第10章 色度的測量及其儀器

第10章色度的測量及其儀器

人眼有敏銳的辨別顏色能力,人們長期利用目視比較法來區(qū)別顏色。但目視法測量結(jié)果帶有主觀性,受到視覺適應性、人眼光譜響應差異、測量時人的狀況等因素的影響。CIE標準色度系統(tǒng)為客觀地測量物體顏色奠定了基礎,可通過對物體顏色三刺激值的測量確定顏色。顏色測量儀器就是通過一定的途徑求得三刺激值的工具。由于獲得三刺激值的方式不同,測色儀器主要可分為兩類：分光測色儀器和色度計。第10章色度的測量及其儀器

分光測色儀器是顏色測量最基本的儀器，其不直接測量顏色的三刺激值本身，而是測量物體的光譜反射或光譜透射特性，即測量物體的光譜輻亮度因數(shù)或光譜透射比。再選用CIE的標準照明體和標準觀察者，通過積分計算求得顏色的三刺激值。色度計的響應類似人眼視覺，通過直接測得與顏色三刺激值成比例的儀器響應，換算出顏色三刺激值。三刺激值的獲取由儀器內(nèi)部完成，即用濾色鏡來校正儀器光源和探測元件的光譜特性，使輸出信號正比于顏色的三刺激值。密度計——不是標準顏色測量的儀器，其響應與標準觀察者的響應無嚴格的對應關系。然而它也具有紅、綠、藍響應，故彩色密度計的響應和人類觀察者的響應之間存在一定的關系。密度計在某些情況下能給出顏色測量的近似值，能十分精確地探測到顏色和色差的變化，因此，彩色密度計是顏色和顏色處理過程中進行質(zhì)量控制的有效儀器，尤其在照相和印刷業(yè)。

10.1分光測色儀器

現(xiàn)代分光光度計由照明光源、色散系統(tǒng)和探測器等組成。通常在儀器內(nèi)部將由色散系統(tǒng)產(chǎn)生的單色輻射分成樣品和參考兩條光路。當樣品放在樣品光路內(nèi)時,兩條光束相等的狀態(tài)被破壞,探測器檢測到差別,得到該波長上樣品的透射比或反射比。10.1.1比較法測量與比較的標準分光光度計測量光譜透射比或光譜反射比都采用比較法，測量透射樣品時選用空氣作為參照標準，空氣是理想透射體，在整個可見光譜范圍內(nèi)透射比均近似為1；液體樣品則采用同樣厚度的溶劑作為標準；測量反射樣品時，雖然全反射漫射體的反射比在各波長上均為1，是理想的參照標準，但實際材料難以達到這樣的特性，只能選擇與它性質(zhì)比較接近的材料作為工作標準。

10.1分光測色儀器比較的標準顏色測量中所選用的反射標準常采用的有硫酸鋇(BaSO4)、海龍(Halon)、氧化鎂(MgO)、碳酸鈣(CaCO3)和陶瓷等。硫酸鋇穩(wěn)定性好，但不易清潔，常用于傳遞標準。海龍是一種多氟樹脂,在可見光波段反射率非常接近硫酸鋇,在紅外波段優(yōu)于硫酸鋇,但在250~280nm處有微弱的發(fā)光性。氧化鎂光譜選擇性小，反射比大，但穩(wěn)定性差，過去曾用作原始標準，1969年CIE已用完全反射漫射體取而代之。陶瓷使用方便，容易清潔，多用作儀器的工作標準。

10.1分光測色儀器比較的標準標準白板的技術條件在GB3979-83中有相應的規(guī)定：傳遞標準白板要求漫反射性能好,在380~760nm波段的反射比在95%以上,并且光譜選擇性小,盡可能接近完全反射漫射體。當反射比值變化超過0.5%時,須重新校準。傳遞標準白板要求用高純度硫酸鋇粉末壓制而成。工作標準白板應具有機械的耐久性和光學穩(wěn)定性，有足夠好的漫反射性；在380~760nm波長范圍內(nèi)光譜反射比高，且光譜選擇性小；便于清潔，可用陶瓷白板或乳白玻璃等作為工作標準白板。參比白板應具有充分的漫反射特性，在380~780nm波長范圍內(nèi)的光譜反射比較高，且光譜選擇性小，有一定的機械強度和光學穩(wěn)定性。

