光電積分式測色儀器的原理及盧瑟條件
2024-03-26
光電積分式測色儀器是一種常見的測色儀器,它利用儀器內部的標準光源照明被測物體,在整個可見光波長范圍內進行一次積分測量,得到透射或反射物體色的三刺激值和色品坐標,并通過專用微機系統給出兩個被測樣品之間的色差值。本文對的原理及盧瑟條件做了介紹。
光電積分式測色儀器的原理介紹:
顏(yan)色并不是物(wu)質的(de)(de)固有特(te)性(xing),顏(yan)色既(ji)與物(wu)質本身(shen)的(de)(de)分光特(te)性(xing)等有關(guan)(guan),又與照明條(tiao)件(jian),觀測條(tiao)件(jian),觀察(cha)者的(de)(de)視(shi)覺特(te)性(xing)等有關(guan)(guan)。顏(yan)色是一種受物(wu)理學(xue)、視(shi)覺生理學(xue)、心理學(xue)影響的(de)(de)綜合量(liang),顏(yan)色測量(liang)是建(jian)立在(zai)以(yi)上(shang)認(ren)識的(de)(de)基礎上(shang)的(de)(de)。
物(wu)(wu)(wu)體在不同的(de)(de)光(guang)源下呈現不同的(de)(de)顏(yan)色(se),因此測(ce)色(se)時首先(xian)要(yao)決定用(yong)什么光(guang)源。如下圖所示(shi)顏(yan)色(se)測(ce)量(liang)過程。S(λ)光(guang)源的(de)(de)光(guang)譜(pu)功(gong)率分(fen)布(bu);ρ(λ)或τ(λ)是待(dai)測(ce)物(wu)(wu)(wu)體的(de)(de)光(guang)譜(pu)反射(she)(she)或透射(she)(she)曲線;把(ba)待(dai)測(ce)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)光(guang)譜(pu)反射(she)(she)曲線的(de)(de)高度在每(mei)個波長(chang)上(shang)相乘(cheng),得到ρ(λ)xS(λ)曲線,它(ta)表明該(gai)光(guang)源中(zhong)每(mei)個波長(chang)的(de)(de)能(neng)量(liang)從樣(yang)品上(shang)反射(she)(she)回來的(de)(de)數(shu)量(liang)稱(cheng)為顏(yan)色(se)刺(ci)激函數(shu),用(yong)φ(λ)表示(shi)。再將(jiang)ρ(λ)xS(λ)曲線高度各自乘(cheng)以代表人眼平均彩(cai)色(se)視覺功(gong)能(neng)的(de)(de)光(guang)譜(pu)三(san)(san)刺(ci)激值(zhi)X(λ)、Y(λ)、Z(λ),得到的(de)(de)三(san)(san)條曲線下面的(de)(de)面積就是待(dai)測(ce)物(wu)(wu)(wu)體顏(yan)色(se)的(de)(de)三(san)(san)刺(ci)激值(zhi)。
物體顏(yan)色(se)可由它的(de)三刺(ci)激(ji)值(zhi)(zhi)表示(shi),顏(yan)色(se)三刺(ci)激(ji)值(zhi)(zhi)的(de)計算(suan)方法是(shi)由顏(yan)色(se)刺(ci)激(ji)函數分(fen)別乘(cheng)以CIE 光譜三刺(ci)激(ji)值(zhi)(zhi),并在(zai)整個可見光譜范圍內分(fen)別對這些乘(cheng)積進行積分(fen)。三刺(ci)激(ji)值(zhi)(zhi)的(de)標準(zhun)方程是(shi):
式中,顏色(se)刺(ci)激函數(shu)由φ(λ)對(dui)于(yu)(yu)(yu)測定(ding)光源色(se)時,φ(λ)=S(λ);對(dui)于(yu)(yu)(yu)反射(she)體時,φ(λ)=ρ(λ)S(λ);對(dui)于(yu)(yu)(yu)透射(she)體φ(λ)=τ(λ)Sλ。K是(shi)歸一化系(xi)數(shu),定(ding)義為使(shi)完全漫反射(she)體測定(ding)結果的Y值等(deng)(deng)于(yu)(yu)(yu)100,即(ji)光源的Y值等(deng)(deng)于(yu)(yu)(yu)調(diao)整為100而設的系(xi)數(shu)。其(qi)表達式如下:
光電積分式測色儀器的盧瑟條件介紹:
光(guang)(guang)電(dian)測色(se)(se)儀是仿照人(ren)眼(yan)感色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)原理原理制成的(de)(de)(de)(de)(de),采用了能(neng)感覺(jue)紅、綠、藍三種顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)受光(guang)(guang)器,將各自所感受光(guang)(guang)電(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)電(dian)流(liu)加以(yi)放大處理,得(de)出各色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)刺激量(liang),從而獲得(de)這(zhe)(zhe)(zhe)一顏(yan)色(se)(se)信號。