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色度測量的方法及其標準化三要素

2010-08-24

一、兩種色度測量方法比較

    密度測量也是一種對色彩進行測量的重要形式。密度計本身有其獨特的優點，這主要是對印刷過程控制而言。密度計價格便宜、讀數迅速，在許多方面超過其它精密制作測量儀器，例如在控制墨層厚度中應用，它們還被用在一些簡單而有意義的測量中。但密度計有下列缺點：

    ①儀器之間的一致性差，這是由于光源、光電倍增管和濾色片之間光譜特性上的差異造成的。然而，技術上的進步也提高了密度計的使用價值。現在已經出現帶有頻閃氙光源、光電二極管傳感器和不接觸樣本面進行測量的聯機密度計；裝有微處理器的密度計還可作簡單的計算（如計算油墨疊印率）。

    ②密度計不能提供與人眼靈敏度相關的心理物理測量，其分析測量能力是有限的。

    ③密度測量不能以某種形式跟CIE*表色系統相關聯，而CIE*表色系統卻是公認的色彩語言。

     新型色度計和分光光度計已經使印刷工業認識到色度測量的潛力，這種測量跟人眼的光譜靈敏度密切相關并提供CIE表色系統參數。

     色度測量方法主要有兩種。第一種方法是利用光電色度計測色的方法，光電色度計在原理上非常類似于密度計，其外觀、操作方法及價格也跟密度計相近。光電色度處在接顯示三刺激值x（λ）、y（λ）、z（λ），大多數還把三刺激值轉換成為勻色空間標度，例如轉換成為CIELAB標度，但大多數只有一或二種照明，所以用光電色度計測得的色彩并不總是表現視覺色彩，另外，CIELAB色彩空間對印刷復制來說并不是更好的表色系統，因為它不能像CIELUV那樣計算飽和度。光電色度計的精度在確定色差方面肯定是足夠的，可以在印刷車間用作色差比較的測量。許多光電色度計的精度也高到足以進行絕對色彩和相對色差的測量，但是一般說來，人們更喜歡用分光光度計去完成上述各項任務。

      色度計可以看成是一個反射率計，或一個不帶對數變換器但帶有一套專門濾色片的密度計。當然，這是一種能完成色度測量的方法。附加一套濾色片的目的是根據CIE光譜三刺激值在色度計的每個通道中給光譜的各個波長加權。但色度計不同于密度計，它涉及的主要是反射率問題而不是一個對數問題，但反射率很容易轉換成密度，反之也是可以的。色度計的光譜成分被認為跟人的視覺靈敏度有良好的線性關系。但事實上這是不可能的（涉及到盧瑟條件問題），因此光電色度計在原理上存在誤差。

      第二種方法是利用分光光度計測量色彩的方法。正像三濾色片光電色度計可看成是一個專門的反射率測量儀器一樣，分光光度計也可以這樣看，但它與光電色度計不同，分光光度計測量的是一個物體的整個可見反射光譜，分光光度計是在可見光譜域逐點測量，即在一些離散點上進行測量，通常每隔10或20nm測量一個點，在400～700mm的范圍內測量16～31個點。有些分光光度計是連續地對光譜進行測量，而三濾色片光電色度計只對三個點進行測量，所以杜光光度計能提供的信息要多得多，至少是對16個點進行測量。

      分光光度計把色彩作為一種不受觀察者支配的物理現象進行測量。為了獲得三刺激值它可以對反射光譜進行積分，可以把色彩作為視覺響應加以解釋，它是一種靈活的色彩測量儀器。

       對于非熒光材料來說，分光光度計提供的測量結果可以不依賴于所用的照明，可以在熒光燈下、白熾燈下及日光下評價調墨效果，因為分光光度計測量的是反射光譜，它可以自動地、客觀地對調墨效果進行評價。事實上，如果兩個色樣的反射光譜是匹配的，那么就可以認為這兩個物體具有相同的色彩，而在什么光源下進行觀察是無關緊要的。