10.1分光測色儀器比較法測量的實現(xiàn)方式:采用單光路，儀器只有一條光路，將參照物和樣品依次放在光路中進行測量。其優(yōu)點是能嚴格保持參照物和樣品在完全相同的光路中進行測量，但缺點較多，因此很少采用。分光光度計中廣泛采用雙光束法。將單色光分成兩束光，一束通過參照物，另一束通過樣品。雙光束系統(tǒng)最基本的要求是保持兩光路對稱，光學特性一致。在微機控制的儀器中，可用數(shù)值方法校正光學特性的不一致性。采用比較測量能夠補償測量中由于光源的不穩(wěn)定以及控制器靈敏度、光學系統(tǒng)透射比、分光元件效率等隨波長而變化的各種因素影響，由于這些因素對樣品和參照物有相同的影響而自動地互相抵消。

10.1分光測色儀器10.1.2顏色測量的標準化由于顏色視覺的復雜性，顏色測量條件必須標準化，儀器間的測量結(jié)果才有可比性。測量樣品的三刺激值時,照明光源選擇標準照明體，常用的標準照明體有A，C，D65

測量樣品的三刺激值時,要選用標準觀察者，小視場(1~4)選用CIE1931標準色度觀察者，大視場(10)時選取用CIE1964標準補充色度觀察者。標準照明觀察條件顏色測量時，光源照明和控制器收集光能的幾何條件很重要，幾何條件不一致會造成測量結(jié)果的差異。為統(tǒng)一測量結(jié)果,CIE規(guī)定了統(tǒng)一的幾何條件。

10.1分光測色儀器

標準照明觀察條件在透射樣品測量中,一般采用對樣品表面垂直方向照明，透射方向探測。照明光束的光軸與樣品表面法線的夾角不超過5°,照明光束中任一光線與光軸的夾角不應超過5°,此幾何條件不適合于漫透射物體。在反射樣品(不透明物體)測量中，CIE1931年正式推薦四種測色的標準照明和觀察條件垂直/45(縮寫0/45)。<10;45±2;<845/垂直(縮寫45/0)。垂直/漫射(縮寫0/d)。<10;<5;<10%。反射率漫射/垂直(縮寫d/0)。10.1分光測色儀器

一些帶有漫反射和鏡面反射混合反射的樣品,其鏡面反射的影響可用光澤吸收阱來削減。照明光束和觀測方向不應完全在樣品的法線方向上,以避免照明器或探測器與樣品之間的相互反射。CIE規(guī)定在0/45,45/0,d/0條件下測得的光譜反射因數(shù)稱為光譜輻亮度因數(shù),記為0/45,

45/0,

d/0。在0/d條件下測得的光譜反射因數(shù)稱為光譜反射比0。我國制定了國家標準(GB3978-83)，反射測量中采用45/0(0/45)有利于目視觀察樣品，其比積分球法更有效地排除鏡面反射部分。積分球照明或積分球探測的主要優(yōu)點是幾乎與樣品表面結(jié)構(gòu)無關。這一點對許多紡織品和紙張的測量特別有用，因為它們的毛面和光面有顯著的差別。鏡面反射部分可包括在內(nèi)，只要不加光澤吸收阱去消除樣品的第一次表面反射即可，此時測得的是全反射量。用光澤吸收阱消除樣品的鏡面反射則測得的是漫反射量。10.1分光測色儀器樣品光源樣品光澤吸收器(a)d/0分光光度計(b)0/d分光光度計

