色度怎么測？色度測量的原理與發(fā)展歷程

更新時間：2024-06-25

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色度怎么測？色度測量的原理與發(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量設(shè)備的重要性。
許多行業(yè)都使用分光光度儀來識別、配制、測量和溝通顏色。通過比較樣品和標(biāo)準(zhǔn)，它們可以辨別出小的色差。不論是概念設(shè)計、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)揮著無可估量的作用。

色度怎么測？色度測量的原理與發(fā)展歷程

愛色麗Ci7800臺式積分球式分光光度儀

然而您是否思考過，這些設(shè)備是如何研發(fā)出來的？
今天，我們就將回到過去，了解眾多從事顏色測量設(shè)備相關(guān)研究和實驗的科學(xué)巨匠。

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艾薩克牛頓使用棱鏡將白光折射成可見光譜的顏色

艾薩克·牛頓：光的多種顏色

盡管人類已經(jīng)模糊地認(rèn)識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光譜。他在實驗中通過折射和彎曲光線，將其分成單色光，為我們提供了一種描述我們可見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，牛頓開發(fā)了Newton Color Circle（牛頓色環(huán)），開始對互補色和加色混合進行有趣的研究。

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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，即人眼包含三種不同類型的顏色感受器，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·楊的思想進一步發(fā)揚光大。
雖然意識到無法使用三種基色組合形成整個色調(diào)范圍，但他很快就發(fā)現(xiàn)通過一些減法，就可以實現(xiàn)整個色域。今天，這種現(xiàn)象被稱為人類三色刺激反應(yīng)。

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雖然麥克斯韋并不是第一個提出光線“波動"論的人，但是他證明了光是電磁能量的一種形式，且波長范圍在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)字可見光譜的點，比牛頓的Roy G. Biv更精確！
那些波長小于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。今天我們知道波長大于750 nm的是紅外線，小于380 nm的是紫外線。
麥克斯韋還認(rèn)識到，顏色的色調(diào)和飽和度（也被稱為彩度）與亮度無關(guān)，提前窺見了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)進行實驗，以評估看到可見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，可見光譜中顏色的波長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光譜中任意顏色所需的紅色、綠色或藍(lán)色光能

國際照明委員會（CIE）將Guild和Wright的研究發(fā)布為1931 RGB色彩空間，進而形成了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對色彩的視覺反應(yīng)，并且是顏色測量設(shè)備的基礎(chǔ)，但是科學(xué)家們很快就認(rèn)識到這個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

對于20世紀(jì)40年代為柯達工作的戴維·麥克亞當(dāng)來說，色彩是一個非常有趣的課題。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。通過在各種各樣的顏色上重復(fù)這個實驗，他成功創(chuàng)造出第一個容差圖。

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每個顏色目標(biāo)周圍的這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，匹配點的分布都會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，我們的眼睛不會均勻地衡量色調(diào)、亮度和彩度，人眼對色調(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。這個色彩空間（被他稱為L * a * b *）使用三個軸來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。
通過這一顏色模型，亨特開發(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)布了一個更新的模型 - CIE L * a * b * - 只對亨特的原始數(shù)學(xué)方法做了一些小改動。如今，它是報告色度值的推薦方法，也是我們許多顏色測量儀器使用的數(shù)學(xué)方法。

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CIE L*a*b*中的容差

從光、混色、到可見光譜，再到顏色模型和公差，這種實現(xiàn)的途徑是當(dāng)今顏色測量儀器的基礎(chǔ)。

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