光谱技术 | 颜色测量
置身于一个缤纷的光彩世界之中。只需出去走走,便可发现园圃里五颜六色的花朵;抬头眺望,灿烂的朝霞应和着碧蓝的天空亦或是绚丽的晚霞将云朵染成赤红,构成了一幅幅梦幻般的绝美画卷。
一、颜色
人类眼睛有对于短波段敏感(blue)、中波段敏感(green)和长波段敏感(red)的细胞,称为视锥细胞cones -感知色彩;同时,人类还有单色的夜视光感测器---视杆细胞rods-感知明暗(其Z敏感的感知频谱范围约在490-495nm)。
看到颜色的三要素:光源、反射物体、眼睛。颜色是人对特定光线到达眼睛后的一种生理感觉。
由于特定的吸收和反射,球是红色的!此外,还有不同的颜色。
同样的颜色,个体的感知千差万别!颜色仅靠目视有大量不确定性:
不同的光源、方向、背景下目视效果不同; 不同的质检员评判尺度不一; 质检员长时间工作,或由于身体不适、心情不佳而误判; 合格的产品也可能被故意退货……
光源不同
观察方向不同
大小背景不同
观察者不同
二、颜色测量
里程碑事件:
CIE XYZ color space(1931)
Standard Illuminants A, B, C(1931).
Standard Illuminants D series(1976)
CIELAB and CIELUV color space(1976)
Measurement of LEDs (1997)
颜色测量的优势:
光谱测量比目视检查要复杂得多;
所获得的数据可用于计算多项颜色参数;
非接触式:可以远距离进行测量,防止损坏样品并提高灵活性;
可同时测量亮度、功率输出和颜色等参数。
1、RGB 色彩空间:RGB色彩空间是一种基于加色法的颜色模型,它使用红、绿、蓝三个基本颜色分量来表示颜色。RGB 色彩空间的表示方法有很多种,如 sRGB、Adobe RGB、ProPhoto
RGB 等,它们的区别在于颜色的精度和范围。RGB 色彩空间适用于计算机图形学和图像处理中的颜色表示和处理。RGB 常用于显示器、摄像头等设备的颜色表示。
我们都知道红绿蓝组合可以混合所有颜色,但是红是什么样的红呢?绿是什么样的绿呢?蓝是什么样的蓝呢?CIE规定:红色是625nm的红,绿色是545nm的绿,蓝色是435nm的蓝。
2、XYZ 色彩空间:XYZ 是一种基于三刺激值的颜色模型,它是由国际照明委员会(CIE)制定的。在 XYZ 颜色空间中,颜色是用 X、Y、Z 三个坐标轴上的数值来表示的。这三个坐标轴分别对应着颜色的三种特性:X 代表红色与绿色之间的差异,Y 代表黄色与蓝色之间的差异,Z 代表亮度。XYZ 颜色空间可以表示人眼所能看到的所有颜色。常见的YUV、YCbCr 和 CIELAB 色彩空间都是基于 CIE XYZ 颜色模型的表示方法。
3、xyY色彩空间:xyY 是一种基于 CIE XYZ 颜色空间的色彩表示方法,其中 x 和 y 是 CIE XYZ 色彩空间中的两个坐标轴,而 Y 是亮度。xyY 颜色空间主要用于描述颜色的色度信息,而不包括亮度。在 xyY 颜色空间中,每个颜色都有一个唯一的坐标点,可以通过 x 和 y 的值来区分不同的颜色。
把x,y放到直角坐标系上,就是下面CIExy色拼图:
那白色、灰色、黑色的点在哪里呢?我们分解一下:
4、UVW色彩空间1960:UVW 是一种基于 CIE
XYZ 颜色空间的色彩表示方法,其中 U 和 V 是 CIE XYZ 色彩空间中的两个坐标轴,而 W 是亮度。UVW 颜色空间主要用于描述颜色的色度信息,而不包括亮度。在 UVW 颜色空间中,每个颜色都有一个唯一的坐标点,可以通过 U 和 V 的值来区分不同的颜色。
绿色区域敏感性较差,变化范围很大,眼睛仍觉得是原来的颜色。
蓝色区域敏感性较高,很小的坐标变动就能引起颜色变化的感觉.
1960 CIE-UCS 中的三刺激值是U、V、W:色坐标是u、v
与1931 CIE-XYZ颜色系统的x,y的转换关系是:
5、U*V*W*色彩空间1964:U*V*W* 色彩空间是一种基于CIELUV 色彩空间的表示方法,它使用三个分量(U*、V*、W*)来表示颜色。U*V*W* 色彩空间通常用于颜色测量和颜色管理领域,因为它可以更好地表示颜色的明暗变化,并且具有较好的均匀性和可区分性。
1960 CIE-UCS颜色空间上面没有明度坐标(CIE y色度图上面的明度坐标是Y)使用CIE 1960颜色空间时,除了要列出u、v之外,还要单独列出明度Y值,这样对计算很不方便,
CIE 1964 颜色空间就综合了亮度和明度。U*、V*代表色度指数,W*代表明度指数.
CIE
1964 颜色空间中的U*、V*、W*与CIE 1960颜色空间的U、V、W转换关系如下:
综上所述,XYZ、xyY、UVW、U*V*W* 色彩空间通常用于颜色测量和颜色管理领域。
三、颜色测量设备搭建
Ocean
HDX 这类通用型光谱仪是颜色测量的理想选择,而且可以提供多种选择——包括超级快速的 Ocean FX 和功能强大的 FD-D8R 颜色检测系统——非常适合工业用途。使用适合您具体应用的光源、采样光学附件、反射标准板和操作软件组合来完善您的系统。
辐射颜色测量(针对发光物体)
在测量 LED、数字显示器或其他发射源的颜色输出时,您需要像积分球这类采样光学器件,以收集从样品中发出的光并将其传送到光谱仪。此外,您还需要校准光谱仪,以便对于每个波长上的光谱仪响应始终拥有准确的刻度。
内容来源:海洋光学,整理
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