主講：

伍洪標(biāo)

目錄

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

二．基本原理

三.物體色測(cè)量方法的分類

四.試樣要求與制備

五.彩色試樣的測(cè)

六.數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

我們的生存空間是一個(gè)多姿多彩的世界，在我們生活的周圍環(huán)境中幾乎每時(shí)每刻都能見(jiàn)到大自然物體的各種顏色。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，人工制造物體的顏色也隨處可見(jiàn)。因此，色度指標(biāo)值的測(cè)量和檢驗(yàn)，已成為全世界各行各業(yè)生產(chǎn)中質(zhì)量控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)的關(guān)鍵。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，彩色水泥、彩色玻璃制品，彩色陶瓷制品、搪瓷用彩色琺瑯等，都要涉及顏色的測(cè)量。此外，紡織、印染、造紙、化工、家用電器、食品等行業(yè)也需要對(duì)顏色進(jìn)行測(cè)定。

本實(shí)驗(yàn)的目的

1．了解物體顏色的基本概念及表示方法。2．了解物體色的測(cè)量方法。3．掌握用色彩色差計(jì)測(cè)量反射物體、透射物體色度值的測(cè)量技術(shù)。1．物體的顏色

物質(zhì)的顏色與光密切相關(guān)。按物理學(xué)的觀點(diǎn)，太陽(yáng)輻射是一種電磁波，太陽(yáng)光只是其中的一部分，它是由不同波長(zhǎng)的光所組成的。除可見(jiàn)光外，還有紫外光和紅外光。二．基本原理

通常，物質(zhì)的顏色是物質(zhì)對(duì)太陽(yáng)可見(jiàn)光（白光）選擇性反射或透過(guò)的物理現(xiàn)象（物質(zhì)本身的自發(fā)光也使物質(zhì)產(chǎn)生顏色，限于篇幅，這里不做介紹）?？梢?jiàn)光被物體反射或透射后的顏色，稱為

物體色。不透明物體表面的顏色，稱為

表面色。

根據(jù)三原色學(xué)說(shuō)，任何一種顏色的光，都可看成是由藍(lán)、綠、紅三種顏色的光按一定比例組合起來(lái)的。

“顏色視覺(jué)”是由于外界物質(zhì)的輻射能刺激于人們眼睛內(nèi)視膜網(wǎng)敏感的視覺(jué)神經(jīng)中心末稍而引起的。光進(jìn)入眼睛后，三種顏色的光分別作用于視膜網(wǎng)上的三種細(xì)胞上，產(chǎn)生激勵(lì)，在視神經(jīng)中，這些分別產(chǎn)生的激勵(lì)又混合起來(lái)，產(chǎn)生彩色光的感覺(jué)。二．基本原理

物體的顏色與照射的光源和人眼對(duì)顏色的感覺(jué)有關(guān)。由于人的生理上的差別，各人對(duì)顏色的靈敏性也大不相同，因此，人對(duì)顏色的判斷帶有很大的主觀性。人類視覺(jué)的這些缺點(diǎn)是難以正確測(cè)定顏色的原因。2．顏色的表示方法

為了準(zhǔn)確地描述和表示物體的顏色，新興了一門科學(xué)——色度學(xué)。色度學(xué)是研究人的顏色視覺(jué)規(guī)律，顏色測(cè)量的理論與技術(shù)的科學(xué)。在這門科學(xué)里，物體的顏色一般用色調(diào)、色彩度和明度這三種尺度來(lái)表示。

色調(diào)表示紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色特性。

色彩度是用等明度無(wú)彩點(diǎn)的視知覺(jué)特性來(lái)表示物體表面顏色的濃談，并給予分度。

明度表示物體表面相對(duì)明暗的特性，是在相同的照明條件下，以白板為基準(zhǔn)，對(duì)物體表面的視知覺(jué)特性給予的分度。

此外，還用色差來(lái)表示物體顏色知覺(jué)的定量差異。二．基本原理2．顏色的表示方法

使用規(guī)定的符號(hào)，按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)稱為色度系統(tǒng)（亦稱表色系統(tǒng)）。

為了科學(xué)地表征顏色特征，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE—InternationalCommissiononIllumination）創(chuàng)立了CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。

由CIE1931年規(guī)定的光譜三刺激值為表示的色度系統(tǒng)，稱為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，有時(shí)稱為20視場(chǎng)XYZ色度系統(tǒng)。

