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使用比色法测定材料颜色及其变化

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：比色法指的是数据的收集和色别标志、颜色分化和色貌方法[CIE 04]。CIELAB的均匀色空间通常是确定材料颜色的首选方法。图7-4 XYZ空间中的颜色表示法。等能量白点位于色度图的中点（见彩页）图7-5 自然光在CIE色度图x，y上的定位（见彩页）7.2.1.1 色温白光与日光有关，因为自然光遵循严格定义的变化规律，它的颜色和光谱是密切相关的。

比色法指的是数据的收集和色别标志、颜色分化和色貌方法[CIE 04]。

颜色用三刺激值X、Y、Z来指定。该指标与视网膜中3种锥体吸收的光有关系，源自于视觉试验。经验表明，将3种被称为原色的刺激混合可复制所有的颜色刺激（到达人眼的光线）。经验还表明色匹配具有相加性。最后，人们描述光特性（暗、亮）和颜色特性（红、黄等）的词语是相互独立的。

所以可应用线性代数定律以矢量在三维空间中表示颜色，颜色空间种类繁多，如用于电视的RGB或国际照明委员会（CIE）推荐的XYZ色度学空间（见图7-4）。颜色的色度由刺激值X、Y、Z的相对值给定，并在色度图x，y的二维坐标系中表示（见图7-5）。

色度图x、y不包含任何颜色亮度的信息，它直接由三色值Y给定。

为了求出两种颜色间的可见差异，使用了相同的颜色空间，其中所有点的色差几乎相等，用相等的距离来表示。

CIELAB的均匀色空间通常是确定材料颜色的首选方法。颜色的L*，a*，b*坐标由三刺激值X、Y、Z的非线性变换获得。特别的是，明度指数（Psychometric Lightness）L*是亮度Y的非线性变换。白色材料是a*b*图的原点。

CIELUV均匀色空间对确定光源的颜色来说是有用的。光源制造商通常会研究光源的颜色，与发射光通量的研究相独立。色度在色度图u′，v′中测量，它是色度图x，y的投影（见图7-6）。

最近，CIE提出了CIECAM色貌模型，用于预测环境中被替换颜色的色貌。

图7-4 XYZ空间中的颜色表示法。等能量白点位于色度图的中点（见彩页）

图7-5 自然光在CIE色度图x，y上的定位（见彩页）

7.2.1.1 色温

白光与日光有关，因为自然光遵循严格定义的变化规律，它的颜色和光谱是密切相关的。日光的色调变化几乎与“黑体”（也称为“普朗克辐射体”）的色调变化完全相同。

黑体是一种理论上的辐射源，它的特性是反射所有接受的能量。预测辐射的物理定律是众所周知的。由于辐射只与温度有关，所以知道了温度就能掌握辐射的发射光谱和色调。

通过比较自然光的色调和不同温度下黑体发射的理论色调，就能建立一种测量白色光源色调的方法。所有的白色光源都具有相关色温（Correlated Color Temperature，CCT），单位是开尔文（绝对温标，与摄氏温标的关系是0℃=273K）（见表7-1）。

图7-6 x，y色度图（左图）中和u，v均匀色度图（右图）中的普朗克轨迹和日光轨迹

表7-1 光源与相关色温

例如，标准的白炽灯发出CCT接近2500K的白光；直射日光的CCT接近5000K；北方阴天的天空色温接近6500K；“暖白”荧光灯管发光的CCT为3000K；“冷日光白”荧光灯发光的CCT接近4000K。应注意暖色对应着较低的相关色温，而冷色的CCT较高。

7.2.1.2 自然光光谱模型

比色法中[SCH 07]，Judd及其合作者于1964年详细论述了日光的色相。

1）日光色相的色度在和普朗克光谱在色度x，y坐标中是极为相似的抛物线（见图7-6），它与CCT有关。

若

若CCT高于7000K且低于25000K，则公式为

于是可推出y_D：

2）日光能相的光谱分布可用3个主要分向量S₀（λ）、S₁（λ）和S₂（λ）表示（见图7-7）：

S（λ）=S₀（λ）+M₁S₁（λ）+M₂S₂（λ）（7-5）

式中，M₁和M₂由日光色相的三原色坐标决定，它们的表达式如下：

文献还利用表格给出了向量S₀（λ）、S₁（λ）和S₂（λ）每隔10nm的取值。

图7-7 用于日光色相计算的基向量S₀（λ）、S₁（λ）和S₂（λ）