顏色測量方法及其局限性
發布時間：2024-03-25 點擊：115
顏色測量的根本任務是測定色刺激函數φ(λ)，對于光源的測量，實際上是要測定光源的相對光譜功率分布p(λ)；對于物體色的測量，則是測定物體的光譜光度特性，如反射物體的光譜輻亮度因數β(λ)和光譜反射比p(λ)、透射物體的光譜透射比τ(λ)等。在測得了色刺激函數φ(λ)之后，就可以根據色度學的三個基本方程求出被測顏色的cie三刺激值x、y、z，將所選擇的標準照明體的y值調整到100。
顏色測量包括光源顏色的測量與物體色的測量兩大類。物體色測量又分為熒光物體測量和非熒光物體測量。在實際生產和日常生活中，涉及到大量的非熒光物體測色顏色測量的方法分為目視測色和儀器測色兩大類。其中，儀器測色又包括密度法、光電積分法和分光光度法。
一、目視法
目視法是一種傳統的顏色測量方法。它是一種完全主觀評價方法，同時也是最簡單的一種方法。它將印刷品與標準樣張直接進行人為比對，評價印刷品與標準樣張呈色差異，同時還借助放大鏡來細微地觀察各色網點的形狀和疊印狀況，對網點的調值作定性評估。其實質是一種目視光度測定法，原理是利用加色混合定律，將各個分量的未知色加在一起，以描述所得的未知色。雖然對于色彩評價來說最可靠的方式是借助人眼，而且簡單靈活，但是由于觀測人員的經驗和心理、生理因素的影響，使得該方法可變因素太多，并且無法進行定量描述，從而影響到評估的準確性和可靠性。
二、密度檢測法
密度測量實際上并不直接測量密度值，只是測量反射光量和入射光量的大小，其中假設了反射光和密度計提供的光之間的差別是光的吸收量，也即印刷表面油墨層的吸收光量大小。密度測量考慮的是整個反射光譜的總體光量特性，實質上是評價印刷表面各色的亮度因數，而與色調無關。在彩色印刷中，印刷油墨呈色實際上就是，油墨印在反射率較高的白紙上，從照射其上的光線中選擇性地吸收了一部分波長的光，而反射剩余的光，此時密度反映了油墨對光波的吸收特性。習慣上所指的“彩色密度”是指測量時，通過紅、綠、藍三種濾色片分別來測量黃、品、青油墨的密度。密度只是物理吸收特性的度量，只表示黑或灰的程度。從這個意義上說彩色密度測量也只是黑度的測量，是同一種油墨飽和度的相對值的反映。密度測量法中使用的密度計有透射和反射兩種，透射密度計測量透過膠片的光量或透過率，反射密度計測量從測試表面反射的光量或反射率。由于印刷品上油墨膜層由濕到干過程中反射光的強弱是不一樣的，故測定密度有一定誤差，而加有偏振濾光鏡的密度計可以克服墨膜的干濕造成的密度變化。彩色反射密度計已經成為印刷車間不可或缺的工具，它直觀地反映了c、m、y、k四色印刷的密度、網點百分比、油墨疊印率等，被廣泛用于顏色和墨層厚度控制當中。
三、光電積分法
長期以來，密度法在顏色測量中占有很高的地位，但是隨著cie1976l，a，b的應用逐漸普遍，并已遍及從印前到印刷的整個工作流程，以及密度測量已不足以滿足印刷或其它行業的需要，人們越來越意識到色度的重要性，并且現代色度學的迅速發展也為光電積分儀器客觀地評價顏色奠定了基礎。
光電積分法是20世紀60年代儀器測色中采用的常見方法。它不是測量某一波長的色刺激值，而是在整個測量波長區間內，通過積分測量測得樣品的三刺激值x、y、z，再由此計算出樣品的色品坐標等參數。通常用濾光片覆蓋在探測器上，把探測器的相對光譜靈敏度s(λ)修正成cie推薦的光譜三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)。用這樣的三個光探測器接收光刺激時，就能用一次積分測量出樣品的三刺激值x、y、z。濾光片需滿足盧瑟條件，以精確匹配光探測器。