由CIE1964年規(guī)定的光譜三刺激值為表示的色度系統(tǒng)，稱為CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，有時(shí)稱為100視場(chǎng)X10Y10Z10

色度系統(tǒng)。二．基本原理2．顏色的表示方法

在X10Y10Z10

色度系統(tǒng)中，色品（度）坐標(biāo)x10、y10、z10

按下式計(jì)算：

二．基本原理式中的X10、

Y10、Z10是儀器測(cè)得試樣的三刺激值。如果兩種顏色完全一致，則限定這兩種顏色的三刺激值必須相同。其中，Y10還表示顏色的明亮程度。

色度圖色度圖CIE1931年色度系統(tǒng)色品圖（補(bǔ)充件）備注：①標(biāo)準(zhǔn)照明體②20視場(chǎng)

CIE1964年色度系統(tǒng)色品圖（補(bǔ)充件）①標(biāo)準(zhǔn)照明體D65②100視場(chǎng)

色品圖及樣品的標(biāo)注

表示色品坐標(biāo)的平面圖稱為色品（度）圖。在X10Y10Z10

色度系統(tǒng)中，以色品坐標(biāo)為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)。圖中有波長(zhǎng)分度的曲線，是把各單色光刺激點(diǎn)連接起來(lái)形成的光譜軌跡，把光譜軌跡兩端連接的直線是紫軌跡，如圖49-1所示。從、色品圖中可見(jiàn)，可見(jiàn)光顏色分布在一個(gè)色品三角形中，物體的色品值可以在色品三角形中用唯一的點(diǎn)來(lái)確定。但要精確地表示一個(gè)物品的顏色，必須用一個(gè)色品坐標(biāo)和一個(gè)明度因子來(lái)確定。圖49—1X10Y10Z10

色度系統(tǒng)的色品圖

三.物體色測(cè)量方法的分類

顏色測(cè)量方法一般分為光譜光度測(cè)色法和刺激值直讀法兩大類。⑴

光譜光度測(cè)色法光譜光度測(cè)色法用光譜光度計(jì)（帶積分球的分光光度計(jì)）進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量波長(zhǎng)的范圍一般為380～780ｎｍ，不能小于400～700ｎｍ。試樣測(cè)量結(jié)果是單色光與透過(guò)率或反射率的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，需按公式經(jīng)復(fù)雜的計(jì)算才能得出三刺激值和色品坐標(biāo)值。⑵

刺激值直讀法刺激值直讀法用光電類測(cè)色儀器進(jìn)行測(cè)定，這類儀器利用具有特定光譜靈敏度的光電積分元件，能直接測(cè)量物體的三刺激值或色品坐標(biāo)，因而稱之為光電積分儀器。光電積分儀器包括光電色度計(jì)和色差計(jì)等。①光電色度計(jì)光電色度計(jì)是一種測(cè)量光源色和由儀器外部照明的物體色的光電積分測(cè)色儀器，用光電池、光電管或光電倍增管做探測(cè)器，每臺(tái)儀器由3個(gè)或4個(gè)探測(cè)器將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行輸出，得出待測(cè)色的三刺激值或色度坐標(biāo)。②色差計(jì)色差計(jì)是利用儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)光源照明來(lái)測(cè)量透射色或反射色的光電積分測(cè)色儀器，一般由照明光源、探測(cè)器、放大調(diào)節(jié)、儀表讀數(shù)或數(shù)字顯示、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理等部分組成。通常用3個(gè)探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行輸出，得出待測(cè)色的三刺激值或色度坐標(biāo)；還可以通過(guò)模擬計(jì)算電路或連機(jī)的電子計(jì)算機(jī)給出兩個(gè)物體色的色差值。因此，這是一種操作簡(jiǎn)便的實(shí)用測(cè)色儀器。物體色測(cè)量方法的分類

SC-80色彩色差計(jì)的儀器結(jié)構(gòu)⑴主機(jī)⑵液晶顯示器⑶操作鍵盤⑷光學(xué)測(cè)試頭⑸可升降的測(cè)試臺(tái)⑹電源開關(guān)⑺電源線插座⑻保險(xiǎn)管⑼打印機(jī)插座⑽連接電纜插座⑾支架⑿鎖緊丁⒀樣品架⒁擋光板⒂光欄

