颜色测量的方式和几何条件简介

前面内容给出了基于客观物体的光谱特性，以及人眼的生理和心理特性所形成的颜色量化方法，即CIE色度系统。这一量化的实现，自然离不开仪器，离不开测量。下面就颜色测量仪器的特征及其选择方法进行介绍。

1.光电色度计和分光光度计

测量什么？怎么测量？这是颜色测量的基础和仪器设计的出发点。不难看出，公式（2-6）所表示的三刺激值X、Y、Z是颜色量化的最基本公式，成为测量内容和仪器设计的着眼点。

首先，公式（2-6）是个积分式。仪器获得这个积分值的方式有两种：一种方式是通过响应元件的特性控制，使响应结果直接对应积分值，则直接得到了色光的三刺激值，这种颜色测量仪器通常称为光电色度计；另一种方式则是通过测量积分式中未知的光谱特征量，如颜色刺激Sv（λ），然后计算得到三刺激值，相对应的仪器称为分光光度计。

其次，在公式（2-6）中，根据其不同的形成过程，Sv（λ）对应着不同的情况。对于自发光的情况，Sv（λ）可代表光源的色光，也可代表显示器等发出的色光；对于非发光物体，则有Sv（λ）=S（λ）β（λ）或Sv（λ）=S（λ）τ（λ），β（λ）和τ（λ）分别对应反射物体的光谱反射因数和透射物体的光谱透射因数。

同样，对于非发光物体的颜色测量，也有光电色度式和分光光度式两类。在分光光度式中，仪器实质上测量的是物体的光谱反射因数或光谱透射因数，其后，通过计算得到物体的三刺激值等颜色量。

光电色度式和分光光度式两类仪器都在使用，但后者的精度较高，为用户首选。

2.颜色测量的几何条件

除了上面谈到的测色方式外，还有一个问题也是颜色测量中必须考虑的，那就是颜色形成中各个物体因素间的相对位置关系。

生活中有这样的经验：对多数物体，当照明光的角度改变，或观看方向变化时，它的颜色也随之变化，因为物体透过或反射的光的光谱特性会随方向而变化。因此，在颜色观测以及测量颜色的仪器设计中都必须考虑光源、样品和接受器之间的位置关系，称为照明和接收的几何条件。

为了使颜色评价和测量结果在不同部门间具有可比性，必须标准化测量的几何条件。

针对反射样品的颜色测量，CIE推荐的几何条件主要分为两类：

（1）定向型几何条件

可设计与样品表面法线成45°方向照明、0°方向接收，以及相反的过程，分别记为45x/0和0/45x几何条件。如图2-5（a）、（b）所示。

这样设计是因为人们在观察物体时，一般喜欢将样品表面的镜面反射光排除（镜面反射光可冲淡颜色的饱和度），这样可以获得有关颜色的最多信息。45°与0°的方向组合排除了镜面反射光，可使测量结果与目视评价有较好的相关性。对于诸如铜版纸印刷、银盐照片，以及照片级打印等高光泽和中等光泽的样品，这种相关性更加突出，因而多在印刷和影像行业中采用。

但是，这种单一的45°方向条件对样品表面结构（如纹理特征）的方向性比较敏感，会造成测试结果的不确定性。为了减少这种影响，在45°方向上可使用环形照明或环形接收，分别记为45a/0和0/45a，如图2-5（c）、（d）所示。

图2-5　反射样品颜色测量的几何条件(www.xing528.com)

（2）漫射型几何条件

基于漫射型几何条件设计的测色仪器，使用积分球，由所有方向照明或由所有方向接收。主要包括漫射照明、8°方向接收，以及相反的过程，分别记为di/8和8/di，如图2-5（e）、（f）所示。这其中，又分为包含镜面反射光成分和排除镜面反射光成分两种情况，di/8和8/di为包含镜面反射光的情况，而图2-5（g）、（h）为排除镜面反射光的情况，分别记为de/8和8/de。

上面没有把互换方向区别对待，因为实际中所用到的一般材料，两者具有类似的性质和结果。对于特殊的材料，如荧光材料，几何条件是不能互换的。

CIE推荐的透射材料的颜色测量几何条件共有六种，如图2-6所示。

图2-6（a）为0°照明、0°接收；图2-6（b）为漫射照明、0°接收，包括规则透射成分；图2-6（c）则为漫射照明、0°接收，排除规则透射成分；2-6（d）为0°方向照明、漫透射接收，包括规则透射成分；2-6（e）则为0°方向照明、漫透射接收，排除规则透射成分；2-6（f）为漫射照明、漫透射接收。

图2-6　透射样品颜色测量的几何条件

3.几何条件的选择

在多媒体的色彩管理技术中，常要涉及多种材质和表面特性的反射样品和显示屏为代表的透光材料，这些样品的颜色测量结果要与目视评价具有好的相关性。一般应考虑下面的内容：

（1）样品的表面特性

光泽和纹理是材料主要的特性表面。如前所述，对于光泽较明显的材料，应排除镜面反射光的影响。一般来说，定向型的几何条件排除镜面反射成分彻底，在印刷、影像行业常被选用，且最好选择45°的环形条件。

对于光泽度很低的材料，镜面反射成分很少，可选择漫射型几何条件，可用于毛面纸、塑料、涂料、布面等颜色的测量。

（2）被测样品的性质

现在，作为硬拷贝输出的印刷、打印用纸张中，常加入荧光材料。用积分球测量含有荧光材料的样品时，照明光束的光谱功率分布会被样品的反射和发射光改变，所以，最好选用定向型几何条件。

此外，金属漆和珠光漆目前也常见于印刷及汽车行业。它们的颜色特性与一般吸收漆不同，在与镜面反射方向不同的夹角方向上反射光的光谱功率分布不同，无论是目测观测，还是仪器测量，结果都会有很大的变化，因此，其颜色特性与几何条件有更大的依赖关系。对这类样品色，常选用具有5个不同接收方向的多角度几何条件测量。目前的色彩管理体系中，还没有引入这样的颜色控制方式，因此不能应对含有该种颜色样品的体系。

（3）行业差异

不同行业都有自己的行业标准和习惯，应当遵守。色彩管理技术所用到的颜色测量仪器，为不同材料的样品提供了应用测量条件。在可选的情况下，要根据行业标准和颜色样品的特性加以合理选择。