此類型儀器的測色準確度是與儀器符合盧瑟條件的程度有直接關系的，要做到完全符合上述條件是很困難的。在實際的濾色修正中，由于色玻璃的品種有限，儀器不可能完全符合盧瑟條件，只能近似符合應用部分濾光片法可使x(λ)和z(λ)曲線的匹配積分誤差小于2%，y(λ)曲線的匹配積分誤差小于0.5%。
光電積分式儀器不能精確測量出色源的三刺激值和色品坐標，但能準確測出兩個色源的色差，因而又被稱為色差計。國外色差計從上世紀60年代開始大量生產，如日本美能達臺式色差儀cr-400/410、色彩色差計cr-321。我國從上世紀80年代初開始研制這類儀器，現在已使用比較好的有北京光學儀器廠生產的tg-piig全自動測色色差計，但和國外相比，我國研制的不同色差計的一致性不夠。彩色亮度計也是一種光電積分式儀器，通過望遠鏡系統對遠距離目標進行顏色參數測量。
四、分光光度法
分光光度法又叫測色光譜光度計，它是通過樣品反射(透射)的光能量與同樣條件下標準反射(透射)的光能量進行比較得到樣品在每個波長下的光譜反射率，然后利用cie提供的標準觀察者和標準光源按如下公式計算，從而得到三刺激值x、y、z，再由x、y、z按cieyxy，cielab等公式計算色品坐標x．y，cielab色度參數等。
它通過探測樣品的光譜成分確定其顏色參數，不僅可以給出x、y、z的絕對值和色差值△e，還可以給出物體的分光反射率值，并可以畫出物體色的分光反射率曲線。因此被廣泛用于顏色的配色及色彩分析中去，采用此類儀器可實現高準確度的色測量，可對光電積分測色儀器進行定標，建立色度標準等，故分光式儀器是顏色測量中的權威儀器。[next]
五、目前顏色測量方法的局限性
目前有許多關于顏色測量方法的學術報告，但是很多人只是一再介紹色度計的優點，使用的方便，測量結果與人眼的一致性，而很少有學者談及顏色測量儀器存在的缺陷。因此，本文最后簡單的舉例介紹一下目前使用的測量儀器的不足之處，希望能引起有關人員的注意，以此來推動顏色測量的進一步發展。
1.工作原理上的缺陷
光電積分儀器測色準確度是與儀器符合盧瑟條件的程度有直接關系的，但是完全絕對符合是達不到的，因而測量的結果會產生誤差。并且，不同型號、不同廠家的色度計在利用盧瑟條件模擬上會存在差別，因此可比性不強。
在分光光度法下，利用分光光度計的分光部分直接得出樣品在每個波長下的r(λ)，然后利用cie提供的標準觀察者x(λ)、y(λ)、z(λ)和標準光源s(λ)進行計算，從而得到x、y、z。在該方法下，由于須得到每個波長的反射率r(λ)的值。則該儀器的分光部分比較昂貴，操作、維修十分不便。不利于印刷質量的現場管理。此外，由于這類儀器主要以計算來進行，在某些光源（如d65）下算出的數據可能與實際觀察到的數據不符．因為d65光源并未實際投入使用。
2.測量上的缺陷
①需考慮背景時的情形。
在對印刷品進行質量管理的過程中，有時不得不考慮背景對顏色的影響。然而，在考慮背景的情況下，目前還無法對顏色做出正確的標定。例如一個紅樣品分別放在綠背景下和白背景下，如果此時用分光光度計(或色度計)進行測量，應該得出在兩個背景下的紅樣品的三刺激值相等，即顏色是互相匹配的。然而，實際上這完全是兩個不同的顏色。因此，目前的顏色測量儀器還不能對背景色所產生的影響進行定量的估計，這妨礙了它的應用范圍。
②對用uv油墨印刷的印刷品。
uv油墨目前在印刷業中也得到了廣泛的使用，這種油墨的紫外部分豐富，用不同的光源測出的結果差異很大，如何對這類顏色進行規范化的測量，國際上還沒有好的方法，問題在于沒有理想的光源存在。cie推薦d65可以作為對uv油墨印刷品的標定，因為該光源的紫外部分豐富。但由于該光源的光譜能量曲線十分復雜，難以用人工模擬。
③對于用微粒油墨印刷的印刷品。