分光測色儀器設計時必須按照以上規(guī)定的幾何條件安排光路，可選擇其中一種或多種條件。

儀器測試的數(shù)據(jù)也應說明是在何種條件下測量的結(jié)果。10.1.3分光測色儀器的組成A．光源分光測色儀器中光源的光譜分布不是關鍵因素，但光源必須在儀器的整個波長范圍內(nèi)發(fā)出連續(xù)的光輻射，且在每一波長上都應有足夠能量，使探測元件有足夠的信噪比。B．單色器能輸出不同波長單色光的裝置叫單色器。根據(jù)單色器中色散元件的不同大致有以下幾類：(1)棱鏡或光柵分光的單色器,是較高級的分光測色儀器中最常用的一種。它利用棱鏡或光柵將光源能量色散成波長的函數(shù),不同波長的單色光依次在空間排列成光譜帶。轉(zhuǎn)動色散元件或其它光學零件來控制落在單色器出射縫上單色光的波長。利用入、出射縫的寬度來控制單色光的帶寬。為了得到更純的單色光并減少儀器內(nèi)的雜散光,有時一級單色器還不能滿足要求,常將第一級單色器輸出的單色光作為光源輸入第二級單色器,再進行一次色散,這樣組合在一起使用的單色器叫做雙聯(lián)單色器。10.1.3分光測色儀器的組成(2)濾光片分光的單色器。棱鏡或光柵單色器結(jié)構(gòu)較復雜，制造精度高，價格貴。由于相當多的顏色樣品具有較平緩的光譜透射比或反射比曲線，可在整個波長范圍內(nèi)選擇一些離散點來進行測量。這樣對單色器的要求可簡化，只需在有限個波長上提供一定帶寬的單色光。(3)可調(diào)諧激光單色器。具有單色性好，能量高等優(yōu)點，由于可調(diào)諧染料激光器等的發(fā)展，已能做到在一定波段內(nèi)獲得波長連續(xù)可調(diào)，單色性很好的強激光光束,為測色工作提供了一種高性能的單色器。但價格較貴。C．光度計量部分光度計量部分使從單色器射出的單色光正確地照射到樣品上,用光電探測元件接收光能，測定樣品的透射比或反射比。分光測色儀器都采用比較法測量及雙光束光路。光度計量的具體方法有兩種，即平衡法和比率法。10.1.3分光測色儀器的組成(1)光度的平衡法測量光學平衡法：單色光以雙光束交替地照射標準樣品和待測樣品，因此探測器D輸出一系列脈沖信號。將這兩組脈沖信號的幅度進行比較，并通過伺服電機SM推動減光器改變光束強度，使探測器接收到從待測樣品和標準樣品上所反射的光度相等，即所謂光學平衡或達到光學零位。減光器可以是變密度的中性濾光片,光梳或偏振片等。在達到平衡時減光器的機械位置即代表標準樣品和待測樣品兩個信號的比值。10.1.3分光測色儀器的組成(1)光度的平衡法測量電學平衡法：經(jīng)過放大和解調(diào)的標準信號和樣品信號分別流過波長補償電位器及測量電位器,在測量標準信號的期間,繼電器R標閉合把標準信號儲存在電容器C標內(nèi),樣品信號則儲存在C樣內(nèi)。比較繼電器快速地將C標和C樣比較，如果二者電位不等，則差值被放大并經(jīng)伺服電機推動測量電位器的觸點，以達到C樣與C標的電位相等即電學平衡。此時觸點位置即代表標準和樣品兩個信號的比值。此觸點與記錄筆相連，可繪出曲線。10.1.3分光測色儀器的組成(2)光度的比率法測量。光度比率法是將解調(diào)后的標準信號輸至一個差值放大器與一個基準電壓V基相比較,標準信號太大時,減低光電倍增管的負高壓或減小單色器的入射縫,標準信號太小時則相反,這樣通過閉環(huán)的反饋系統(tǒng)保持標準信號始終穩(wěn)定不變,說明此時光電探測器的靈敏度及系統(tǒng)的放大率已調(diào)整至正常水平,因此,可直接測量樣品信號。由于標準信號已被歸一化，所以測得的樣品信號本身就是樣品信號與標準信號的比率，即反射比或透射比。

10.1.3分光測色儀器的組成D．測量數(shù)據(jù)的處理和輸出裝置分光光度計輸出的基本數(shù)據(jù)是光譜透射比和光譜反射比。其它數(shù)據(jù)都是根據(jù)其計算得到。隨著計算機技術的發(fā)展，許多新型的儀器都備有微處理器，分光光度數(shù)據(jù)可以保存在存儲器內(nèi)，能以數(shù)字的形式顯示、打印出來，并能驅(qū)動繪圖機以圖形顯示出來。現(xiàn)代的分光測色儀器中，內(nèi)裝的微型計算機已和儀器有機結(jié)合，實現(xiàn)了測試計算自動化。10.1.4分光測色儀器分類

