顏色測量基本原理及行業(yè)發(fā)展歷史
2020-09-08
不同的環(huán)境下,人們對于產(chǎn)品顏色的感知是有很大區(qū)別的,對于顏色要求比較高的行業(yè)而言,想要評定產(chǎn)品的顏色,就需要對其外觀顏色進(jìn)行測量。
認(rèn)識顏色測量的重要性:
我們生活的環(huán)境充滿了豐富的色彩,為了讓產(chǎn)品更加具有吸引力,就會制造成各種獨(dú)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(jié)合自身對顏色的認(rèn)知記憶來進(jìn)行判斷的。
顏色特性是可以有三個變量函數(shù)來進(jìn)行確定,這就是顏色的三要素:明度、色調(diào)、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(huán)境的差異以及心理因素的影響,也會導(dǎo)致我們評定物體表面顏色出現(xiàn)偏差。
因此,對于顏色要求比較高的行業(yè)來說,想要準(zhǔn)確的評定物體的顏色,就需要在統(tǒng)一的光源條件下進(jìn)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(zhǔn)確性。所以,許多行業(yè)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(biāo)準(zhǔn),它們可以辨別出更加細(xì)微的色差。無論是概念設(shè)計(jì)、顏色配制還是生產(chǎn),分光測色儀在所有顏色管理工作流程中都發(fā)揮著無可估量的作用。
顏色測量行業(yè)的發(fā)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(fā)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(shè)備相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)的科學(xué)巨匠,以及顏色測量的有關(guān)理論。
艾薩克·牛頓:光的多種顏色
盡管人類已經(jīng)模糊地認(rèn)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(shí)驗(yàn)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(lán)色,靛藍(lán)和紫色。
基于這種認(rèn)知,牛頓開發(fā)了NewtonColorCircle(牛頓色環(huán)),開始對互補(bǔ)色和加色混合進(jìn)行有趣的研究。
托馬斯·楊:人眼混合感知色彩
在19世紀(jì)早期,托馬斯·楊發(fā)表了他的觀點(diǎn),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(lán)色,從而創(chuàng)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(jì)60年代,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋通過證明紅色、綠色和藍(lán)色的組合可用于創(chuàng)造幾乎任何其他所需的顏色,將托馬斯·楊的思想進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大。
雖然意識到無法使用三種基色組合形成整個色調(diào)范圍,但他很快就發(fā)現(xiàn)通過一些減法,就可以實(shí)現(xiàn)整個色域。今天,這種現(xiàn)象被稱為人類三色刺激反應(yīng)。
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(nèi)用特定數(shù)字指定可見光譜的點(diǎn),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(rèn)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(rèn)識到,顏色的色調(diào)和飽和度(也被稱為彩度)與亮度無關(guān),提前窺見了CIE色度圖中發(fā)展的內(nèi)容。
Guild&Wright:色彩空間
在20世紀(jì)20年代晚期,W.DavidWright和JohnGuild繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),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(lán)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(lián)系。
國際照明委員會(CIE)將Guild和Wright的研究發(fā)布為1931 RGB色彩空間,進(jìn)而形成了CIE1931 XYZ色彩空間。雖然這些數(shù)學(xué)方程式幫助我們量化了人類對色彩的視覺反應(yīng),并且是顏色測量設(shè)備的基礎(chǔ),但是科學(xué)家們很快就認(rèn)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(dāng)?shù)难芯?,理查德·亨特?0世紀(jì)40年代創(chuàng)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(diào)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(fù)a為綠色;正b為黃色,負(fù)b為藍(lán)色。
通過這一顏色模型,亨特開發(fā)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(fā)布了一個更新的模型CIEL*a*b* 只對亨特的原始數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)方法。
綜合來看,在顏色測量行業(yè)發(fā)展的今天,人們總結(jié)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(jié)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(zhuǎn)換成顏色數(shù)據(jù)的測量,結(jié)合上面的顏色測量理論、色度模型,就可以計(jì)算出顏色的三刺激值,從而判斷試樣與標(biāo)樣的色差狀況。