      熒光材料在印刷工業中是常用的，許多紙張含有熒光材料（如增白劑），許多黃油墨也會產生一定程度的熒光，熒光對印刷材料的色彩是有影響的。

       印刷工藝中的某些現象如紙上網點覆蓋率、油墨強度等本質上就是在窄波段范圍內發生的物理現象，當然更好還是用窄帶測量進行評價。但是應當指出，窄密度測量（如A狀態密度）不能用于測量視覺色彩，但分光光度測量能解決這個問題。因為它所作的測量是窄帶測量，它對光譜的抽樣是充足的，所以可以做與視覺一致的色彩測量。為了進行預期類型的測量（窄帶或寬帶），可以為分光光度計預先編寫計算程序。許多新型分光光度計包含有計算機，根據程序去完成標準的印刷復制質量控制和窄帶測量都是合適的，但它明顯的比密度計昂貴。

       眾所周知，對顏色進行測量展基本的方法是主觀目視法。這種方法是根據色譜中的顏色用目視匹配未知的顏色，用分光光度計測得的色彩數據比人眼的分辨能力要精細，這對分析顏料的濃度是有用的，只需要根據一些公式進行計算，便可以分析和控制原材料的份量。

       根據分光光度計的測量數值可以計算密度值和色度值（但反向計算是不正確的）；可以分析同色異譜現象；新型分光光度計還可以把分光光度測量數據直接轉換成其它表色系統的參數，轉換方法與色度計是一樣的。

二、色度測量標準化的三要素

    照明、觀測的幾何條件、標準白是實現色彩測量的三個主要因素。

    各表色系統參數值的計算取決于照明種類。A、B、C和D65光源分別是模擬白熾燈、中午時分的日光、陰天的日光或多云的中午日光，特別是D65光源，它的輻射分布是對不同時間、不同氣候和不同地點的目光光譜作了許多測量之后，經過復雜的求平均值過程得出來的。C光源和D65光源對印刷工業是有用的。

       標準光源C在紫外線區的功率很小，對于不發熒光的色彩來說，這是無關緊要的。但對于發熒光的色彩而言，采用C光源照明時，該色彩發生的熒光就比在真實的日光中發出的熒光少。伴隨著熒光在白色顏料中的廣泛應用，很需要一種更能表達日光，包括紫外線區的光源，因此CIE于1963年推薦了標準光源D65。為D65定義的光譜范圍是300～830nm，色溫6500K，是一系列D光源中的一種。因為許多油墨和紙張呈現熒光，所以對于印刷工業來說D65光源是重要的，如果不需要紫外光，可用濾光片除去。

        通過表2－2可以說明熒光對測量結果帶來的影響。雖然紙和黃墨表現出較明顯的熒光性質，但對總的測量結果沒有產生太大的影響。當光源中含紫外線成分時，正如預料的那樣，紙張和黃墨顯得更藍一些，紙張的L*值也稍微大一些，這種變化傾向是正確的，但黃墨的L*微微下降，表現出錯誤的變化傾向。

    表2－2紫外線對測量數據的影響

        在印刷工業中，觀察原稿類的透射樣本時推薦采用D50光源，觀察印刷品等反射樣本時推薦采用D65光源，兩種光湖的色溫不同，這是應當注意的。
        在對半透明薄紙樣本進行測量時，在樣本下面襯一白色表面具有特殊的意義。