SC-80輕便色彩色差計(jì)的測(cè)試條件及有關(guān)數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)照明體D65

相關(guān)色溫約為6504K的平均晝光。

視場(chǎng)當(dāng)頭和眼睛不動(dòng)時(shí)，被觀察物的立體角范圍。

照明余觀察條件，在GB3979中規(guī)定有o/d

和d/o兩種幾何光學(xué)條件。四.試樣要求與制備

待測(cè)試樣可以是陶瓷墻地磚、平板玻璃等成型制品，也可以是水泥等粉末狀制品。⑴

塊狀樣品的制備對(duì)于成型制品，每批取樣一般不少于三塊（件）。①

試樣切割對(duì)于陶瓷墻地磚，用切割機(jī)將其切成６.５×６.５ｃｍ的小塊做試樣。對(duì)于玻璃，用玻璃刀將其切成６.５×６.５ｃｍ的小塊做試樣。試樣切割之后，檫凈備用。②

試樣處理在一般情況下不必烘樣。如果試樣受潮影響其測(cè)量結(jié)果時(shí)，應(yīng)將其置于105～110℃的干燥箱中烘1小時(shí)。取出后置于干燥器中冷卻到室溫備用。試樣要求與制備

⑵粉狀試樣板的制備

采用恒壓粉體壓樣器，將待測(cè)粉體試樣壓制成粉體試樣板。試樣板的表面應(yīng)平整、無(wú)紋理、無(wú)疵點(diǎn)和無(wú)污點(diǎn)。每批待測(cè)試樣（產(chǎn)品）須壓制三塊試樣板。

恒壓粉體壓樣器試樣板裝料壓樣五.彩色試樣的測(cè)試㈠．反射樣品的測(cè)量對(duì)于陶瓷墻地磚、不透明的玻璃試樣塊及粉體試樣板的測(cè)量。㈡．透射樣品的測(cè)量對(duì)于透明玻璃或其他透明體的測(cè)量。

六.數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理

目前，物體顏色基本參數(shù)的測(cè)定并不困難，問(wèn)題是測(cè)定后的色度參數(shù)計(jì)算比較復(fù)雜。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11942-89的規(guī)定，除了要求用樣品的色品坐標(biāo)x10

、y10表示彩色建筑材料的測(cè)量結(jié)果外，必須用一個(gè)色品坐標(biāo)和一個(gè)明度因子來(lái)確定物品的顏色。

用SC-80色彩色差計(jì)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，測(cè)定結(jié)果可由打印機(jī)打出。

色品坐標(biāo)用x10

、y10來(lái)表示。

明度因子用測(cè)定結(jié)果Y來(lái)表示（顏色的明亮程度）。

此外，還要計(jì)算主波長(zhǎng)（或補(bǔ)色波長(zhǎng)）和興奮純度來(lái)表示彩色建筑材料的測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11942-89指出：“本標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）1964和1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的三刺激值和色品坐標(biāo)表示結(jié)果。也可以用CIE1976L*、a*、b*色度空間或主波長(zhǎng)（補(bǔ)色波長(zhǎng)）和興奮純度表示結(jié)果”。因此，測(cè)定記錄與數(shù)據(jù)處理應(yīng)包括這些內(nèi)容。雖然用SC-80色彩色差計(jì)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，測(cè)定結(jié)果可由打印機(jī)打出，但打印結(jié)果不直觀，而且是每個(gè)樣品打印一次，為清楚起見(jiàn)，可按右表的形式將幾個(gè)樣品的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理記錄。六.數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理

為了計(jì)算主波長(zhǎng)（或補(bǔ)色波長(zhǎng)）和興奮純度。首先要繪制色度圖，再將試樣的色品坐標(biāo)標(biāo)注在色度圖中，再求主波長(zhǎng)與興奮純度。求主波長(zhǎng)與興奮純度的方法可歸結(jié)為三種：

第一種是傳統(tǒng)的手工制圖法，當(dāng)然，手工作圖是十分麻煩且不準(zhǔn)確的。

第二種是計(jì)算機(jī)制圖法，得出的結(jié)果比手工制圖法好一些。

第三種是計(jì)算機(jī)解析計(jì)算法，得出的結(jié)果比較精確。⑴作圖法在色品圖（圖49-1）上將試樣的色品坐標(biāo)值x10、y10標(biāo)在圖上，這個(gè)點(diǎn)稱為試樣色品點(diǎn)（如圖中的M）。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)照明體色品點(diǎn)O和試樣色品點(diǎn)M作一直線，并使之與光譜軌跡相交（如圖中的L），則該點(diǎn)在光譜軌跡上的波長(zhǎng)就是主波長(zhǎng)。作圖法比較簡(jiǎn)單，但求出的結(jié)果不太精確。1．主波長(zhǎng)λD的確定

