CN103575673A - 可测量色彩情感的分光光度计 - Google Patents

Abstract

本发明通过基于双光路结构的分光光度计，采用d/8测量几何条件，测量得到测试样本的光谱反射比，之后计算得到在某一照明体和标准观察者条件下的对应的CIEXYZ值和CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，最后计算相应的色彩情感值，包括色样的冷暖值、轻重值、消极积极值和硬软值。该发明简单可靠、应用方便、具有很高的实用价值。

Description

可测量色彩情感的分光光度计

技术领域

本发明涉及一种光谱测量的光学仪器，具体是涉及一种可测量色彩情感的分光光度计。

背景技术

在色彩相关的工业领域，包括纺织领域、油漆领域、塑料领域和油墨领域等，分光光度计是广泛用于工业界和学术界的测量样本光谱的光学仪器。

经调查研究表明，目前市面上常见的分光光度计只能对样品的光谱进行测量，进而计算出样本的CIELAB值。虽然CIELAB值对于样品的品质管理等方面具有重要的意义；但其很难用于产品设计等方面。普通消费者和设计师交流的过程中用的更多的是色彩的冷暖、色彩的轻重、色彩的硬软等情感相关的属性。然而目前还没有一种分光光度计可以测量计算得到色样的色彩情感属性。因此，设计生产一种可测量色彩情感的分光光度计是具有十分重要的实用价值。

发明内容

本发明为了解决背景技术中所述的问题，公开了一种可测量色彩情感的分光光度计。本发明采用如下的技术方案：

该分光光度计采用双光路的结构，其中有一路为参考光路，一路为测量光路。测量几何条件为d／8，即散射光照明，8°方向上接收测试样本的反射光。光源发出的光入射到积分球(内表面为高反射率的涂层，如硫酸钡等)内，形成散射光照明，参考光路是经积分球某一特定区域的内表面反射之后，经反射镜、透镜和光栅到达光电探测阵列，形成参考光路光电信号；测量光路是经测试样本反射的偏离中轴8°的反射光，也经相应的透镜和光栅到达光电探测阵列，形成测量光路光电信号；微电子处理单元对于接收到的参考光路和测量光路的光电信号进行处理，计算得到测试样品的光谱反射比R，其波长范围为400-700nm以10nm为间隔，共31个数据；

测量得到的光谱反射比R进一步计算对应的情感相关值，其计算方法如下：

首先，计算CIEXYZ值，计算公式如下：

$X=k{\∫}_{700}^{400}S\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)x\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

$Y=k{\∫}_{700}^{400}S\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)y\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

$Z=k{\∫}_{700}^{400}S\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)z\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

式中，S(λ)是照明体的光谱功率分布(SPD，spectral power distribution)，R(λ)是测得的测试样本的光谱反射比，x(λ)、y(λ)和z(λ)是CIE1931或CIE1964标准色度观察者的光谱三刺激值函数，k为相应的归一化系数使完全漫反射体的Y值为100。

之后，基于CIEXYZ值，计算下列CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，L^*表示明度，而其色品坐标a^*、b^*分别为红绿方向和黄蓝方向，C^*表示样本的彩度，h为样本的色调角，计算方法如下：

L^*=116f(Y／Y_n)-16

a^*=500[f(X／X_n)-f(Y／Y_n)]

b^*=200[f(Y/Y_n)-f(Z／Z_n)]

$C^{*}=\sqrt{{\left(a^{*}\right)}^2+{\left(b^{*}\right)}^2}$

h=arctan(b／a)

其中

$\left\{\begin{array}{cc}f\left(I\right)=I^{1/3}& I>0.008856\\ f\left(I\right)=7.787I+16/116& I\≤0.008856\end{array}\right.$

式中，X、Y、Z为色样的三刺激值，X_n、Y_n、Z_n为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Y_n100。

基于计算得到的CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，可通过下列公式计算得到色彩情感值，包括冷暖值(WC，warm-cool)、轻重值(HL，heavy-light)、消极积极值(AP，active-passive)、硬软值(HS，hard-soft)，其计算公式如下

WC=-0.5+0.02×(C^*)^1.07×cos(h-50°)

HL=-2.1+0.05×(100-L^*)

$\mathrm{AP}=-1.1+0.03\×[{\left(\mathrm{\Δ}{C}_{N5}^{*}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{L}_{N5}^{*}}{1.5}\right)}^2{]}^{0.5}$

HS=11.1+0.03×(100-L^*)-11.4×(C^*)^0.22

式中，ΔC^* _N5为测试样本与L^*为50的中性灰的彩度值之差；ΔL^* _N5为测试样本与L^*为50的中性灰的明度值之差；

本发明通过基于双光路结构的分光光度计，采用d／8测量几何条件，测量得到测试样本的光谱反射比，之后计算得到在某一照明体和标准观察者条件下的对应的CIEXYZ值和CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，最后计算相应的色彩情感值，包括冷暖值、轻重值、消极积极值和硬软值。该发明结构简单可靠、应用方便、具有很高的实用价值。

