色度测量的方法及其标准化三要素

2010-08-24

一、两种色度测量方法比较

    密度测量也是一种对色彩进行测量的重要形式。密度计本身有其独特的优点，这主要是对印刷过程控制而言。密度计价格便宜、读数迅速，在许多方面超过其它精密制作测量仪器，例如在控制墨层厚度中应用，它们还被用在一些简单而有意义的测量中。但密度计有下列缺点：

    ①仪器之间的一致性差，这是由于光源、光电倍增管和滤色片之间光谱特性上的差异造成的。然而，技术上的进步也提高了密度计的使用价值。现在已经出现带有频闪氙光源、光电二极管传感器和不接触样本面进行测量的联机密度计；装有微处理器的密度计还可作简单的计算（如计算油墨叠印率）。

    ②密度计不能提供与人眼灵敏度相关的心理物理测量，其分析测量能力是有限的。

    ③密度测量不能以某种形式跟CIE*表色系统相关联，而CIE*表色系统却是公认的色彩语言。

     新型色度计和分光光度计已经使印刷工业认识到色度测量的潜力，这种测量跟人眼的光谱灵敏度密切相关并提供CIE表色系统参数。

     色度测量方法主要有两种。第一种方法是利用光电色度计测色的方法，光电色度计在原理上非常类似于密度计，其外观、操作方法及价格也跟密度计相近。光电色度处在接显示三刺激值x（λ）、y（λ）、z（λ），大多数还把三刺激值转换成为匀色空间标度，例如转换成为CIELAB标度，但大多数只有一或二种照明，所以用光电色度计测得的色彩并不总是表现视觉色彩，另外，CIELAB色彩空间对印刷复制来说并不是更好的表色系统，因为它不能像CIELUV那样计算饱和度。光电色度计的精度在确定色差方面肯定是足够的，可以在印刷车间用作色差比较的测量。许多光电色度计的精度也高到足以进行绝对色彩和相对色差的测量，但是一般说来，人们更喜欢用分光光度计去完成上述各项任务。

      色度计可以看成是一个反射率计，或一个不带对数变换器但带有一套专门滤色片的密度计。当然，这是一种能完成色度测量的方法。附加一套滤色片的目的是根据CIE光谱三刺激值在色度计的每个通道中给光谱的各个波长加权。但色度计不同于密度计，它涉及的主要是反射率问题而不是一个对数问题，但反射率很容易转换成密度，反之也是可以的。色度计的光谱成分被认为跟人的视觉灵敏度有良好的线性关系。但事实上这是不可能的（涉及到卢瑟条件问题），因此光电色度计在原理上存在误差。

      第二种方法是利用分光光度计测量色彩的方法。正像三滤色片光电色度计可看成是一个专门的反射率测量仪器一样，分光光度计也可以这样看，但它与光电色度计不同，分光光度计测量的是一个物体的整个可见反射光谱，分光光度计是在可见光谱域逐点测量，即在一些离散点上进行测量，通常每隔10或20nm测量一个点，在400～700mm的范围内测量16～31个点。有些分光光度计是连续地对光谱进行测量，而三滤色片光电色度计只对三个点进行测量，所以杜光光度计能提供的信息要多得多，至少是对16个点进行测量。

      分光光度计把色彩作为一种不受观察者支配的物理现象进行测量。为了获得三刺激值它可以对反射光谱进行积分，可以把色彩作为视觉响应加以解释，它是一种灵活的色彩测量仪器。

       对于非荧光材料来说，分光光度计提供的测量结果可以不依赖于所用的照明，可以在荧光灯下、白炽灯下及日光下评价调墨效果，因为分光光度计测量的是反射光谱，它可以自动地、客观地对调墨效果进行评价。事实上，如果两个色样的反射光谱是匹配的，那么就可以认为这两个物体具有相同的色彩，而在什么光源下进行观察是无关紧要的。

      荧光材料在印刷工业中是常用的，许多纸张含有荧光材料（如增白剂），许多黄油墨也会产生一定程度的荧光，荧光对印刷材料的色彩是有影响的。

       印刷工艺中的某些现象如纸上网点覆盖率、油墨强度等本质上就是在窄波段范围内发生的物理现象，当然更好还是用窄带测量进行评价。但是应当指出，窄密度测量（如A状态密度）不能用于测量视觉色彩，但分光光度测量能解决这个问题。因为它所作的测量是窄带测量，它对光谱的抽样是充足的，所以可以做与视觉一致的色彩测量。为了进行预期类型的测量（窄带或宽带），可以为分光光度计预先编写计算程序。许多新型分光光度计包含有计算机，根据程序去完成标准的印刷复制质量控制和窄带测量都是合适的，但它明显的比密度计昂贵。

       众所周知，对颜色进行测量展基本的方法是主观目视法。这种方法是根据色谱中的颜色用目视匹配未知的颜色，用分光光度计测得的色彩数据比人眼的分辨能力要精细，这对分析颜料的浓度是有用的，只需要根据一些公式进行计算，便可以分析和控制原材料的份量。

       根据分光光度计的测量数值可以计算密度值和色度值（但反向计算是不正确的）；可以分析同色异谱现象；新型分光光度计还可以把分光光度测量数据直接转换成其它表色系统的参数，转换方法与色度计是一样的。

二、色度测量标准化的三要素

    照明、观测的几何条件、标准白是实现色彩测量的三个主要因素。

    各表色系统参数值的计算取决于照明种类。A、B、C和D65光源分别是模拟白炽灯、中午时分的日光、阴天的日光或多云的中午日光，特别是D65光源，它的辐射分布是对不同时间、不同气候和不同地点的目光光谱作了许多测量之后，经过复杂的求平均值过程得出来的。C光源和D65光源对印刷工业是有用的。