主波長(zhǎng)是把單色光和特定的白光以適當(dāng)?shù)谋壤嗉訒r(shí)，能夠達(dá)到與試驗(yàn)色刺激相匹配時(shí)的單色光刺激的波長(zhǎng)。顏色的主波長(zhǎng)大致相當(dāng)于日常生活中觀察到的顏色的色調(diào)。利用儀器測(cè)得的樣品的色度坐標(biāo)和光源的色度坐標(biāo)，就可以通過(guò)兩種方法確定樣品的主波長(zhǎng)。1．主波長(zhǎng)λD的確定①手工作圖法

主波長(zhǎng)主波長(zhǎng)可以用手工計(jì)算。根據(jù)色度圖上連接光源點(diǎn)和樣品點(diǎn)的直線的斜率，查表讀出直線與光譜軌跡的交點(diǎn)就可以定出主波長(zhǎng)。這種方法的計(jì)算精度可達(dá)1納米，但所要查的表很長(zhǎng)，這里不引用，也不要求做這種計(jì)算。

計(jì)算機(jī)制圖法的特點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)繪制色度圖，然后將試樣的色品坐標(biāo)標(biāo)注在色度圖中，從圖中讀出主波長(zhǎng)及其他數(shù)據(jù)，計(jì)算興奮純度。

②計(jì)算機(jī)解析計(jì)算方法計(jì)算機(jī)解析計(jì)算方法的特點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)繪制色度圖，然后將試樣的色品坐標(biāo)標(biāo)注在色度圖中，不需從圖中讀出主波長(zhǎng)的坐標(biāo)值，而是通過(guò)添加趨勢(shì)線，得出曲線方程，再通過(guò)解方程組來(lái)求取測(cè)定結(jié)果。

首先，用鼠標(biāo)選中標(biāo)準(zhǔn)照明體（D65）色度點(diǎn)O和試樣色度點(diǎn)M所作的直線OM,

用“添加趨勢(shì)線”方法給出這直線的方程。

以光譜軌跡相交點(diǎn)L附近的單色光刺激點(diǎn)A、B的坐標(biāo)繪制一直線AB，然后點(diǎn)擊直線AB，讓Excel確定直線AB的趨勢(shì)線，并給出直線AB的方程。解由這兩個(gè)方程組成的方程組，得試樣在光譜軌跡上交點(diǎn)（主波長(zhǎng)）的色度坐標(biāo)值。

2.

興奮純度的計(jì)算

①手工作圖法在CIE1964色度圖上，從白點(diǎn)O到試樣色度點(diǎn)M的距離，與從白點(diǎn)到試樣主波長(zhǎng)點(diǎn)的距離之比稱為興奮純度。將從圖中查出的各個(gè)坐標(biāo)值代入下式進(jìn)行計(jì)算：

或者

以上兩個(gè)計(jì)算公式，前式稱“X式”，可用Pex表示。后式稱“Y式”，可用Pey表示。從計(jì)算結(jié)果看，用Y式和X式計(jì)算的數(shù)值基本一致。

2.

興奮純度的計(jì)算②計(jì)算機(jī)解析計(jì)算方法計(jì)算機(jī)解析計(jì)算方法的特點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)繪制色度圖，然后將試樣的色品坐標(biāo)標(biāo)注在色度圖中，不需從圖中讀出主波長(zhǎng)及其他數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算興奮純度，而是通過(guò)添加趨勢(shì)線，得出曲線方程，再通過(guò)解方程組來(lái)求取測(cè)定結(jié)果。

在CIE1964色度圖上，從白點(diǎn)O到試樣色度點(diǎn)M的距離，與從白點(diǎn)到試樣主波長(zhǎng)點(diǎn)的距離之比稱為興奮純度。將求出各點(diǎn)的坐標(biāo)值代入下式進(jìn)行計(jì)算：

以上計(jì)算可由Excel自動(dòng)進(jìn)行。

測(cè)定結(jié)果匯總

根據(jù)