微粒油墨目前也廣泛地應用于包裝印刷行業中，這類印刷品的最大特點是：當你從不同的角度去觀看樣品時，得到不同的顏色。顯然，對這類樣品用目前的顏色測量儀器(只能從一個方向進行測量)進行標定是不客觀的。最好的解決方法是在顏色測量儀器的所有方向上都安裝光接收器，以便對來自各個方向上的所有顏色分別進行標定。這樣儀器必須做得很龐大，價格也必然特別昂貴。
④對于透明介質的印刷品。
當光照射在該類印刷品上時，因光的透射以及反射的作用，會產生所謂的邊緣損耗。此時對于該類樣品進行正確的測量，需要特殊的照明與接收系統，即照明面積需遠大于接收面積，但現有的顏色測量儀器并沒有配備該類光學系統。
⑤在其它方面的不足。
顏色是評價印刷品質量的一個重要因素，但不是唯一因素。對印刷品進行客觀的評價時，還需要對其色澤感、手觸感、紋理感、顏色深淺的均勻性等做出綜合評價。但目前還沒有這樣具有智能性的顏色測量儀器出現。
3.與密度性測量儀器比較
近來，國內一些學者認為可以用色度儀器來完全取代密度計，這實際上是混淆了兩類儀器應用上的不同性質。在密度計上也采用了三個濾色片來分別測量黃、品、青油墨的值，但這一數值與由色度計給出的數值有著完全不同的含義。密度的大小直接反映了從印刷品、膠片反射的光量多少，因而從該數值可以直接判斷顏色的深淺、油墨的厚薄等等，這對于指導生產管理人員正確地加網、確定墨量、曝光量、水墨平衡等是至關重要的。相反，任何顏色測量儀器還不能做到這一點。因此，可以說顏色測量儀器與密度計在印刷生產中的兩個不同的階段分別發揮重要的作用，互相不能取代。即密度計的作用貫穿于實際生產環節，而顏色測量儀器在印刷成品的管理上作用重大。
通過上述的討論可以發現，盡管顏色測量儀器得到了廣泛的使用，發展迅速，但仍然存在很多缺陷，如果能對這些缺陷完全克服的話，那么它們在印刷領域中的應用將會有很大的飛躍，前途不可限量。
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顏色測量包括光源顏色的測量與物體色的測量兩大類。物體色測量又分為熒光物體測量和非熒光物體測量。在實際生產和日常生活中，涉及到大量的非熒光物體測色顏色測量的方法分為目視測色和儀器測色兩大類。其中，儀器測色又包括密度法、光電積分法和分光光度法。
一、目視法
目視法是一種傳統的顏色測量方法。它是一種完全主觀評價方法，同時也是最簡單的一種方法。它將印刷品與標準樣張直接進行人為比對，評價印刷品與標準樣張呈色差異，同時還借助放大鏡來細微地觀察各色網點的形狀和疊印狀況，對網點的調值作定性評估。其實質是一種目視光度測定法，原理是利用加色混合定律，將各個分量的未知色加在一起，以描述所得的未知色。雖然對于色彩評價來說最可靠的方式是借助人眼，而且簡單靈活，但是由于觀測人員的經驗和心理、生理因素的影響，使得該方法可變因素太多，并且無法進行定量描述，從而影響到評估的準確性和可靠性。
二、密度檢測法
密度測量實際上并不直接測量密度值，只是測量反射光量和入射光量的大小，其中假設了反射光和密度計提供的光之間的差別是光的吸收量，也即印刷表面油墨層的吸收光量大小。密度測量考慮的是整個反射光譜的總體光量特性，實質上是評價印刷表面各色的亮度因數，而與色調無關。在彩色印刷中，印刷油墨呈色實際上就是，油墨印在反射率較高的白紙上，從照射其上的光線中選擇性地吸收了一部分波長的光，而反射剩余的光，此時密度反映了油墨對光波的吸收特性。習慣上所指的“彩色密度”是指測量時，通過紅、綠、藍三種濾色片分別來測量黃、品、青油墨的密度。密度只是物理吸收特性的度量，只表示黑或灰的程度。從這個意義上說彩色密度測量也只是黑度的測量，是同一種油墨飽和度的相對值的反映。密度測量法中使用的密度計有透射和反射兩種，透射密度計測量透過膠片的光量或透過率，反射密度計測量從測試表面反射的光量或反射率。由于印刷品上油墨膜層由濕到干過程中反射光的強弱是不一樣的，故測定密度有一定誤差，而加有偏振濾光鏡的密度計可以克服墨膜的干濕造成的密度變化。彩色反射密度計已經成為印刷車間不可或缺的工具，它直觀地反映了c、m、y、k四色印刷的密度、網點百分比、油墨疊印率等，被廣泛用于顏色和墨層厚度控制當中。
