在使用色差儀測量顏色時(shí),觀察和測量的結(jié)果取決于材料反射光和和接收光的大小和比例。反射光對顏色測量有“沖淡”的影響,降低顏色飽和度。當(dāng)進(jìn)入傳感器觀察角度的光中接收光比例越大時(shí),被測樣品的顏色被“沖淡”的程度就越大,從測量結(jié)果上看,色飽和度就越小。在實(shí)際的測色儀器設(shè)計(jì)中,以di:8°、de:8°、45:0(0:45)條件最為常見,下面對三種幾何條件詳細(xì)介紹。
d:8幾何條件包含反射光測量結(jié)構(gòu)(di:8°)的光澤影響:
di:8°測量結(jié)構(gòu)如下圖所示。在這種測量條件下,光源發(fā)出的光首先入射到積分球內(nèi)壁上,通過積分球?qū)悠愤M(jìn)行漫射照明,觀察角度接近垂直于材料表面方向。在通常的儀器設(shè)計(jì)中通常選擇8"作為觀察角度。這樣做的原因是,觀察口徑通常設(shè)置了透鏡等光學(xué)器件,會(huì)反射一部分入射光線。鏡面反射光在8。和0。位置的光強(qiáng)是非常接近的,不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生太大的影響。在di:8°結(jié)構(gòu)中,進(jìn)入觀察角度的光強(qiáng),包括一部分在材料表面發(fā)生的鏡面反射光。當(dāng)被測材料是高光澤鏡面時(shí),測量孔徑相對表面法線對稱方向的積分球壁發(fā)出的光線經(jīng)過被測物體表面的鏡面反射之后,鏡面反射光會(huì)進(jìn)入測量孔徑。下圖比較了在di:8°幾何條件下測量高光澤表面和粗糙表面的情況。這兩種表面假設(shè)其材料本身顏色相同,只是表面光澤有區(qū)別。入射至物體表面的光線來自積分球球壁,從各個(gè)方向入射。由于反射光總量沒有變化,兩種情況下傳感器測量得到的結(jié)果沒有區(qū)別。
d:8°幾何條件去除反射光測量結(jié)構(gòu)(de:8°)的光澤影響:
de:8°結(jié)構(gòu)如下圖所示。這種結(jié)構(gòu)在 di:8°上進(jìn)行了更改,在積分球球壁上和觀察孔徑對稱的方向開孔,放置光澤陷阱。在de:8°結(jié)構(gòu)中,光阱放置在
8°位置。當(dāng)光線入射至光阱位置時(shí),被光阱吸收。下圖為de:8°結(jié)構(gòu)在測量高光澤表面時(shí)的具體情況。由于光阱的作用,鏡面反射光不能進(jìn)入傳感器。在這種情況下,進(jìn)入觀察孔徑的只是涂層反射光。下圖為在粗糙表面測量的情況,這種情況下進(jìn)入觀察孔徑的光線包括了表面漫反射光和涂料,層反射光。所以,de:8°結(jié)構(gòu)在測量本身顏色相同,只是表面光澤有區(qū)別的高光澤表面和粗糙表面時(shí),測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生差別。由于在測量粗糙表面時(shí),混入了材料表面反射光,所以測量結(jié)果顏色飽和度降低,“沖淡”了所測得的材料顏色,使人感覺顏色不那么鮮艷。
de:8°幾何條件的提出是為了在 d:8 測量中更好與人眼評價(jià)結(jié)果保持一致,但是并不是在所有測量中都能達(dá)到這個(gè)目的。另外,不同儀器設(shè)計(jì)中由于光阱尺寸和位置的偏差,也會(huì)導(dǎo)致測量相同樣品測量結(jié)果的差別。
0:45 和 45:0 測量結(jié)構(gòu)的光澤影響:
