顏色測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化之照明觀察幾何條件

發(fā)布時(shí)間： 2018-05-16　　點(diǎn)擊次數(shù)： 4311次

由于顏色視覺的復(fù)雜性，顏色測(cè)量和目視評(píng)價(jià)條件必須標(biāo)準(zhǔn)化，這樣結(jié)果才有可比性。根據(jù)照明委員會(huì)CIE的規(guī)定，顏色測(cè)量必須在以下三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化：在計(jì)算被測(cè)量樣品的三刺激值時(shí), 照明光源選擇標(biāo)準(zhǔn)照明體，常用的標(biāo)準(zhǔn)照明體有A、C、D65；②計(jì)算被測(cè)量樣品的三刺激值時(shí), 要選用標(biāo)準(zhǔn)觀察者，小視場(chǎng)(1°~4°)選用CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者，大視場(chǎng)(10°)時(shí)選取用CIE1964標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充色度觀察者；③測(cè)量裝置必須選擇標(biāo)準(zhǔn)化幾何條件（Geometry），即標(biāo)準(zhǔn)照明觀察條件。

2004年以前CIE推薦幾何條件

物體色的顏色測(cè)量是通對(duì)光譜或三刺激值的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此測(cè)量結(jié)果與光源、探測(cè)器和樣品的相對(duì)位置關(guān)系，即幾何條件有關(guān)。同樣的，對(duì)顏色樣品的目視評(píng)價(jià)也會(huì)受照明和觀察的幾何條件影響，測(cè)量結(jié)果和目視評(píng)價(jià)的相關(guān)程度依賴于儀器測(cè)量的幾何條件對(duì)實(shí)際觀察時(shí)的幾何條件的模擬程度。在2004年之前，CIE根據(jù)人眼觀察物體的主要方式規(guī)定了4種反射測(cè)量的幾何條件和4種透射測(cè)量的幾何條件。以反射測(cè)量為例，如下圖所示，這些幾何條件包括：0/d(垂直照明/漫射接收)，d/0(漫射照明/垂直接收)，0/45(垂直照明/45°接收)和45/0 (45°照明/垂直接收)。

CIE在2004年以前的4種反射測(cè)量的幾何條件

根據(jù)CIE規(guī)定在0/45，45/0，d/0三種條件下測(cè)得的光譜反射因數(shù)稱為光譜輻亮度因數(shù)，分別記為ρ0/45 、ρ45/0 、ρd/0 ；在0/d條件下測(cè)得的光譜反射因數(shù)稱為光譜反射比ρ。

2004年CIE推薦幾何條件

隨著儀器制造業(yè)和其它顏色應(yīng)用的不斷發(fā)展，幾何條件的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，上述幾何條件的表示方法已經(jīng)不能全面地闡述測(cè)量狀態(tài)。例如規(guī)則反射成分或鏡面反射成分是否包含、45/0條件中入射光的實(shí)現(xiàn)方式等均未能在符號(hào)中表示。因此，CIE于2004年在其出版物中對(duì)幾何條件的表示方法進(jìn)行了修訂，并取消了儀器測(cè)量中“照明/觀測(cè)條件”的提法，代之以“幾何條件”以避免與目視觀察條件相混淆。

對(duì)于物體反射色度的測(cè)量，CIE規(guī)定了如下10種幾何條件

(1) 漫射：8°幾何條件，包含鏡面成分；簡(jiǎn)寫符號(hào)為di:8°

這里，di 是 Diffusion 和Included的縮寫。如下圖所示，取樣孔徑被以其平面為界的半球內(nèi)表面從各個(gè)方向均勻地照明，測(cè)量區(qū)域過(guò)充滿。探測(cè)器對(duì)取樣孔徑區(qū)域的響應(yīng)均勻，反射光束軸線和樣品中心法線成8°角，在接收光束軸線5°內(nèi)的所有方向上認(rèn)為取樣孔徑反射的輻射是均勻的。

CIE的di:8°幾何條件

(2) 漫射：8°幾何條件，排除鏡面成分；簡(jiǎn)寫符號(hào)為de:8°

這里，de 是 Diffusion 和Excluded的縮寫。如下圖所示，首先滿足di:8°的條件，但是用一個(gè)光澤陷阱取代了di:8°的反射平面。因此將單面的平面反射鏡放置于取樣孔徑處時(shí)，沒有光反射到探測(cè)器方向，并且在這個(gè)方向的1°以內(nèi)也沒有鏡面反射，以便為儀器雜散光或?qū)?zhǔn)誤差留有寬容度。

