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色度怎么測(cè),?色度測(cè)量的原理與發(fā)展歷程

時(shí)間:2024/6/25閱讀:700
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色度怎么測(cè),?色度測(cè)量的原理與發(fā)展歷程

如果您所在的領(lǐng)域要求顏色務(wù)必準(zhǔn)確,那您肯定懂得顏色測(cè)量設(shè)備的重要性,。
許多行業(yè)都使用分光光度儀來(lái)識(shí)別,、配制、測(cè)量和溝通顏色,。通過(guò)比較樣品和標(biāo)準(zhǔn),,它們可以辨別出小的色差。不論是概念設(shè)計(jì),、顏色配制還是生產(chǎn),,分光光度儀在所有顏色管理工作流程中都發(fā)揮著無(wú)可估量的作用。

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愛色麗Ci7800臺(tái)式積分球式分光光度儀

然而您是否思考過(guò),,這些設(shè)備是如何研發(fā)出來(lái)的?
今天,,我們就將回到過(guò)去,,了解眾多從事顏色測(cè)量設(shè)備相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)的科學(xué)巨匠。

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艾薩克牛頓使用棱鏡將白光折射成可見光譜的顏色


艾薩克·牛頓:光的多種顏色

盡管人類已經(jīng)模糊地認(rèn)識(shí)到光至少是形成色彩的部分原因,,但終是艾薩克·牛頓(1642-1727)使用玻璃棱鏡證明了一束白光可以被分成可見光譜。他在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)折射和彎曲光線,,將其分成單色光,,為我們提供了一種描述我們可見顏色范圍的有意義的方式,即ROY G. BIV - 紅色,,橙色,,黃色,,綠色,藍(lán)色,,靛藍(lán)和紫色,。
基于這種認(rèn)知,牛頓開發(fā)了Newton Color Circle(牛頓色環(huán)),,開始對(duì)互補(bǔ)色和加色混合進(jìn)行有趣的研究,。

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托馬斯·楊:人眼混合感知色彩

在19世紀(jì)早期,,托馬斯·楊發(fā)表了他的觀點(diǎn),,即人眼包含三種不同類型的顏色感受器,分別用于混合紅色,、綠色和藍(lán)色,,從而創(chuàng)造出我們可以看到的各種顏色。
他是對(duì)的,。


詹姆斯·克拉克·麥克斯韋電磁能

19世紀(jì)60年代,,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋通過(guò)證明紅色、綠色和藍(lán)色的組合可用于創(chuàng)造幾乎其他所需的顏色,,將托馬斯·楊的思想進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大,。
雖然意識(shí)到無(wú)法使用三種基色組合形成整個(gè)色調(diào)范圍,但他很快就發(fā)現(xiàn)通過(guò)一些減法,,就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)色域,。今天,這種現(xiàn)象被稱為人類三色刺激反應(yīng),。

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雖然麥克斯韋并不是第一個(gè)提出光線“波動(dòng)"論的人,但是他證明了光是電磁能量的一種形式,,且波長(zhǎng)范圍在380 nm(紫色)到750 nm(紅色)之間,。如今我們可以在該范圍內(nèi)用特定數(shù)字可見光譜的點(diǎn),比牛頓的Roy G. Biv更精確,!
那些波長(zhǎng)小于380 nm和大于750 nm的光呢,?麥克斯韋理論認(rèn)為它們同樣存在,但是我們的眼睛看不到它們,。今天我們知道波長(zhǎng)大于750 nm的是紅外線,,小于380 nm的是紫外線。
麥克斯韋還認(rèn)識(shí)到,,顏色的色調(diào)和飽和度(也被稱為彩度)與亮度無(wú)關(guān),,提前窺見了CIE色度圖中發(fā)展的內(nèi)容。


Guild & Wright:色彩空間

在20世紀(jì)20年代晚期,,W. David Wright和John Guild繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),,以評(píng)估看到可見光譜中任意一種顏色需要多少紅色,、綠色或藍(lán)色光能。他們的研究顯示,,可見光譜中顏色的波長(zhǎng)與人眼可以感知的顏色之間存在聯(lián)系,。

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該圖顯示了匹配可見光譜中任意顏色所需的紅色,、綠色或藍(lán)色光能

國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)將Guild和Wright的研究發(fā)布為1931 RGB色彩空間,,進(jìn)而形成了CIE 1931 XYZ色彩空間。雖然這些數(shù)學(xué)方程式幫助我們量化了人類對(duì)色彩的視覺(jué)反應(yīng),,并且是顏色測(cè)量設(shè)備的基礎(chǔ),,但是科學(xué)家們很快就認(rèn)識(shí)到這個(gè)由如此多綠色組成的二維模型并不,。

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與CIE 1931色彩空間大致同時(shí)發(fā)布的CIE色度圖是一種二維嘗試,用于以圖形比例記錄顏色


戴維·麥克亞當(dāng):容差

對(duì)于20世紀(jì)40年代為柯達(dá)工作的戴維·麥克亞當(dāng)來(lái)說(shuō),,色彩是一個(gè)非常有趣的課題,。他想知道在觀察者注意到差異之前,他能在多大程度上改變柯達(dá)黃色的顏色,。

在主(目標(biāo))樣本中,,他改變了色調(diào)、彩度(或飽和度)和亮度,,直到觀察者注意到差異,。然后他將結(jié)果繪制在CIE色度圖上。通過(guò)在各種各樣的顏色上重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn),,他成功創(chuàng)造出第一個(gè)容差圖,。


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每個(gè)顏色目標(biāo)周圍的這些可感知性限制顯示了在人眼注意到之前允許的差異量

在每種情況下,,匹配點(diǎn)的分布都會(huì)形成三維橢圓或橢圓體,。有趣的是,橢圓體的大小有所不同,,并且取決于顏色在色彩空間中的位置,。麥克亞當(dāng)發(fā)現(xiàn)彩度圖是不均勻的,并且為了將其用作色差工具,,務(wù)必為每種顏色不同的公差值,。結(jié)果還證明,我們的眼睛不會(huì)均勻地衡量色調(diào),、亮度和彩度,,人眼對(duì)色調(diào)偏移的敏感度大約是彩度或亮度變化的兩倍。


理查德·亨特:L*a*b*

基于麥克亞當(dāng)?shù)难芯?,理查德·亨特?0世紀(jì)40年代創(chuàng)造了一種新的三刺激色彩模型,。這個(gè)色彩空間(被他稱為L(zhǎng) * a * b *)使用三個(gè)軸來(lái)表示感知色差的近似均勻間隔,。垂直軸L表示亮度/暗度,白色為100,,黑色為0,,用于表示深色和淺色調(diào)之間的差異。水平軸a和垂直軸b代表主色軸,,正a為紅色,,負(fù)a為綠色;正b為黃色,,負(fù)b為藍(lán)色,。
通過(guò)這一顏色模型,亨特開發(fā)了一種在色彩空間中繪制精確顏色的方法,,并使用Delta E表征總色差,。
31年后,CIE發(fā)布了一個(gè)更新的模型 -  CIE L * a * b *  - 只對(duì)亨特的原始數(shù)學(xué)方法做了一些小改動(dòng),。如今,,它是報(bào)告色度值的推薦方法,也是我們?cè)S多顏色測(cè)量?jī)x器使用的數(shù)學(xué)方法,。

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CIE L*a*b*中的容差

從光、混色,、到可見光譜,,再到顏色模型和公差,這種實(shí)現(xiàn)的途徑是當(dāng)今顏色測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ),。



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