0:45測量結(jié)構(gòu)中,光源以垂直方向?qū)Ρ粶y材料表面進(jìn)行照明,以和表面法線成45°方向進(jìn)行探測。45:0測量結(jié)構(gòu)中光源以表面法線成45。方向?qū)Ρ粶y材料表面進(jìn)行照明,以和表面垂直方向進(jìn)行探測。下圖所示為45:0幾何結(jié)構(gòu)對高光澤表面和粗糙表面進(jìn)行測量的示意圖。45:0幾何結(jié)構(gòu)在測量高光澤材料表面時(shí),幾乎去除了所有的表面反射光,進(jìn)入傳感器的光線只是涂料層反射光;在測量粗糙表面時(shí),進(jìn)入傳感器的光線包括一部分涂料層反射光,但是通常表面漫反射光所占的比例小于de:8°幾何條件。
人眼在觀察樣品表面顏色時(shí),習(xí)慣于避開光源的鏡面反射光,從其它角度進(jìn)行觀察。0:45和45:0幾何結(jié)構(gòu)更符合這種觀測條件,所以可以得到和目視檢測更加一致的判別結(jié)果。但是,在大多數(shù)顏色檢測應(yīng)用中都不建議選擇0:45和45:0幾何條件。最主要的原因是因?yàn)檫@種條件下的受材料表面的紋理影響特別大,同樣材料的物體表面如果表面紋理不同,用這種幾何條件的檢測結(jié)果相差非常大。在實(shí)際的對微小色差檢測的應(yīng)用中,紋理、材質(zhì)、甚至材料表面指印、灰塵等任何對材料表面光澤有影響的因素,都會(huì)成為0:45和45:0幾何結(jié)構(gòu)色差數(shù)據(jù)的主要影響因素。去除這些因素所需要的客觀條件非??量蹋焕陬伾珯z測的實(shí)際應(yīng)用。
另外,在實(shí)際的生產(chǎn)過程檢測中,色差的檢測于光澤的檢測通常是分開的,色差檢測的目的通常是檢測材料成分,染料配比等能直接決定材料本身反射光譜的工序;而光澤檢測的目的通常是用來控制材料表面加工工藝的。0:45和45:0幾何條件容易將光澤的區(qū)別體現(xiàn)在顏色數(shù)據(jù)上,混淆了顏色和光澤產(chǎn)生的原因。以上因素限制了0:45和45:0幾何條件的應(yīng)用范圍。有一些特殊的應(yīng)用,例如高光澤樣品的品質(zhì)監(jiān)控中需要與目視進(jìn)行比對時(shí),也應(yīng)用了0:45和45:0 幾何條件。
綜上所述,di:8°結(jié)構(gòu)用積分球收集了所有反射光線,因?yàn)楸砻娣瓷涔獾目偭渴遣蛔兊模鉂芍桓淖兞吮砻娣瓷涔獾目臻g分布。所以在這種測量結(jié)構(gòu)下,同種材料不同光澤的樣品,測量結(jié)果相同。de:8"通常使用光阱去除了進(jìn)入傳感器的鏡面反射光,在這種測量結(jié)構(gòu)下測量結(jié)果會(huì)受到一定的樣品表面光澤的影響。
45:0測量結(jié)構(gòu)儀器幾乎排除了所有的鏡面反射光,但是測量結(jié)果受到表面漫反射光的影響,尤其是在測量低光澤物體表面時(shí),這種影響會(huì)非常顯著。下表列出了不同幾何結(jié)構(gòu)的顏色測量儀器進(jìn)入探測器的反射光比例。
對于一組表面光澤不同的同種顏色的黑色樣品,表面光澤由低制高排列。對其采用 di:8°、de:8°和 0:45 幾何條件的測色儀器進(jìn)行測試其 Y 值。Y 值的分布如下圖所示。di:8°條件下,不同光澤度的同色樣品測量結(jié)果變化不大。de:8°條件下的測量結(jié)果呈現(xiàn)線性降低,但是在 0:45 條件下,測量結(jié)果呈現(xiàn)非線性變化。在對這一組樣品進(jìn)行目視檢測時(shí),人眼對表面顏色的感覺和在0:45幾何條件下的測量結(jié)果比較相似。
值得注意的是,雖然各個(gè)不同的儀器生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的顏色測量儀器可能都標(biāo)稱選擇同一個(gè)測量幾何條件。但是,即使在同一個(gè)測量幾何條件下,由于儀器的設(shè)計(jì)中光阱位置,大小不同,對樣品的測試結(jié)果也會(huì)有很大差異。比如,de:8結(jié)構(gòu)的儀器對高光澤樣品進(jìn)行測量時(shí),不同廠家的儀器有顯著的區(qū)別。