顏色測量基本原理及行業發展歷史
2020-09-08
不同的環境下,人們對于產品顏色的感知是有很大區別的,對于顏色要求比較高的行業而言,想要評定產品的顏色,就需要對其外觀顏色進行測量。
認識顏色測量的重要性:
我們生活的環境充滿了豐富的色彩,為了讓產品更加具有吸引力,就會制造成各種獨特的顏色。不過顏色是一種人們主觀評價的心理物理量,人們對顏色的感知是通過人眼接收物體反射或透射的光信號,結合自身對顏色的認知記憶來進行判斷的。
顏色特性是可以有三個變量函數來進行確定,這就是顏色的三要素:明度、色調、色飽和度。光源的顏色是有光源的光譜分布決定的,而物體顏色由物體表面的光譜特性決定的,但是對于人們觀察到的物體顏色來說,即使是物體表面光譜特性相同的物體,由于觀察環境的差異以及心理因素的影響,也會導致我們評定物體表面顏色出現偏差。
因此,對于顏色要求比較高的行業來說,想要準確的評定物體的顏色,就需要在統一的光源條件下進行檢測。專用的顏色檢測儀器可以模擬人眼看色過程,并且減小人為因素的干擾,從而提高顏色測量的客觀性及準確性。所以,許多行業就會使用分光測色儀來識別、配制、測量和溝通顏色。通過比較樣品和標準,它們可以辨別出更加細微的色差。無論是概念設計、顏色配制還是生產,分光測色儀在所有顏色管理工作流程中都發揮著無可估量的作用。
顏色測量行業的發展歷史:
那么您是否想過,這樣精密的顏色測量儀器,是如何研發出來的呢?今天,我們就將回到過去,了解眾多從事顏色測量設備相關研究和實驗的科學巨匠,以及顏色測量的有關理論。
艾薩克·牛頓:光的多種顏色
盡管人類已經模糊地認識到光至少是形成色彩的部分原因,但最終是艾薩克·牛頓(1642-1727)使用玻璃棱鏡證明了一束白光可以被分成可見光譜。他在實驗中通過折射和彎曲光線,將其分成單色光,為我們提供了一種描述我們可見顏色范圍的有意義的方式,即ROYG.BIV-紅色,橙色,黃色,綠色,藍色,靛藍和紫色。
基于這種認知,牛頓開發了NewtonColorCircle(牛頓色環),開始對互補色和加色混合進行有趣的研究。
托馬斯·楊:人眼混合感知色彩
在19世紀早期,托馬斯·楊發表了他的觀點,即人眼包含三種不同類型的顏色感受器,分別用于混合紅色、綠色和藍色,從而創造出我們可以看到的各種顏色。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋:電磁能
19世紀60年代,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋通過證明紅色、綠色和藍色的組合可用于創造幾乎任何其他所需的顏色,將托馬斯·楊的思想進一步發揚光大。
雖然意識到無法使用三種基色組合形成整個色調范圍,但他很快就發現通過一些減法,就可以實現整個色域。今天,這種現象被稱為人類三色刺激反應。
雖然麥克斯韋并不是第一個提出光線“波動”論的人,但是他證明了光是電磁能量的一種形式,且波長范圍在380nm(紫色)到750nm(紅色)之間。如今我們可以在該范圍內用特定數字指定可見光譜的點,比牛頓的RoyG.Biv更精確!
那些波長小于380nm和大于750nm的光呢?麥克斯韋理論認為它們同樣存在,但是我們的眼睛看不到它們。今天我們知道波長大于750nm的是紅外線,小于380nm的是紫外線。
麥克斯韋還認識到,顏色的色調和飽和度(也被稱為彩度)與亮度無關,提前窺見了CIE色度圖中發展的內容。
Guild&Wright:色彩空間
在20世紀20年代晚期,W.DavidWright和JohnGuild繼續進行實驗,以評估看到可見光譜中任意一種顏色需要多少紅色、綠色或藍色光能。他們的研究顯示,可見光譜中顏色的波長與人眼可以感知的顏色之間存在聯系。
國際照明委員會(CIE)將Guild和Wright的研究發布為1931 RGB色彩空間,進而形成了CIE1931 XYZ色彩空間。雖然這些數學方程式幫助我們量化了人類對色彩的視覺反應,并且是顏色測量設備的基礎,但是科學家們很快就認識到這個由如此多綠色組成的二維模型并不完美。
理查德·亨特:L*a*b*
基于麥克亞當的研究,理查德·亨特在20世紀40年代創造了一種新的三刺激色彩模型。這個色彩空間(被他稱為L*a*b*)使用三個軸來表示感知色差的近似均勻間隔。垂直軸L表示亮度/暗度,白色為100,黑色為0,用于表示深色和淺色調之間的差異。水平軸a和垂直軸b代表主色軸,正a為紅色,負a為綠色;正b為黃色,負b為藍色。
通過這一顏色模型,亨特開發了一種在色彩空間中繪制精確顏色的方法,并使用DeltaE表征總色差。
31年后,CIE發布了一個更新的模型CIEL*a*b* 只對亨特的原始數學方法做了一些小改動。如今,它是報告色度值的推薦方法,也是我們許多顏色測量儀器使用的數學方法。
綜合來看,在顏色測量行業發展的今天,人們總結出,肉眼直接觀測顏色必須有三個條件:照明光源、物體和眼睛。同樣,對于測色儀器要得到測試結果,必須有三個條件:照明光源、被測樣品和傳感器。通過精密的光電儀器,來測量材料表面的光譜特性從而轉換成顏色數據的測量,結合上面的顏色測量理論、色度模型,就可以計算出顏色的三刺激值,從而判斷試樣與標樣的色差狀況。