三、光電積分法
長期以來，密度法在顏色測量中占有很高的地位，但是隨著cie1976l，a，b的應用逐漸普遍，并已遍及從印前到印刷的整個工作流程，以及密度測量已不足以滿足印刷或其它行業的需要，人們越來越意識到色度的重要性，并且現代色度學的迅速發展也為光電積分儀器客觀地評價顏色奠定了基礎。
光電積分法是20世紀60年代儀器測色中采用的常見方法。它不是測量某一波長的色刺激值，而是在整個測量波長區間內，通過積分測量測得樣品的三刺激值x、y、z，再由此計算出樣品的色品坐標等參數。通常用濾光片覆蓋在探測器上，把探測器的相對光譜靈敏度s(λ)修正成cie推薦的光譜三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)。用這樣的三個光探測器接收光刺激時，就能用一次積分測量出樣品的三刺激值x、y、z。濾光片需滿足盧瑟條件，以精確匹配光探測器。
此類型儀器的測色準確度是與儀器符合盧瑟條件的程度有直接關系的，要做到完全符合上述條件是很困難的。在實際的濾色修正中，由于色玻璃的品種有限，儀器不可能完全符合盧瑟條件，只能近似符合應用部分濾光片法可使x(λ)和z(λ)曲線的匹配積分誤差小于2%，y(λ)曲線的匹配積分誤差小于0.5%。
光電積分式儀器不能精確測量出色源的三刺激值和色品坐標，但能準確測出兩個色源的色差，因而又被稱為色差計。國外色差計從上世紀60年代開始大量生產，如日本美能達臺式色差儀cr-400/410、色彩色差計cr-321。我國從上世紀80年代初開始研制這類儀器，現在已使用比較好的有北京光學儀器廠生產的tg-piig全自動測色色差計，但和國外相比，我國研制的不同色差計的一致性不夠。彩色亮度計也是一種光電積分式儀器，通過望遠鏡系統對遠距離目標進行顏色參數測量。
四、分光光度法
分光光度法又叫測色光譜光度計，它是通過樣品反射(透射)的光能量與同樣條件下標準反射(透射)的光能量進行比較得到樣品在每個波長下的光譜反射率，然后利用cie提供的標準觀察者和標準光源按如下公式計算，從而得到三刺激值x、y、z，再由x、y、z按cieyxy，cielab等公式計算色品坐標x．y，cielab色度參數等。
它通過探測樣品的光譜成分確定其顏色參數，不僅可以給出x、y、z的絕對值和色差值△e，還可以給出物體的分光反射率值，并可以畫出物體色的分光反射率曲線。因此被廣泛用于顏色的配色及色彩分析中去，采用此類儀器可實現高準確度的色測量，可對光電積分測色儀器進行定標，建立色度標準等，故分光式儀器是顏色測量中的權威儀器。[next]
五、目前顏色測量方法的局限性
目前有許多關于顏色測量方法的學術報告，但是很多人只是一再介紹色度計的優點，使用的方便，測量結果與人眼的一致性，而很少有學者談及顏色測量儀器存在的缺陷。因此，本文最后簡單的舉例介紹一下目前使用的測量儀器的不足之處，希望能引起有關人員的注意，以此來推動顏色測量的進一步發展。
1.工作原理上的缺陷
光電積分儀器測色準確度是與儀器符合盧瑟條件的程度有直接關系的，但是完全絕對符合是達不到的，因而測量的結果會產生誤差。并且，不同型號、不同廠家的色度計在利用盧瑟條件模擬上會存在差別，因此可比性不強。