       标准光源C在紫外线区的功率很小，对于不发荧光的色彩来说，这是无关紧要的。但对于发荧光的色彩而言，采用C光源照明时，该色彩发生的荧光就比在真实的日光中发出的荧光少。伴随着荧光在白色颜料中的广泛应用，很需要一种更能表达日光，包括紫外线区的光源，因此CIE于1963年推荐了标准光源D65。为D65定义的光谱范围是300～830nm，色温6500K，是一系列D光源中的一种。因为许多油墨和纸张呈现荧光，所以对于印刷工业来说D65光源是重要的，如果不需要紫外光，可用滤光片除去。

        通过表2－2可以说明荧光对测量结果带来的影响。虽然纸和黄墨表现出较明显的荧光性质，但对总的测量结果没有产生太大的影响。当光源中含紫外线成分时，正如预料的那样，纸张和黄墨显得更蓝一些，纸张的L*值也稍微大一些，这种变化倾向是正确的，但黄墨的L*微微下降，表现出错误的变化倾向。

    表2－2紫外线对测量数据的影响

        在印刷工业中，观察原稿类的透射样本时推荐采用D50光源，观察印刷品等反射样本时推荐采用D65光源，两种光湖的色温不同，这是应当注意的。
        在对半透明薄纸样本进行测量时，在样本下面衬一白色表面具有特殊的意义。

        对于大多数情况应当衬一白色表面，这样接近于标准观察状态。但对于一些质量控制测量的情况而言，衬一黑色表面可能更可取。

        如果观察一个非常光滑的反射表面，那么物体的色彩取决于光相对于表面的入射角度和眼睛相对于入射光的观察角度。如果光线只从一个方向射入，为了避免看到光源的镜像，可以适当地转动一下表面，这样就可以看到物体表面的色彩了。如果这个反射表面从不同的方向上被照明，在一个房间内，物体的反射表面被来自许多窗子的光线照明或用许多人造光源照明，那么，想找到一个方向完全避免光源的镜面反射是不可能的。如果在一个很大的光源下观察这个反射表面，例如在阴天的日光下或在一个均匀照射的顶灯下面，那么总是在部分镜面反射的情况下看到表面的色彩。镜面反射是由物体表面产生的，除非物体是金属，否则，反射的光总是和光源的色彩相像。如果照明的色彩是白色，镜面反射一般总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，否则，其效果总是降低色彩的饱和度。这就是光泽表面在定向照射情况下比在慢射照明情况下看起来更饱和的原因。

       对于一个完全粗糙的表面来说，入射的每一束光不管其入射角度如何，如果没有进入表面就会有一些进入眼睛，这部分光不受颜料影响（除非是金属）。因此当在白光中观察粗糙表面时，由于表面反射，饱和度总是降低。由于这个原因，粗糙表面一般不像光泽表面那样饱和，除非光泽表面是用非常扩散的光照明的情况。

        大多数表面既不是完全粗糙，也不是非常光泽，照明和观察的几何条件的影响处于上述两种极端状况之间，表现的色彩饱和度比光泽面的情况低、比粗糙面的情况高，表面性质上的区别对物体的色彩感觉有很大的影响。

        显然，照明和观察的几何条件对色彩效应起着重要的作用。国际照明委员会根据实际应用的需要推荐了一些供色度测量应用的照明与观察的几何条件。

        在测量反射（透射）率参数时，国际照明委员会推荐理想漫反射（透射）体作为标准白色。理想没反射体即理想的各向同性漫射体，在反射空间的各个方向具有相同的发光密度，因此标准白色是一个完全无光泽的白色面，它满足下列条件：

    ①入射到该面上的光全部反射到空间，因此在可见光谱范围内所有波长的光都不被吸收；

    ②反射光完全是漫射的，无光泽、均匀地朝各个方向散射，1lx的照度在各个方向产生出的光亮度等于104cd／m²。

    ③上面两个特性与入射光的方向完全无关。

        标准白可以用硫酸钡粉压制而成，倘若硫酸钡很纯，光吸收率很低，只有2％左右，相当近似于理想的漫反射标准白色，并且在可见光谱范围内与波长无关，当波长短至小于410nm时吸收率才增加，用来制造这种白色标准的硫酸钡有精确的规定。测量时用校正的方法补偿理想无光泽白色面和实际白色标准之间的差别。必须强调，理想漫反射的Y刺激值规定为100，在任何照明下一切彩色物体（非荧光体）中理想漫反射体的发光密度更高，是计算三刺激值的基准参数。

        就标准白色而言，理想漫反射体仅是一种选择，通常用来评价纺织品、油漆也许是合适的，可是在某些应用中，理想漫反射体作为标准白色可能是不合适的。例如在评价油墨的时候把所用的纸张作为标准白色一般来说是更好的选择。这是因为，如果纸张轻微泛黄，那么一个非选择性的中性油墨相对于理想漫反射体来说也将带淡黄色，但油墨本身并不是泛黄的，因此把未印刷的纸张作为标准白评价油墨更好；但理想漫反射标准白对评价纸张来说是合适的。

        就一个逼真的反射印刷品而言，用理想漫反射体作为标准白测量纸张是恰当的，而在评价图像面的时候，用画面上具有代表性的白色作为标准则是合适的。这个有代表性的白色（设刺激值为Yn）不仅可能是一个不同的颜色，而且可能比理想漫反射体明显的暗，理想漫反射体（设刺激值为Y）就会有一个比单位值明显要高的值Y／Yn，这说明标准漫反射体的亮度比图像中的白色的亮度要大。