分光測色儀器可按若干不同的標準進行分類。例如：單光束或雙光束儀器；單級單色儀和雙級單色儀；目視分光測色儀器和光電分光測色儀器等。目視分光測色儀器的光度部分由均勻照明的樣品視場和參考視場組成，可有控制地改變一個或兩個視場的亮度。當眼睛看到兩個視場亮度相等時，儀器的計數(shù)即為分光光度比值。因為目視分光光度計的測量既費時又易費神，所以，已被光電儀器所代替，一般不再使用。光電分光測色儀器種類繁多，由于固體探測器的發(fā)展，出現(xiàn)了一種在極短時間內(nèi)同時可測得各波長上樣品光譜特性的分光儀器。10.1.4分光測色儀器分類分光光度法：光譜掃描、同時探測全波段光譜。(1)光譜掃描法：利用分光色散系統(tǒng)對被測光譜進行機械掃描,逐點測出各個波長對應的輻射能量,實現(xiàn)光譜功率分布測量。特點：精度很高，但測量速度較慢。(2)同時探測全波段光譜法:(a)多光路探測技術：多光路同時性只在紅外波段實現(xiàn)，在可見光區(qū)只能部分實現(xiàn)。(b)多通道探測技術：即平行探測法。優(yōu)點：快速、高效，大大降低對測量對象和照明光源的時間穩(wěn)定性要求，應用快速存取和分組處理，在時間分辨和光譜分辨兩者之間實現(xiàn)有益的兼顧。

目前，國際上作為產(chǎn)品真正用于自動配色的顏色測量系統(tǒng)都是采用多通道技術。10.1.4分光測色儀器分類多通道測色系統(tǒng)的照明光源：脈沖式、直流式脈沖光源：接近D65的脈沖氙燈、高光強、即時精度和重復性高直流式照明：色溫接近A光源的鹵鎢燈，光源穩(wěn)定、短波光強低、影響精度。10.1.5現(xiàn)代分光光度計的特點(1)測色和計算速度快20世紀30年代一只樣品測色需2分鐘以上，20世紀80年代初Macbeth公司的2020光柵分光型測色只要3秒鐘，瑞士Datacolor公司DC3520R分光光度計采用連續(xù)干涉濾色片分光，測定時間包括計算需6秒鐘，而到80年代末采用閃光氙燈作為光源，每只顏色只需測色一次時間少于0.3秒，90年代，該公司的3881Texflash型、DC3890型、ELrepho2000A型、脈絡式分光光度計、Mixflash型等測色時間僅需0.1秒。(2)測色精確度和準確度高

一臺分光光度計精確度和準確度與該儀器的分光方式、光譜范圍、波長間隔等有關。10年前所用的測色儀器其波長間隔多在5nm、10nm、20nm，至今瑞士Datacolor公司產(chǎn)品波長間隔已達0.8nm?？梢詮膬x器的穩(wěn)定性即短期或長期的重現(xiàn)性來加以考核，過去反射率達±0.2％，現(xiàn)達±0.01％～0.02％。(3)測色功能多樣化

現(xiàn)代分光光度計多與計算機配套應用，均具有很廣的應用范圍，測色對象可包括有光澤和無光澤的。例如纖維、織物、塑料、油漆、陶瓷、紙張等，能進行鏡面和非鏡面測定。不論是散射性的，反光性的，透明性的，遮蓋性的，熒光性的等等表面均不受限制，還可進行色差、白度等計算，各種計算公式可任意選擇或配制。測色條件諸如光源、視場、分光間隔等均可變化。有的儀器正、逆向(多色光和單色光照明)均可測定；反射、透射皆可應用。有的儀器如瑞士MCS能用于大型物體(汽車)或不可裁割物體的顏色測量。(4)操作的簡便性

