光譜儀應用之顏色測量
“ 顏色,是我們感知世界的重要方式。從時(shí)尚設計到工業(yè)生產(chǎn),從環(huán)境監測到科研探索,準確捕捉和測量色彩的能力至關(guān)重要。光譜儀,***種能夠測量物質(zhì)對特定波長(cháng)光吸收或反射的儀器,已成為顏色測量領(lǐng)域不可或缺的工具。它通過(guò)分析光的光譜分布,為我們揭示了顏色背后的科學(xué)秘密。 “ ***、顏色測量的理論
物體的顏色取決于其對光的選擇性吸收,當光照射到物體表面時(shí),物體會(huì )反射特定波長(cháng)范圍的光,并吸收其余波長(cháng)范圍的光,這些光將以顏色信息被我們接收。為使各個(gè)領(lǐng)域都有統***的顏色標準,***際照明委員會(huì )(CIE)于1931年提出的標準色彩系統CIE 1931[1],它采用了XYZ色彩空間和標準觀(guān)察者來(lái)描述和測量顏色,并繪制了色度圖用于直觀(guān)表示顏色的分布和混合關(guān)系,如圖1(a)所示,對色彩管理、顯示技術(shù)和照明設計等領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠影響。
圖1 (a)CIE 1931色彩空間;(b)CIE 1976 L*a*b*顏色空間。 為提供***個(gè)更均勻、更準確的色彩空間,CIE于1976年正式推薦了兩個(gè)改進(jìn)的均勻顏色空間,即CIE 1976 L*u*v*顏色空間和CIE 1976 L*a*b*顏色空間[2],該系統通過(guò)數學(xué)方法從CIE XYZ系統轉換而來(lái),旨在提供***個(gè)更均勻、更準確的色彩空間,以更好地代表人類(lèi)在各種照明條件下對顏色的感知。CIE L*a*b*空間由L*(心理明度)、a*(紅綠軸心理色度)、b*(黃藍軸心理色度)三個(gè)坐標構成,形成了三維色品圖,如圖1(b)所示。該空間及其色差公式(如ΔEab)已被廣泛應用于印刷、紡織、化妝品等行業(yè),用于色彩管理和測量,以提高顏色匹配和色彩復制的準確性。 二、光譜儀進(jìn)行顏色測量的原理 物體表面的顏色本質(zhì)上由其可見(jiàn)光光譜反射率決定,這***特性具有唯***性,可避免同色異譜現象,確保顏色的準確再現。通過(guò)反射率測量系統獲得的反射率圖譜,即可準確捕捉物體的顏色信息。光譜儀可通過(guò)高精度的分光技術(shù),將入射光束分解為***系列單***波長(cháng)的光,并量化每種波長(cháng)的光強度,然后與標準光源下的顏色標準進(jìn)行對比分析,利用這些測量數據,光譜儀能夠計算出顏色的三刺激值,例如RGB或CIE XYZ色度空間的坐標。這些數值隨后被轉換成與人類(lèi)視覺(jué)感知相對應的顏色空間坐標,如CIE 1931 XYZ或CIELAB,從而實(shí)現對顏色參數的精確量化。這些參數包括但不限于色度坐標、色溫(CCT)、飽和度以及色差(ΔE),為顏色的科學(xué)分析和質(zhì)量控制提供了堅實(shí)的數據基礎。 ***般來(lái)說(shuō),固體和粘稠液體的顏色測量可以通過(guò)不同的實(shí)驗布局來(lái)實(shí)現,如通過(guò)反射探頭或積分球。對于不同的應用,如測量紡織品、紙張、水果、酒類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)羽毛等顏色則需要使用不同的探頭來(lái)實(shí)現。
圖2 使用光譜儀進(jìn)行顏色測量示意圖
三、應用領(lǐng)域 光譜儀可以通過(guò)測量光的光譜分布來(lái)分析和評估顏色特性,在照明行業(yè)、紡織和服裝行業(yè)、化妝品行業(yè)、食品和農業(yè)、藝術(shù)和文化遺產(chǎn)保護等領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛的應用。光譜儀在顏色測量中的關(guān)鍵優(yōu)勢在于其高精度和高重復性,能夠提供詳細的光譜信息,為顏色分析和控制提供了可靠的數據支持。 1 色度測量:光譜儀可以測量光源或物體反射的光譜功率分布(SPD)。利用CIE色度系統,可以將SPD轉換為色度坐標(如CIE 1931 xy色度圖上的x和y值)。這些色度坐標可以用來(lái)計算色溫、色偏差、飽和度等顏色參數。 2 色彩再現指數(CRI)評估:CRI是衡量光源再現標準顏色樣品顏色能力的指標。光譜儀測量光源照射下標準顏色樣品的反射光譜。通過(guò)比較樣品在測試光源和參考光源下的色度差異,計算CRI值。 3 顏色均勻性和***致性測試:在生產(chǎn)過(guò)程中,需要確保產(chǎn)品顏色的***致性和均勻性。光譜儀可以測量不同位置或批次產(chǎn)品的光譜,以評估顏色的***致性。 4 顏色配方開(kāi)發(fā):在涂料、油墨、塑料等行業(yè),需要根據目標顏色開(kāi)發(fā)顏色配方。光譜儀測量不同配方的光譜,幫助優(yōu)化顏色配方,達到目標顏色。 5 顏色科學(xué)研究:光譜儀用于研究顏色視覺(jué)感知、顏色理論、顏色心理效應等。它還可以用于研究新材料的顏色特性,如熒光材料、發(fā)光二極管等。 6 光源特性分析:光譜儀測量光源的SPD,分析其光譜特性,如色溫、顯色性、光效等。對于LED光源,光譜儀可以評估其光譜功率分布與顏色性能。 7 環(huán)境光顏色測量:在建筑照明、室內裝飾等領(lǐng)域,光譜儀用于測量環(huán)境光的顏色特性。這有助于設計和評估照明效果,創(chuàng )造舒適的視覺(jué)環(huán)境。 四、應用案例 在顏色測量領(lǐng)域,光譜儀被廣泛的用于評估和分析光源的顏色性能。近期,Ying Lv等人[3]使用由提供的XS11639光譜儀進(jìn)行了新型高效、寬帶青色發(fā)光的熒光粉的研究,在365 nm光激發(fā)下,實(shí)現從390~675 nm的寬泛青色發(fā)射帶,有效覆蓋了可見(jiàn)光譜中的藍-青-綠區域,配合商用橙紅色熒光粉可產(chǎn)生明亮的全可見(jiàn)光譜白光,具有相當的光效(61.02 lm·W-1)和高顯色指數(Ra = 89),在高質(zhì)量白色照明光源中展現出巨大的應用潛力。
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