CIE的de:8°幾何條件

(3) 8°：漫射幾何條件,包含鏡面成分；簡(jiǎn)寫符號(hào)為8°:di

該幾何條件滿足di:8°的條件，但照明光源與探測(cè)器的光路相反。因此取樣孔徑被與法線成8°角的光照明，以參考平面為界的半球收集取樣孔徑反射的各個(gè)角度的通量，如下圖所示

CIE的8°:di幾何條件

(4) 8°：漫射幾何條件，排除鏡反射成分；簡(jiǎn)寫符號(hào)為8°:ｄe

該幾何條件滿足de:8°的條件，但照明光源與探測(cè)器的光路相反，如下圖所示。CIE的8°:de幾何條件

(5) 漫射/漫射幾何條件，簡(jiǎn)寫符號(hào)為d:d

該幾何條件的照明滿足di:8°的條件，且以參考平面為界的半球收集取樣孔徑反射的各個(gè)角度通量。

(6) 備選的漫射幾何條件(d:0°)

該幾何條件是備選漫射幾何條件，它的出射方向沿著樣品法線，這是嚴(yán)格的不包含鏡面反射的幾何條件。

(7) 45°環(huán)帶/垂直幾何條件(45°a:0°)

這里，a是annular的縮寫。如下圖所示，從頂點(diǎn)位于取樣孔徑中心，中心軸位于取樣孔徑法線上，半角分別為40°和50°的兩個(gè)正圓錐之間各個(gè)方向射來(lái)的光均勻地照明取樣孔徑；探測(cè)器從頂點(diǎn)位于取樣孔徑中心，中心軸沿樣品法線方向半角為5°的正圓錐內(nèi)均勻接收反射輻射。這種幾何條件可以將樣品質(zhì)地和方向的選擇性反射影響降至zui低。如果這種照明幾何條件是由多個(gè)光源以接近于形排列來(lái)近似得到，或者由多根出光口排列成圓形且被單個(gè)光源照明的光纖束近似得到，就得到圓周/垂直幾何條件(45°c:0°)。

CIE規(guī)定的45°a:0°幾何條件

(8) 垂直 /45°環(huán)帶幾何條件(0°:45°a)

其中角度和空間條件滿足45°a:0°的條件，但照明光源與探測(cè)器的光路相反。因此取樣孔徑被垂直照明，反射輻射被中心與法線成45°角的環(huán)帶接收。

(9) 45°單方位/ 垂直(45°ｘ:0°)

其中角度和空間條件滿足45°ａ：0°的條件，但輻射只從一個(gè)方位角發(fā)出，這排除了鏡反射，但突出了質(zhì)地和方向性。符號(hào)中ｘ表示入射光束從某任意方位照射參考平面。

(10) 垂直 45°單方位(0°:45°ｘ)

其中角度和空間條件滿足45°ｘ：0°的條件，但光路相反。因此樣品表面被垂直照明，從與法線成45°角的某個(gè)方位接收反射輻射。

CIE規(guī)定，在幾何條件符合(1)、(2)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)的情況下測(cè)量的結(jié)果是光譜反射因數(shù)；當(dāng)測(cè)量張角足夠小時(shí)，反射因數(shù)的量值與輻亮度因數(shù)的量值相同。符合幾何條件（3）且積分球?yàn)槔硐敕e分球時(shí)，測(cè)量結(jié)果為反射比，也是臺(tái)式分光光度計(jì)zui常采用的幾何條件。因此在45°ｘ:0°條件可以給出輻亮度因數(shù)β45:0；在0°:45°ｘ條件下可以給出輻亮度因數(shù)β0:45；在di:8°條件下可以給出輻亮度因數(shù)βdi:8，它接近于輻亮度因數(shù)βｄ:0；在8°:di條件的測(cè)量結(jié)果是反射比ρ。

對(duì)于透射物體的顏色測(cè)量，CIE規(guī)定了如下6種幾何條件

(1) 垂直/垂直幾何條件(0°:0°)

如下圖，入射與測(cè)量的幾何條件都是*相同的正圓錐狀，正圓錐的軸位于取樣孔徑中心的法線上，半角是 5°，取樣孔徑的面輻射和角輻射以及探測(cè)器的面響應(yīng)和角度響應(yīng)都是均勻的。