現(xiàn)代測色用分光光度計的測色操作過程，自始至終是自動進行，包括儀器標準、波長間隔的調(diào)整、測色條件改變、反射率換算、各種測色計算、讀數(shù)和輸出，而且大多數(shù)測色系統(tǒng)均配有熒光屏輸出輸入終端或熒光屏和打印裝置結(jié)合終端。此外國際上現(xiàn)在廣泛使用的傳遞標準是完全漫反射體上標定的絕對值，計算機能將絕對反射值予以存儲，并用來標定儀器，從而保證儀器在標準狀態(tài)下工作。l、樣品擺放臺2、測量孔徑3、積分球4、紫外光調(diào)整5、量度光度纖維6、光源控制儀7、微處理器8、電子界面9、參考光度纖維10、電源11、單色儀12、控制閃光裝置瑞士Datacolor3890測色原理圖GESpectrophotometerDiano-MatchScanSpectrophotometerHunterD54P-5SpectrophotometerZeissDMC-26SpectrophotometerMabethMS-2000SpectrophotometerCM26007000ACM-3600dCM-512m3SPECTROCOLOR45/05、常用分光光度計

型號光學結(jié)構(gòu)測量孔尺寸mm波長范圍/間隔色度重復性光范圍/分辨率Texflash-2000d/0,脈沖氙燈雙光束,128單元SPD-400～700nm0.03ECIELAB-SF-600PLUSd/8,脈沖氙燈雙光束,128單元SPDSCI/SCE2.55.026360～700nm/10,5nm0.01ECIELAB0～200%

MF-200d(便搬式)d/8,脈沖氙燈128單元SPD18400～700Nm/10nm0.05ECIELAB0～200%瑞士Datacolor公司美國X-Rite公司型號光學結(jié)構(gòu)測量孔尺寸mm波長范圍/間隔色度重復性光度范圍/分辨率SP-68便攜式d/8,鹵鎢燈1684400～700nm/10nm0.05E*ab0～200%SP-88便攜式d/8,充氣鎢絲燈藍區(qū)增強SPD,SCI/SCE8400～700nm/10nm0.0E*ab0～200%10.3色度計

色度計包括目視色度計和光電色度計兩類。光電色度計可由儀器的響應值直接得到顏色的三刺激值，不必象分光測色儀器那樣進行數(shù)學積分來求得。在光電色度計中的積分由光學模擬方式完成。儀器的照明光源需加濾色器校正，以使其具有所要求的標準光源光譜分布。同時探測器的響應也被濾色器修正，使其與CIE標準觀察者相一致。在實際中把這兩種校正濾色器合成一組來設計，使儀器的總光譜靈敏度符合模擬要求即可。光源光譜分布可選擇CIE標準照明體中的任一種，最常用的是A和D65，在燈光下觀察的物體常選A照明體，在日光下觀察的物體常選D65照明體。CIE推薦作為標準觀察者有2視場的1931標準觀察者和10視場的1964補充標準觀察者，可任選其中一種。10.3色度計

光電色度計最初稱為三刺激色度計,由亨特在20世紀40年代初,以“NBS”為色差單位，在、均勻色坐標體系基礎上而開發(fā)的相應光電測色儀器,并于1950年制造和銷售。不久又開發(fā)了Hunter-Lab體系光電色差計光電色度計一般由照明光源、校正濾色器、探測器組成。設計中關鍵問題是校正濾色器的設計。光電色度計量時所采用的照明觀察幾何條件與分光測色儀器相同。色差儀：指在光電測色儀上再附加上計算色差的機能。10.3.1盧瑟(Luther)條件和校正濾色器(1)盧瑟條件在D光源照射下物體三刺激值標準光源A照射物體接收器上電光流式中()為濾色片的光譜透射率，()為光電元件的光譜靈敏度。

則測色儀的總靈敏度特性與CIE規(guī)定的標準觀察者一致，IX=X，Iy=Y，IZ=Z。色度計的精度與儀器符合盧瑟條件的程度有關。盧瑟條件:10.3.1盧瑟(Luther)條件和校正濾色器X()曲線有兩個峰值,用濾色片組合比較困難，常用兩種方式實現(xiàn)：用2個探測器和濾色器的組合分別模擬X()的兩段曲線X1()和X2(),這類色度計有四個探測元件。假設X()的短波次峰曲線X1()的形狀與Z()曲線相似,由Z()校正濾色器來近似;X2()由一個探測器和濾色器的組合來實現(xiàn)。此類色度計有三個探測元件X2(),Y(),Z()。10.3.1盧瑟(Luther)條件和校正濾色器

