明明目视都一样,数据却不匹配? — 不可忽略的表面物理状况

对于测色仪器,CIE 规定了多种典型的测量结构。其中积分球型测量结构通用性强,被广泛应用于各个行业。

对于反射型颜色测量,市面上最流行的结构为d/8°,即积分球散射照明,8°接受器接收。另外根据接受器对称位置积分球的状态,又可分为包含镜面反射状态和排除镜面反射状态。

如下图,积分球是一个内壁呈白色的圆球,其内壁有极高的反射和散射性能,广泛用于光源的色度和强度的测量。当其用于颜色测量仪器时,球体会有多个开孔,其中之一是测量孔,它与被测物体紧密接触;另外还有一个观测孔,即接受器孔,它在测量孔对面,一般与法线呈8º,用于采集物体的反射光;在与观测孔相对于法线对称的地方的开孔,为镜面反射孔(有时也称作光泽吸收井),这个孔可以关闭和打开,用来控制镜面反射光的采集与否。


测量物体颜色时,光源会从侧面射入球体内部;因为内壁为高反射材料,光会在内壁反复反射,最后照射在样品表面;样品将反射部分色光,被在8°位置的接受器接收;接受器将对光进行分解(分光),并通过处理器计算出反射率曲线,然后计算出诸如CIELabCh等常用颜色参数。

与接受器对称的位置有两种状态:

  • 一种为积分球全封闭状态,此时测量获得的数据,我们成为包含镜面反射数据(Specular Component Included,简写:SCI,SPIN);

  • 一种为积分球敞开状态,此时测量获得的数据,成为排除镜面反射数据(Specular Component Excluded,简写:SCE,SPEX)。

左边为包含镜面反射,右边为排除镜面反射

由于积分球内壁为高反射率高散射材料,内壁上的任一点相当于一个点光源,那么包含与排除的差异可以理解为镜面处的光源发光与否。

左边为包含镜面反射,右边为排除镜面反射

可见包含镜面反射状态下,我们看到的结果包含了镜面反射光;而排除镜面反射状态下,则只看到散射光引起的反射,没有镜面光。那么这两种状态对于我们颜色测量与生产有何不同意义呢?我们也可以按照图下面示意图来分析:

图中两个样品的材质相同,但表面的物理状况不同。当相同的光源照射到样品表面后,会发生光的吸收、散射和镜面反射。

样品表面的物理变化会影响光的传播,当表面比较光滑时,样品光泽较高,镜面反射光会比较强,散射会比较弱;当表面比较粗糙时,样品光泽较低,镜面反射光会比较弱,散射会比较强。

所以对于相同材质的样品,若只是光泽差异,在包含镜面反射状态下测量结果是一致的(即1+2=2+1),这时其反映的是材质本身的颜色,我们称之为真实色。

但在排除镜面反射状态下,样品间的差异会比较大(1≠2),数据反映的是材质和表面物理状况的综合变化,我们称之为表观色,此状态下与人眼的视觉效果更为接近。

举个实例:上图这个紫色样板是我们在塑料行业常见的颜色色板样式,根据光泽不同我们可分成三个区域: V1为高光泽区域,V2为磨砂区域,V3为皮纹区域。我们以V1作为标准,将V2和V3与其对比,测量得到的结果如下:

包含镜面反射数据:

不同位置数据比较一致,色差很小,这是由于它们的材质(包括树脂和配方)相同;所以包含镜面反射状态配色工艺中普遍使用。

排除镜面反射数据:

可见高光与低光泽数据差异很大,这是由于不同的表面物理状况(光泽和皮纹)产生了不同的镜面反射引起的,这和我们的目视效果保持了一致,所以在最终产品质检过程中广泛使用。

最后我们用一个表格总结两种状态的差异和特点:


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