色差仪作为比较类仪器,可以快速的给出两个颜色的色度值及二者之间的颜色差异值。但在使用色差仪测色的过程中,多种因素会影响色差仪测色的准确性。只有了解了这些因素,才能避免测色时造成的误差。本文对色差仪测色的影响因素及提升测量精度的方法做了介绍。
色差仪又称为光电反射光度计,这种仪器可以用光电测定的方法,迅速、准确、方便地测出各种试样被测位置的颜色,并且通过计算机直接换算成L*、a*、b*值,对颜色进行数值化表示,还能自动记忆和处理测定数值,得到两点间颜色的差别,以△Eab表示。
色差仪测量色差时,采用的是国际上通用的CIELAB色空间,它是利用L*,a*,b*三个不同的坐标轴,指示颜色在几何坐标图中的位置及代号。它是基于一种颜色不能同时既是绿又是红、既是蓝又是黄这种理论而建立起来的。一种颜色用CIE L*,a*,b*表示时,L*轴表示明度,黑在底端,白在顶端;L的值域由0到100,L=100表示白色,L=50时,就相当于50%的黑即灰色,L=0表示黑色。+a*表示红色,-a*表示绿色;+b*表示黄色,-b*表示蓝色。
任何颜色的色彩变化可以用a*,b*数值来表示,任何颜色的层次变化可以用L*数值来表示,用L*,a*,b*三个数值就可以描述自然界中的任何色彩。若两个彩色样品都按L*,a*,b*标定颜色,则两者之间的总色差ΔE*ab以及各单项色差可用下列公式计算:
总色差ΔE*ab=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
明度差ΔL*=L1*-L2*(明度差异)
色度差Δa*=al*-a2*(红/绿差异)
Δb*=bl*-b2*(黄/蓝差异)
其中:ΔL 表示材料实际亮度与标准亮度之间的差值,△L*为正值,样品颜色偏浅色方向;为负值,样品偏深色方向。
Δa表示材料颜色在偏红绿程度上与标准值之间的差值,△a*为正值,样品颜色偏红;△a*为负值,样品偏绿。
Δb表示材料颜色在偏黄蓝程度上与标准值之间的差值,Δb*为正值,样品颜色偏黄;△b*为负值,样品偏蓝。ΔE表示实际值与标准值在L、a、b上的综合差值,即样品总色差,但它不能表示出样品的色差的偏移方向,ΔE数值越大,说明色差越大,反之越小。
物体颜色信息十分广泛,颜色的确定需要色调、明度和饱和度三大要素或三原色(红绿蓝)的刺激值。影响颜色检测准确度的参数主要有:照射光、物体反射、光源方位、观测方位和传感器性能等,任何一个参数发生变化都会导致观察到的颜色发生变化。
1.光源的影响
照射光包含有太阳光和外界杂散光,太阳照射角度、云层厚度和其它天气条件都会导致照射光发生变化,从而导致被测物体颜色发生变化。
CIE(国际照明委员会)推荐了几种标准照明体和标准光源,制定了标准照明条件、测量条件和白色标准,以便各国的颜色参数能够交流、对比。照明光源的光谱功率分布与物体呈现的颜色有密切的关系。同一物体,在不同的光源照明下具有不同的颜色。色差仪一般使用C光源和D65光源。
2.光源方位和观测方位的影响
光源方位,也就是被测物体指向光源的法线方向,它决定了有多少太阳光或外界杂散光作为入射光。观测方位是指被测物体指向传感器的法线方向。它决定了反射到传感器中的光强。光源方位和观测方位都是影响测量结果的因素。此外,照明光束的孔径和测量光束的孔径大小对颜色测量结果也有影响。将照明几何状态、照明光束的孔径、测量光束的孔径统称为照明和测量条件。在色度学中CIE推荐了45/0、0/45、d/0、0/d四种照明观测条件,国家标准局又增加了t/0、0/t两种照明观测条件,同一颜色物体在不同照明观测条件的仪器上测量结果是不一致的。
3.被测物表反射状况的影响
照明几何状态对测量结果会有很大的影响,绝大多数待测物体不是完全的漫反射体,表面有部分的规则反射。照射在物体上的辐射通量一部分被吸收,一部分可能透射过去,其余部分被有方向性地反射出来。被吸收的辐射通量转化为热能,透射部分朝着离开眼睛的方向传播,这两部分辐射通量对眼睛都不起作用,只有由物体从一定方向反射而进入到眼睛的那部分辐射通量才构成颜色刺激。因而同样的物体在不同的方向上有不同的反射或透射。
传感器探头与被测物之间的距离影响着输出信号,可能会造成不同颜色信号的交叉,形成测量误差,所以存在某一最佳距离对输出特性影响最小,以保证颜色与输出信号的一一对应关系。被测物表而的较明显凹凸区域也会给输出信号带来较大的误差,为此,有人先后提出了反射模型以弥补测量误差。
1.仪器光源预热
目前的色差计大部分是用卤钨灯连续方式照明。每次开机后,仪器都要经一段时间的预热(5~15min不等),这是稳定光源的必须过程。只有经过充分的预热,光源的色温才能稳定,切不可人为的缩短预热时间(如开机一段时间后才接通光源)。
2.仪器调标准
色差计的测量方法是比较测量法。每次开机后调标准是至关重要的,它是给仪器定标。为了消除仪器的零点误差,调标前还需调零。仪器在出厂时,都会带有一白板作为调标用的标准板,并标有经过标定的三刺激值。调标时,输入给仪器的三刺激值必须与白板所标值一致。不要将标准白板与其它白板随便调用。
在调标后的测量中,仪器仍应时常调标,因仪器或多或少的都存在“温漂”,时常调标可减少或克服“温漂”所带来的误差。
3.正确使用测量数据
当使用仪器测量数据时,一定要注意测量条件。前面已提到,不同的测量条件测得的三刺激值是不同的。若用经过标定的试样来检定仪器,标定试样的测量条件应与仪器的条件严格一致;若用所测数据作为资料保存或数据交流,应标明测量条件:若将所测数据用于质量管理或与其它数据比较时,如测量条件不同,则使用时应慎重。
一般来讲,如标准照明体和视场条件不同,颜色数据的对比是无实际意义的;若上述两条件相同,而照明观测条件不同时,如试样装面很平整而且光泽度很低,颜色数据的对比还是有实用意义的、因照明观测条件不同所带来的误差与这种仪器的精度相比,其影响是可以接受的;若试样的光泽度较高,这种对比将失去意义。下表为作者所用的一套色板(光泽度较高),在0/d和0/45两种条件下的三刺激值。
4.了解色差测量方法
色差是质量管理中常用的颜色指标。测量色差时,正确的方法是用目标色板作为标准、对仪器调标准。所输入的标准值应是目标色板的三刺激值,它可以是经过标定的数据.也可是该仪器所测得的值。应注意的是,只有两个颜色相近的试样相比,色差才有意义。另外,不同色差公式的色差单位是不同的。