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色度怎么測(cè)？色度測(cè)量的原理與發(fā)展歷程

更新時(shí)間：2024-06-25      瀏覽次數(shù)：282

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(ài)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(jiàn)光譜的顏色


艾薩克·牛頓：光的多種顏色

盡管人類(lèi)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(jiàn)光譜。他在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)折射和彎曲光線(xiàn)，將其分成單色光，為我們提供了一種描述我們可見(jiàn)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(kāi)發(fā)了Newton Color Circle（牛頓色環(huán)），開(kāi)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(lèi)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(chēng)為人類(lèi)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(xiàn)“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(jiàn)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(xiàn)，小于380 nm的是紫外線(xiàn)。
麥克斯韋還認(rèn)識(shí)到，顏色的色調(diào)和飽和度（也被稱(chēng)為彩度）與亮度無(wú)關(guān)，提前窺見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(lèi)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?chē)倪@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)难芯浚聿榈隆ず嗵卦?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(chēng)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(kāi)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(jiàn)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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