        對于大多數情況應當襯一白色表面，這樣接近于標準觀察狀態。但對于一些質量控制測量的情況而言，襯一黑色表面可能更可取。

        如果觀察一個非常光滑的反射表面，那么物體的色彩取決于光相對于表面的入射角度和眼睛相對于入射光的觀察角度。如果光線只從一個方向射入，為了避免看到光源的鏡像，可以適當地轉動一下表面，這樣就可以看到物體表面的色彩了。如果這個反射表面從不同的方向上被照明，在一個房間內，物體的反射表面被來自許多窗子的光線照明或用許多人造光源照明，那么，想找到一個方向完全避免光源的鏡面反射是不可能的。如果在一個很大的光源下觀察這個反射表面，例如在陰天的日光下或在一個均勻照射的頂燈下面，那么總是在部分鏡面反射的情況下看到表面的色彩。鏡面反射是由物體表面產生的，除非物體是金屬，否則，反射的光總是和光源的色彩相像。如果照明的色彩是白色，鏡面反射一般總是把白光加到表面色彩中去，除非反射表面的本身就是白色，否則，其效果總是降低色彩的飽和度。這就是光澤表面在定向照射情況下比在慢射照明情況下看起來更飽和的原因。

       對于一個完全粗糙的表面來說，入射的每一束光不管其入射角度如何，如果沒有進入表面就會有一些進入眼睛，這部分光不受顏料影響（除非是金屬）。因此當在白光中觀察粗糙表面時，由于表面反射，飽和度總是降低。由于這個原因，粗糙表面一般不像光澤表面那樣飽和，除非光澤表面是用非常擴散的光照明的情況。

        大多數表面既不是完全粗糙，也不是非常光澤，照明和觀察的幾何條件的影響處于上述兩種極端狀況之間，表現的色彩飽和度比光澤面的情況低、比粗糙面的情況高，表面性質上的區別對物體的色彩感覺有很大的影響。

        顯然，照明和觀察的幾何條件對色彩效應起著重要的作用。國際照明委員會根據實際應用的需要推薦了一些供色度測量應用的照明與觀察的幾何條件。

        在測量反射（透射）率參數時，國際照明委員會推薦理想漫反射（透射）體作為標準白色。理想沒反射體即理想的各向同性漫射體，在反射空間的各個方向具有相同的發光密度，因此標準白色是一個完全無光澤的白色面，它滿足下列條件：

    ①入射到該面上的光全部反射到空間，因此在可見光譜范圍內所有波長的光都不被吸收；

    ②反射光完全是漫射的，無光澤、均勻地朝各個方向散射，1lx的照度在各個方向產生出的光亮度等于104cd／m²。

    ③上面兩個特性與入射光的方向完全無關。

        標準白可以用硫酸鋇粉壓制而成，倘若硫酸鋇很純，光吸收率很低，只有2％左右，相當近似于理想的漫反射標準白色，并且在可見光譜范圍內與波長無關，當波長短至小于410nm時吸收率才增加，用來制造這種白色標準的硫酸鋇有精確的規定。測量時用校正的方法補償理想無光澤白色面和實際白色標準之間的差別。必須強調，理想漫反射的Y刺激值規定為100，在任何照明下一切彩色物體（非熒光體）中理想漫反射體的發光密度更高，是計算三刺激值的基準參數。

        就標準白色而言，理想漫反射體僅是一種選擇，通常用來評價紡織品、油漆也許是合適的，可是在某些應用中，理想漫反射體作為標準白色可能是不合適的。例如在評價油墨的時候把所用的紙張作為標準白色一般來說是更好的選擇。這是因為，如果紙張輕微泛黃，那么一個非選擇性的中性油墨相對于理想漫反射體來說也將帶淡黃色，但油墨本身并不是泛黃的，因此把未印刷的紙張作為標準白評價油墨更好；但理想漫反射標準白對評價紙張來說是合適的。

        就一個逼真的反射印刷品而言，用理想漫反射體作為標準白測量紙張是恰當的，而在評價圖像面的時候，用畫面上具有代表性的白色作為標準則是合適的。這個有代表性的白色（設刺激值為Yn）不僅可能是一個不同的顏色，而且可能比理想漫反射體明顯的暗，理想漫反射體（設刺激值為Y）就會有一個比單位值明顯要高的值Y／Yn，這說明標準漫反射體的亮度比圖像中的白色的亮度要大。