只要選定標準觀察者和標準照明體，確定儀器內(nèi)使用的照明光源光譜分布和光電探測元件的光譜靈敏度曲線，就可確定校正濾色器的光譜透射比。

由光譜透射比曲線設計校正濾色器的方法是：由幾塊不同光譜透射比的濾色片組合起來,使其透射比等于要求的校正濾色器的光譜透射比。ai為各濾色片的相對面積值10.3.2儀器的定標

光電色度計由儀器探測器的響應值直接讀出樣品的三刺激值，故必須滿足下列關系式中，R1，R2，G，B分別為四個光電探測元件的響應值。K1，K2，Kg，Kb為在測樣品前必須首先確定的常數(shù)，確定方法是用光電色度計去測量已知三刺激值為X10，X20，Y0，Z0的標準樣品，得到的響應值為R10，R20，G0，B0，則可求得Ki值，這個過程稱為儀器定標。由于校正濾色器光譜透射特性不可能完全符合盧瑟條件,經(jīng)常配備多種已知三刺激值的標準樣品,可以選用與待測樣品有近似顏色的標準樣品進行定標,以減小誤差,提高儀器測量精度。一般光電色度計帶有4~10塊不同顏色標準色板/標準濾色片10.3.3色度計構(gòu)造原理A．目視色度計在目視色度計中，人眼就是探測元件，故不存在符合盧瑟條件的問題。操作者觀察兩個并置的視場，一個視場由已知的三原色光混合組成，另一視場為待測色，調(diào)節(jié)三原色光的光度來達到與待測色相匹配，由三原色的光度量求得待測色的三刺激值。B．光電色度計光電色度計通過光電探測系統(tǒng)自動地給出樣品的三刺激值，使用方便、測量速度快，對大多數(shù)應用具有足夠的準確度，因而被用于各種生產(chǎn)和質(zhì)量控制的操作中。光電色度計的種類繁多，但基本原理相同。10.3.3色度計構(gòu)造原理

彩色亮度計BM-2的工作原理圖。儀器可用來測量自發(fā)光物體和非發(fā)光物體的顏色。人眼通過目鏡和反射鏡把儀器對準待測色源，探測器通過物鏡接收色源的輻射。使用彩色亮度計時，色源的被測部位應有均勻亮度。儀器內(nèi)部沒有照明光源，因此測量物體色時，必須以標準光源照明物體，儀器可直接測得物體色的三刺激值和色品坐標以及兩個樣品的色差。10.3.3色度計構(gòu)造原理

一種光電色度計的光學系統(tǒng)圖。光電色度計利用儀器內(nèi)部光源照明被測物體,可直接測得物體色的三刺激值和色品坐標,還可通過與計算機連接,計算出兩個物體的色差值。頂視圖和側(cè)視圖。儀器照明和觀測條件為0/d。光源光束經(jīng)過聚光鏡和45°角反射鏡投射到反射樣品上，由積分球收集被樣品反射的輻射通量。積分球內(nèi)壁涂有MgO或BaSO4的中性漫反射涂料。X,Y,Z三個帶有校正濾色器的探測器分別在球壁的三個測試孔同時接收。當測量透射樣品時,在反射樣品處放置與積分球內(nèi)壁同樣材料的中性白板,測得結(jié)果是透射樣品三刺激值10.4光源顏色特性的測量

光源的顏色特性:人眼直接觀察光源時所看到的顏色，這與一般物體色類似，可用三刺激值和色品坐標來表示。評價物體在光源照明下所呈現(xiàn)的顏色效果,用顯色指數(shù)來表示。光源的顏色特性和一般物體色類似，只決定于光源輻射的光譜分布。一旦得到光源的光譜分布，就可計算出它的三刺激值、色品坐標、相關色溫和顯色指數(shù)。測量光源光譜分布的儀器稱為光譜輻射計。光譜輻射計也是一種分光測量儀器，基本原理和結(jié)構(gòu)與分光光度計相似，但由于測量對象是光源，而不是一般物體，所以與測色分光光度計相比有一些特點：10.4光源顏色特性的測量