在分光光度法下，利用分光光度計的分光部分直接得出樣品在每個波長下的r(λ)，然后利用cie提供的標準觀察者x(λ)、y(λ)、z(λ)和標準光源s(λ)進行計算，從而得到x、y、z。在該方法下，由于須得到每個波長的反射率r(λ)的值。則該儀器的分光部分比較昂貴，操作、維修十分不便。不利于印刷質量的現場管理。此外，由于這類儀器主要以計算來進行，在某些光源（如d65）下算出的數據可能與實際觀察到的數據不符．因為d65光源并未實際投入使用。
2.測量上的缺陷
①需考慮背景時的情形。
在對印刷品進行質量管理的過程中，有時不得不考慮背景對顏色的影響。然而，在考慮背景的情況下，目前還無法對顏色做出正確的標定。例如一個紅樣品分別放在綠背景下和白背景下，如果此時用分光光度計(或色度計)進行測量，應該得出在兩個背景下的紅樣品的三刺激值相等，即顏色是互相匹配的。然而，實際上這完全是兩個不同的顏色。因此，目前的顏色測量儀器還不能對背景色所產生的影響進行定量的估計，這妨礙了它的應用范圍。
②對用uv油墨印刷的印刷品。
uv油墨目前在印刷業中也得到了廣泛的使用，這種油墨的紫外部分豐富，用不同的光源測出的結果差異很大，如何對這類顏色進行規范化的測量，國際上還沒有好的方法，問題在于沒有理想的光源存在。cie推薦d65可以作為對uv油墨印刷品的標定，因為該光源的紫外部分豐富。但由于該光源的光譜能量曲線十分復雜，難以用人工模擬。
③對于用微粒油墨印刷的印刷品。
微粒油墨目前也廣泛地應用于包裝印刷行業中，這類印刷品的最大特點是：當你從不同的角度去觀看樣品時，得到不同的顏色。顯然，對這類樣品用目前的顏色測量儀器(只能從一個方向進行測量)進行標定是不客觀的。最好的解決方法是在顏色測量儀器的所有方向上都安裝光接收器，以便對來自各個方向上的所有顏色分別進行標定。這樣儀器必須做得很龐大，價格也必然特別昂貴。
④對于透明介質的印刷品。
當光照射在該類印刷品上時，因光的透射以及反射的作用，會產生所謂的邊緣損耗。此時對于該類樣品進行正確的測量，需要特殊的照明與接收系統，即照明面積需遠大于接收面積，但現有的顏色測量儀器并沒有配備該類光學系統。
⑤在其它方面的不足。
顏色是評價印刷品質量的一個重要因素，但不是唯一因素。對印刷品進行客觀的評價時，還需要對其色澤感、手觸感、紋理感、顏色深淺的均勻性等做出綜合評價。但目前還沒有這樣具有智能性的顏色測量儀器出現。
3.與密度性測量儀器比較
近來，國內一些學者認為可以用色度儀器來完全取代密度計，這實際上是混淆了兩類儀器應用上的不同性質。在密度計上也采用了三個濾色片來分別測量黃、品、青油墨的值，但這一數值與由色度計給出的數值有著完全不同的含義。密度的大小直接反映了從印刷品、膠片反射的光量多少，因而從該數值可以直接判斷顏色的深淺、油墨的厚薄等等，這對于指導生產管理人員正確地加網、確定墨量、曝光量、水墨平衡等是至關重要的。相反，任何顏色測量儀器還不能做到這一點。因此，可以說顏色測量儀器與密度計在印刷生產中的兩個不同的階段分別發揮重要的作用，互相不能取代。即密度計的作用貫穿于實際生產環節，而顏色測量儀器在印刷成品的管理上作用重大。
通過上述的討論可以發現，盡管顏色測量儀器得到了廣泛的使用，發展迅速，但仍然存在很多缺陷，如果能對這些缺陷完全克服的話，那么它們在印刷領域中的應用將會有很大的飛躍，前途不可限量。
不干膠標簽印刷的質量控制
日本企業腦洞大開，竟準備用石頭造紙
醫院標識系統有哪些類型？
酒標印刷中影響POP油墨干燥性因素分析
網屏最新推出Truepress Jet L350UV標簽印刷機
《綠色產品評價紙和紙制品》將于明年7月正式實施
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