這(zhe)(zhe)(zhe)里(li)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)受光(guang)(guang)器是在可見光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)段(duan)中,具有平(ping)坦的(de)(de)(de)(de)(de)感受特(te)性的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)電(dian)二極管(硅系(xi))和能(neng)平(ping)坦地修正(zheng)光(guang)(guang)譜敏感度特(te)性的(de)(de)(de)(de)(de)慮色(se)(se)器和能(neng)調(diao)整到符合(he)人(ren)眼(yan)色(se)(se)覺(jue)的(de)(de)(de)(de)(de)慮色(se)(se)鏡(jing)。這(zhe)(zhe)(zhe)里(li)重要的(de)(de)(de)(de)(de)是三塊濾色(se)(se)鏡(jing)能(neng)符合(he)人(ren)眼(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)覺(jue)程度,這(zhe)(zhe)(zhe)種相互一致的(de)(de)(de)(de)(de)條件稱為盧瑟條件。
盧(lu)瑟(se)(se)條(tiao)件最(zui)常用(yong)(yong)的修(xiu)(xiu)正(zheng)方法是(shi)預先(xian)(xian)準備顏色(se)穩(wen)定(ding)(ding)的若干色(se)板作(zuo)為標準色(se),用(yong)(yong)最(zui)接(jie)近式樣(yang)顏色(se)的色(se)板進行測定(ding)(ding)并根據光電測色(se)儀的測定(ding)(ding)值,與(yu)用(yong)(yong)分(fen)光光度(du)(du)計預先(xian)(xian)求得的標準差值進行修(xiu)(xiu)正(zheng)。在光電測色(se)儀上(shang)接(jie)上(shang)專用(yong)(yong)計算機,預先(xian)(xian)準備在各波段中(zhong)修(xiu)(xiu)正(zheng)盧(lu)瑟(se)(se)條(tiao)件的程序,可以使工作(zuo)效率(lv)提高,復(fu)雜程度(du)(du)減少,同時將各個濾色(se)鏡進行修(xiu)(xiu)正(zheng)。
物(wu)體在10°視場、D65光源照射下,物(wu)體顏(yan)色三(san)(san)刺(ci)激值X、Y、Z由三(san)(san)刺(ci)激值標(biao)準方程式可推導(dao)出如(ru)下計算公式:
設(she)計三組接收器(qi)使它(ta)模(mo)擬人眼(yan)的(de)X、Y、Z三個(ge)感光(guang)機構,把(ba)人眼(yan)所(suo)接受(shou)的(de)刺激用三組接收器(qi)所(suo)產生的(de)光(guang)電(dian)(dian)流(liu)(liu)表(biao)示,則可(ke)以(yi)確(que)定物體的(de)顏色。在用某(mou)測色系(xi)統中,光(guang)源S(λ)按(an)照一(yi)定的(de)角度照射物體,用光(guang)電(dian)(dian)元件和濾色器(qi)配合的(de)接收器(qi)在一(yi)定方向接收,則接收器(qi)上產生對應的(de)光(guang)電(dian)(dian)流(liu)(liu):
式(shi)中:τX(λ)、τY(λ)、τZ(λ)——儀器(qi)特(te)定濾色器(qi)的光(guang)(guang)譜透(tou)過(guo)率;γ(λ)——儀器(qi)探測器(qi)的相對光(guang)(guang)譜響(xiang)應度。比較(jiao)上面的式(shi)子(zi),如果滿足下列條(tiao)件即盧瑟條(tiao)件(Luther condition):
式中Kx、Ky、Kz是與波(bo)長無關的常數,則測色(se)儀(yi)的總靈敏度特性與CIE規定的標準觀察者的X、Y、Z一致(zhi),物體顏色(se)三刺激值正比于光電流數值。
儀(yi)(yi)器(qi)(qi)符(fu)合盧瑟(se)條(tiao)(tiao)(tiao)件的(de)完善(shan)程度(du),決(jue)定(ding)了(le)儀(yi)(yi)器(qi)(qi)的(de)測(ce)量精度(du)。為了(le)減少由于(yu)盧瑟(se)條(tiao)(tiao)(tiao)件不(bu)夠滿足而導致的(de)測(ce)色(se)誤差,應為儀(yi)(yi)器(qi)(qi)配備適當的(de)專(zhuan)用(yong)工(gong)作色(se)板,用(yong)來(lai)分別校正儀(yi)(yi)器(qi)(qi)。對于(yu)滿足盧瑟(se)條(tiao)(tiao)(tiao)件的(de)儀(yi)(yi)器(qi)(qi),僅配上工(gong)作白板即(ji)可。而對于(yu)偏離盧瑟(se)條(tiao)(tiao)(tiao)件較(jiao)嚴重的(de)儀(yi)(yi)器(qi)(qi),應配足能(neng)覆蓋(gai)相(xiang)應測(ce)色(se)范圍的(de)專(zhuan)用(yong)工(gong)作色(se)板。