(1)對波長準確度和波長分辨率要求高。光源光譜分布可能存在線狀光譜，要準確測量線譜必須有高的波長準確度和高的分辨率。(2)比較測量的標準不是標準白板和空氣，而是經(jīng)過精確定標的已知光譜分布的標準光源。常用的標準光源有黑體、鎢帶燈、鎢絲燈等。黑體光譜分布可由普朗克公式準確求得，因此，可作為測量光源光譜分布的初級標準，但黑體在實際測量中使用不方便且昂貴。所以常用通過黑體標定的次極標準：鎢帶燈和專用鎢絲燈作為工作標準。鎢帶燈是將鎢帶通電流加熱發(fā)光的光源，可與黑體比較定出光譜輻亮度，故鎢帶燈可作為測量光譜輻亮度的標準。專用鎢絲燈可作為測量光譜輻照度的標準，通過與黑體進行比較定出光譜輻照度值。

10.4光源顏色特性的測量

光譜輻射計一般由入射部分、單色儀、光度計量部分、輸出裝置等組成。入射部分將標準光源和待測光源發(fā)出的光交替送進單色儀。測光譜輻亮度時，要將選定的光源發(fā)光部位成像在單色儀的入射縫上。測光譜輻照度時，光源先照射在標準白板或散光器上，而后送進單色儀。因此光譜輻射計為適應測輻亮度和輻照度兩種用途而有不同的入射部分。有的儀器能包括進行兩種測量的入射部件并且能夠方便地進行轉(zhuǎn)換。單色儀和輸出裝置在原理上與分光測色計相同。光譜輻射計的光度計量部分用來測量光能大小，標準燈與待測燈由同一單光路進行，比分光測色計簡單，儀器的雙光路部分則放在入射部分。不少光譜輻射計用各種分光光度計改制的專用設備?，F(xiàn)代光譜輻射計，不僅精度高，且用計算機控制，不僅可輸出光譜分布數(shù)據(jù)，可計算色品坐標、顯色指數(shù)和相關色溫。10.4光源顏色特性的測量

色溫是用來描述光源本身顏色外貌的一個重要指標,除可用光譜輻射計測出光源的光譜分布，進一步通過計算求得外，還可用簡單的色溫計來測量。常用的色溫計基本原理是雙色法。雙色法不需測量整個光譜分布，而是測量兩個波長的相對光譜功率的比值，從而推知色溫。如果以波長為650nm的光譜輻射功率P(650)為基準，其他波長上光譜輻射功率與P(650)的比值用()=P()/P(650)，則在可見光內(nèi)取三個波長區(qū)域，如450nm,550nm,650nm為代表，(450)，(550)稱為藍－紅比值和綠－紅比值。它們與色溫的固定關系隨著色溫升高而增大,只要測出光源比值，便可知光源色溫。較好的“三色”色溫計可分別測出紅藍比(450)和綠紅比(550)。10.5熒光材料的顏色測量

熒光材料廣泛應用于各種行業(yè)，其顏色也用三刺激值和色品坐標表示，可用分光光度計和色度計測量。熒光材料和自發(fā)光體不同處在于：它只在其它光源照射下才有光發(fā)射。與一般物體的區(qū)別是：不僅能反射一部分照射光的光譜成分，而且在照明光的激發(fā)下能發(fā)射一定成分光譜的輻射，而這些光譜成分在照明光束中可能不存在，所以熒光材料的顏色決定于它反射和發(fā)射光譜的總和，其中發(fā)射光譜往往起主要作用。熒光材料測量一般有兩種測量方法。原理圖：通過激發(fā)單色儀給樣品以波長為的單色光照射，用分析單色儀測量可見波段各波長輻亮度因數(shù)(,)。對于不同的入射波長都可測得相應的輻亮度因數(shù)(,)，排列出數(shù)據(jù)矩陣。10.5熒光材料的顏色測量表熒光測量的輻亮度因數(shù)(,)反射和發(fā)射波長

