顏色包括有紅、橙、黃、綠……。這些顏色中的紅、綠、藍(lán)色通常被看作光的三原色。這是因?yàn)槿搜劬哂?種視網(wǎng)膜椎狀細(xì)胞（色敏感器），它們對這三原色的波長很敏感，從而使我們看到顏色。圖3表示根據(jù)CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者定義畫出的，與人眼相符的光譜靈敏度曲線，這些被稱為配色函數(shù)。

圖3 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者配色函數(shù)

測色計(jì)在測量時(shí)就是取代了光源和人的作用，用和人眼感知顏色的同樣方法 “接收”顏色：將從某物體反射的光的主波長收集、濾光。如圖4可以證實(shí)光、物件（以一個(gè)蘋果為例）和觀察者如何混合而形成對一朵 “紅”蘋果的感覺。當(dāng)一臺(tái)儀器是觀察者的時(shí)候，它以一個(gè)定量的數(shù)值 “接收”反射的波長，這個(gè)數(shù)值是：三刺激數(shù)據(jù)（色彩色差計(jì)）或反射光譜數(shù)據(jù)（積分球式分光光度儀）[3]。

測色計(jì)按照其測量原理來分，可分為三刺激值型和分光型，測量過程如圖4所示。

在圖4可以看到人感覺顏色的原理以及色彩色差計(jì)感受顏色的原理，兩者基本是類似的。利用3個(gè)經(jīng)過過濾的敏感器使其具有與人眼相同的X（λ）、Y（λ）、Z（λ）靈敏度來測量物體的反射光，從而直接測量三刺激值X、Y和Z，這種方法被稱之為三色刺激法，用這種方法設(shè)計(jì)出來的色彩色差計(jì)，以與人眼如何感覺光相等同的方法來測量光。

圖4 測色計(jì)測量過程

另外一種測色方法被稱為分光光譜分析法。使用這種方法的測色儀器用來測量光的光譜特性，然后根據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察函數(shù)的方程式來計(jì)算三刺激值。分光光譜分析法利用復(fù)合敏感器（在CM-2600d中有40個(gè)）來測量物體在每一個(gè)波長或每一個(gè)載波長范圍內(nèi)的光譜反射比，于是該儀器的微計(jì)算機(jī)根據(jù)光譜反射比數(shù)據(jù)通過積分來計(jì)算三刺激值。利用分光光譜分析法的儀器，除了以各種色空間來顯示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之外，還可以直接顯示光譜數(shù)據(jù)，提供有關(guān)該物體的、更為詳細(xì)的信息。

在實(shí)際工作中，利用測色計(jì)給出的測色數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色控制及調(diào)色，控制產(chǎn)品的顏色質(zhì)量，保證顏色的一致性，確保產(chǎn)品顏色達(dá)到各行業(yè)要求的顏色標(biāo)準(zhǔn)以滿足用戶對顏色的要求。

在用戶拿到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品的時(shí)候，需要重復(fù)打樣，從而再現(xiàn)和樣品相同的顏色，以便產(chǎn)品的顏色能與樣品的顏色控制在一定的范圍之內(nèi)，即希望產(chǎn)品的顏色更接近樣品的顏色。此時(shí)可用測色計(jì)來測量小樣和標(biāo)準(zhǔn)樣品的色空間差值，并根據(jù)差值來確定樣品的色差是否符合范圍，以及進(jìn)行調(diào)色。調(diào)色可利用測色計(jì)的CIE 1976 L*a*b*色空間或HunterLab色空間來解決。在CIE 1976 L*a*b*色空間中，明度指數(shù)L*代表亮度軸，表示黑白，0為黑色，100為白色，0-100之間為灰色；色品指數(shù)a*代表紅綠軸，正值為紅色，負(fù)值為綠色。色品指數(shù)b*代表黃藍(lán)軸，正值為黃色，負(fù)值為藍(lán)色。此時(shí)，小樣與標(biāo)準(zhǔn)樣品的L*a*b*之 差 ，用 ΔL*Δa*Δb*表示，ΔE*表示總色差。ΔL*為正，說明小樣比標(biāo)樣顏色淺；為負(fù)，說明小樣比標(biāo)樣顏色深。Δa*為正，說明小樣比標(biāo)樣紅（或少綠）；為負(fù)，說明小樣比標(biāo)樣綠（或少紅）。Δb*為正，說明小樣比標(biāo)樣黃（或少藍(lán)）；為負(fù)，說明小樣比標(biāo)樣藍(lán)（或少黃）。根據(jù)這些ΔL*Δa*Δb*值，配色人員可適當(dāng)?shù)卦鰷p灰色料，紅綠色料，或黃藍(lán)色料。

在顏色測量過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩中顏色在一種光源下顯示相同，但在另一種光源下顯出不同的現(xiàn)象，這稱為條件等色（也叫同色異譜）現(xiàn)象。對于有條件等色現(xiàn)象的物體，兩物體顏色的光譜反射特性是不一樣的，從而出現(xiàn)在某一種光源照射下產(chǎn)生的三刺激值是一樣的，而在另一種光源照射下卻互顯差異。此時(shí)選用正確類型的測色計(jì)就顯得尤為重要。這是因?yàn)槿碳ぶ禍y色計(jì)通常只在標(biāo)準(zhǔn)光源

5 測色計(jì)的應(yīng)用

C和標(biāo)準(zhǔn)光源D65下作測量，這兩種光源均相當(dāng)于日光并具有非常相似的光譜能量分布，正因?yàn)槿绱?，三刺激值測色計(jì)不能用來測量條件等色現(xiàn)象；而另一方面，分光測色計(jì)則裝備有各種各樣光源的光譜能量分布特性，因此能測量條件等色現(xiàn)象。此外，分光測色計(jì)還能顯示光譜反射比曲線，從而可以確切地看到這兩種顏色的光譜反射比是如何不一樣的，更適用與復(fù)雜的色彩分析。

鑒于兩種測色計(jì)的不同特點(diǎn)，三刺激值測色計(jì)主要用于生產(chǎn)線及產(chǎn)品檢查中的色差測量；而分光測色計(jì)通常用于實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)品開發(fā)研究中的高精度色差分析和管理。

6 結(jié)束語

基于測色計(jì)在顏色測量發(fā)面的卓越表現(xiàn)，測色計(jì)被廣泛應(yīng)用于塑料、涂料、染料、紡織、印刷、建材、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、電影電視、家用電器、教育、圖書、文物管理等行業(yè)。

參考資料：

[1]國防科工委科技與質(zhì)量司編輯委員會(huì).光學(xué)計(jì)量（上冊[M].北京：原子能出版社，2002.

[2]郝允祥，陳避舉，張寶洲.光度學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1998.

[3]朱小清，詹云翔.光度測試技術(shù)及儀器[M].北京：中國計(jì)量出版社，1992.