物体色的计量标准及量值传递

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第497页（3328字）

这里所说的物体是指自身不发光，靠光源照明后才看得见它的颜色，包括透明物质或不透明物质。物体的颜色是物质的一种属性，有利于人们认识物体和区分物体。从物体反射或透射出来的光的成份，已不同于照明光的光谱成份，因此，物体的颜色取决于：(1)光源的光谱成分，用光源的相对光谱功率分布P(λ)表示；(2)物体对光的反射或透射特性，用光谱反射比ρ(λ)或光谱透射比τ(λ)来表示；(3)光源照明物体时的入射角度和观察物体的角度。

为了使颜色测量结果具有可比性，国际照明委员会规定了几种标准照明体，分别以A、B、C、D来命名：

标准照明体A——是温度为2856K的黑体辐射光，它的相对光谱功率分布可以用普朗克公式计算出来。当然它的色温也是2856K。色温为2856K的钨丝白炽灯被规定为实用的A光源。

标准照明体B和C——分别代表相关色温为4874K的直射阳光和6774K的平均昼光，实用上的B光源和C光源是由A光源分别配上一个特殊的液体滤光器而得到的。CIE已建议取消这两种标准光源，但在某些产品的标准中，在表示产品的颜色参数时，仍使用C光源下的色坐标值。

标准照明体D——也称为重组昼光，用D₅₅，D₆₅，D₇₅来代表相关色温分别为5504K，6504K和7504K的标准照明体，并建议尽可能多使用D₆₅。总之，在灯光下的物体色计量应使用标准照明体A，在昼光下则应选用标准照明体D₆₅，表9．5－4是这几种标准照明体的相对光谱分布函数，在波长560mm处归一化为100．00。

表9．5－4 A、C和D₆₅标准照明体的相对光谱功率分布

为了使颜色测量标准化，国际照明委员会推荐了几种标准的几何条件，规定了对样品的照明方式和观察样品的方向。对反射样品来说有以下四种：

(1)照明光束与样品表面的法线成45°角入射，观测方向与法线一致，记号为45／0；

(2)照明光束垂直照射到样品表面，在与法线成45°角的方向上进行观测，记号为0／45；

(3)样品被漫射光照明，即表面被来自各个方向的光照明，在样品的法线上进行观测，记号为d／0；

(4)样品被光束垂直照射表面，收集从表面反射的所有方向上的反射光，记号为0／d。

对透射样品也规定了如下几种标准条件：

(1)光线垂直于样品的表面入射，透过样品后，在垂直于样品表面的方向接收透射光，记号0／0；

(2)样品被漫射光照明，在样品的另一侧接收所有方向上的透射光，记号为d／d；

(3)光线从样品的一侧垂直入射，在样品另一侧接收所有漫透射光线，记号为0／d，与此等效的是样品被漫射光照明，在另一侧与样品表面垂直方向上接收透射光线，记号为d／0。

计算样品三刺激值的公式9．5－1变为

式中P(λ)为标准照明体的相对光谱功率分布，可选A，D65或其他标准照明体中的一种；φ_(λ)为用某种标准几何条件测出的样品的光谱反射系、光谱透射系数或光谱亮度因数(对45／0或0／45条件来说)，光谱亮度因数是样品在各个波长上的亮度与完全漫反射体的亮度之比；K为归一化系数，若令，则计算所得的Y值等于样品的总反射系数或总透射系数。

当色匹配函数用10°视场的，，，时，所得的三刺激值就是10°视场的X₁₀，Y₁₀，Z₁₀，并可得相应的色坐标x₁₀，y₁₀。

对于反射样品，色度计量的传递标准是反射标准色板(包括标准白板)，根据不同用途，由不同材料制成。标准白板可用硫酸钡、氧化镁或海伦等粉末压制而成，或用陶瓷、搪瓷、乳白玻璃等材料制成。标准色板用陶瓷、搪瓷、金属、织物、纸板、塑料等制成，一般制成圆形、方形、矩形，应具有一定厚度和一定的机械强度，表面平整，颜色均匀，每套由五至七块不同颜色的色板组成。

标准白板和标准色板的光谱反射比，是由计量部门标定的。根据光谱反射比数据及选定的标准照明体(A或D₆₅)、标准匹配函数(2°视场或10°视场)计算三色刺激值和色坐标。表9．5－5为一、二级标准色板的允许误差，其中ΔY是反射系数的误差，并规定完全漫反射体的Y值等于100。

表9．5－5反射标准色板

各行业有适应本行业需要的标准色卡，如纺织印染行业有由各种织物染成的色卡，印刷行业有用油墨在纸张上印制的色卡，油漆涂料行业有用各种彩色油漆喷涂在纸板、木板或金属板上的色卡。这些色卡的色坐标值，都应溯源到标准色板上去。

白度在造纸、纺织、印染等行业，以及米、面等粮食制品行业广泛使用，白度计也是颜色测量仪器的一种。国际推荐的白度W由下式计算：

W=Y+800(x_n－x)+1700(y_n－y) (9．5－7)

式中x_n，y_n是完全漫反射体的色坐标，x，y是样品色坐标，Y是样品的刺激值，所有色坐标都用D₆₅标准照明体，2°或10°视场的标准色匹配函数来计算。

在样品的反射率很低时，谈论白度是没有意义的，故规定W值的范围：

40＜W＜(5Y－280) (9．5－8)

此外，在样品明显带有某种色调时，则应该用色度而不是白度来描述样品，故规定样品的色泽T_W由下式计算：

T_W=1000(x_n－x)－650(y_n－y) (9．5－9)

当－3＜T_W＜3时，才可用式9．5－7来评价白度。

检定白度计用一套专用的标准白板，这些标准白板在可见光谱范围内的光谱反射比应平坦、无光谱选择性。每套标准白板由四块组成，其光谱辐亮度系数分别为：＞87%，(82±4)%，(73±4)%和(65±4)%。白度计按其示值误差的大小分级，一、二、三级白度计的示值误差分别为±1，±1．5和±2．5。

【参考文献】：

［1］现代计量学概论，鲁绍曾主编，中国计量出版社，1987。

［2］现代计量测试技术，王江主编，中国计量出版社，1990。

［3］光度学，郝允祥等编着，北京师范大学出版社，1988。

［4］色度学，荆其诚等编着，科学出版社1979，。

［5］Principles Governing Photometry，Metrologia，19，97－101，1983．

［6］Accurate Measurement and Correction for Nonlinearities in Radiometers，J．Res．NBS，67A，1972．