(nm)入射波長

(nm)300310320750760770300(300,300)00000310(310,300)(310,310)0000320(320,300)(320,310)(320,320)000750(750,300)(750,310)(750,320)(750,750)00760(760,300)(760,310)(760,320)(760,750)(760,760)0770(770,300)(770,310)(770,320)(770,750)(770,760)(770,770)Stokes定律：發(fā)射波長一定長于激發(fā)波長S()和R()分別為入射、出射輻射光譜分布10.5熒光材料的顏色測量10.5.2復合光照射測量法復合光照射測量法的激發(fā)光源由復合光源直接照明,可直接測出熒光材料在測試所用光源照射下的特性，測得物體的光譜輻亮度因數(shù)()，從而計算出三刺激值。但計算結(jié)果只局限于這種特定光源照射下的客觀效果，無法推算另一光源下此熒光材料的顏色特性。10.5熒光材料的顏色測量

在實際測量中常用D65光源照明下樣品的顏色特性來評價熒光材料的顏色特性。對D65光源不僅要求其光譜分布在可見光范圍內(nèi)與D65標準照明體相同，而且還必須將能激發(fā)熒光材料發(fā)光的光譜段內(nèi)的光譜分布與D65標準照明體一致。應用復合光源照射來測熒光材料的儀器很多,熒光測色儀器將樣品放置在光源與單色儀之間,用復色光照射樣品;同時對熒光測色儀的光源光譜分布有要求,一定要模擬成為D65光源。

由于復合光源的光譜分布直接影響測量結(jié)果，因此測量時應注明測量時所用光源的類型。

10.6白度的測量

白色是人們生活中最喜愛和最常見的一種顏色,白色又常是衡量工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一種標志。在建材、輕工、紡織、造紙等工業(yè)部門，白色程度的評價是廣泛遇到的問題。一般來說，當物體表面對可見光譜內(nèi)所有波長的反射比都在80%以上，可認為物體表面為白色。有些專家用三刺激值Y(即光反射比)和興奮純度(Pc)來表征白色。伯杰和麥克亞當認為：當樣品表面Y＞70，Pc<10%時可當作白色；格魯姆(Grum)等認為物質(zhì)表面的Pc在0~12%且具有高反射比時可看作為白色。這些顏色位于色空間中相當狹窄的范圍內(nèi)。雖然白色與其它顏色一樣可用光反射比Y、純度Pc和主波長三維量來表示。但是人們常用白度(W)這個一維量來表示白的程度，將光反射比Y、純度Pc和主波長不同的白色樣品根據(jù)白度排成一維等級來定量地評價物體的白色程度。10.6白度的測量

曾提出過一百種以上的白度公式，但是到目前為止還未能提出一個普遍使人滿意的通用白度公式。合理的白度公式取決于白色試樣的目視評定和色度學測量的相符合程度。但是白色程度高低的視覺評定很復雜，不僅受到愛好的習慣等復雜心理因素的影響，還與所從事的特殊職業(yè)和技術密切相關，與所評價對象質(zhì)量相關的白色性質(zhì)有關(例如與棉花和陶瓷相關的白色性質(zhì)就大不相同)。因此要使白度公式統(tǒng)一起來十分困難。CIE一直在力圖解決白度的定量評價一致性問題，成立了“白度分委員會”，并于1983年正式推薦CIE1982白度公式。10.6白度的測量10.6.1白度的表達式A．單波段白度公式:

用一個光譜區(qū)的反射比來表示白度W公式，主要有W＝G;W＝B

式中,G:綠光反射比;B:藍光反射比。也稱為TAPPL公式。

ISO在造紙工業(yè)中采用主波長為457±0.5nm，半峰寬度為44nm的藍光測定樣品的反射比，即W＝R457，造紙工業(yè)用它來評價紙張的白度，稱為ISO白度。B．多波段白度公式以特定波長區(qū)域的反射比及其系數(shù)來反映樣品的白色程度。常用的公式有下列幾個：Taube公式：W＝4B－3G黃度指數(shù)：W=(A-B)/GA，G，B對應于紅、綠、藍區(qū)的反射比，與三刺激的關系為10.6白度的測量當已知樣品的三刺激值，可確定出A，G和B不同標準觀察者和標準照明體下的fXA,fXB,fZB觀察者照明體CIE1931(2)觀察者CIE1964(10)觀察者fXAfXBfZBfXAfXBfZBA1.04470.05390.35581.05710.05440.3520D550.80610.15040.92090.80780.15020.9098D650.77010.18041.08890.76830.17