附图说明

图1是可测量色彩情感的分光光度计结构图；

图2是某一测试样本测得的光谱反射比

图3是标准照明体D65的光谱功率分布；

图4是CIE1964标准色度观察者的光谱三刺激值函数；

具体实施方式

一种可测量色彩情感的分光光度计，如图1所示，其采用的技术方案如下：

该分光光度计采用双光路的结构，其中有一路为参考光路(5)，一路为测量光路(9)。测量几何条件为d／8，即散射光照明，8°方向上接收测试样本(1)的反射光。照明光源(2)发出的光入射到内表面涂有高反涂层的积分球(3)内，形成散射光照明，参考光路(5)是经积分球(3)某一特定区域的内表面反射之后，经反射镜(4)、透镜(6)和光栅(7)到达光电探测阵列(8)，形成参考光路光电信号；测量光路(9)是经测试样本(1)反射的偏离中轴8°的反射光，也经相应的透镜(10)和光栅(11)到达光电探测阵列(12)，形成测量光路光电信号；微电子处理单元(13)对于接收到的参考光路和测量光路的光电信号进行处理，计算得到测试样品的光谱反射比R，其波长范围为400-700nm以10nm为间隔，共31个数据，见图2；最后将所测量得到的数据传给计算机(14)，进行进一步的数据处理。

测量得到的光谱反射比R进一步计算对应的情感相关值，其计算方法如下：

首先，计算CIEXYZ值，计算公式如下：

$X=k{\∫}_{700}^{400}S\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)x\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

$Y=k{\∫}_{700}^{400}S\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)y\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

$Z=k{\∫}_{700}^{400}S\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)z\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

式中，S(λ)采用照明体D65的光谱功率分布(SPD，spectral power distribution)，见图3，R(λ)是测得的测试样本的光谱反射比，x(λ)、y(λ)和z(λ)采用CIE1964标准色度观察者的光谱三刺激值函数，见图4，k为相应的归一化系数使完全漫反射体的Y值为100。计算所得的CIEXYZ值为48.47、42.88、9.99。

之后，基于上述CIEXYZ值，计算下列CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，L^*表示明度，而其色品坐标a^*、b^*分别为红绿方向和黄蓝方向，C^*表示样本的彩度，h为样本的色调角，计算方法如下：

L^*=116f(Y／Y_n)-16

a^*=500[f(X／X_n)-f(Y／Y_n)]

b^*=200[f(Y／Y_n)-f(Z／Z_n)]

$C^{*}=\sqrt{{\left(a^{*}\right)}^2+{\left(b^{*}\right)}^2}$

h=arctan(b／a)

其中

$\left\{\begin{array}{cc}f\left(I\right)=I^{1/3}& I>0.008856\\ f\left(I\right)=7.787I+16/116& I\≤0.008856\end{array}\right.$

式中，X、Y、Z为色样的三刺激值，X_n、Y_n、Z_n为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Y_n=100。计算所得的CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值分别为71.47、22.76、60.17、64.33、69.28。

基于计算得到的CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，可通过下列公式计算得到色彩情感值，包括冷暖值(WC，warm-cool)、轻重值(HL，heavy-light)、消极积极值(AP，active-passive)、硬软值(HS，hard-soft)，其计算公式如下

WC=-0.5+0.02×(C^*)^1.07×cos(h-50°)

HL=-2.1+0.05×(100-L^*)

$\mathrm{AP}=-1.1+0.03\×[{\left(\mathrm{\Δ}{C}_{N5}^{*}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Δ}{L}_{N5}^{*}}{1.5}\right)}^2{]}^{0.5}$

HS=11.1+0.03×(100-L^*)-11.4×(C^*)^0.02

式中，ΔC^* _N5为测试样本与L^*为50的中性灰的彩度值之差；ΔL^* _N5为测试样本与L^*为50的中性灰的明度值之差；

最终计算得到的WC值为1.13，HL值为-0.67，AP值为0.88，HS值为-0.43。

Claims (2)

1.一种可测量色彩情感的分光光度计，其特征在于该分光光度计采用双光路的结构，其中有一路为参考光路(5)，一路为测量光路(9)。测量几何条件为d／8，即散射光照明，8°方向上接收测试样本(1)的反射光。照明光源(2)发出的光入射到内表面涂有高反涂层的积分球(3)内，形成散射光照明，参考光路(5)是经积分球(3)某一特定区域的内表面反射之后，经反射镜(4)、透镜(6)和光栅(7)到达光电探测阵列(8)，形成参考光路光电信号；测量光路(9)是经测试样本(1)反射的偏离中轴8°的反射光，也经相应的透镜(10)和光栅(11)到达光电探测阵列(12)，形成测量光路光电信号；微电子处理单元(13)对于接收到的参考光路和测量光路的光电信号进行处理，计算得到测试样品的光谱反射比R，其波长范围为400-700nm以10nm为间隔，共31个数据；最后将所测量得到的数据传给计算机(14)，进行进一步的数据处理。 

2.一种可测量色彩情感的分光光度计，其特征在于对于测得的光谱反射比R进一步计算对应的情感相关值，其计算方法如下： 

首先，计算CIEXYZ值，计算公式如下： 

式中，S(λ)是照明体的光谱功率分布(SPD,spectral power distribution)，R(λ)是测得的测试样本的光谱反射比，x(λ)、y(λ)和z(λ)是CIE1931或CIE1964标准色度观察者的光谱三刺激值函数，k为相应的归一化系数使完全漫反射体的Y值为100。 

之后，基于CIEXYZ值，计算下列CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，L^*表示明度，而其色品坐标a^*、b^*分别为红绿方向和黄蓝方向，C^*表示样本的彩度，h为样本的色调角，计算方法如下： 

L^*=116f(Y/Y_n)-16 

a^*=500[f(X/X_n)-f(Y/Y_n)] 

b^*=200[f(Y/Y_n)-f(Z/Z_n)] 

h=arctan(b/a) 

其中 

式中，X、Y、Z为色样的三刺激值，X_n、Y_n、Z_n为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Y_n=100。 

基于计算得到的CIE L^*、a^*、b^*、C^*、h值，可通过下列公式计算得到色彩情感值，包括冷暖值(WC，warm-cool)、轻重值(HL，heavy-light)、消极积极值(AP，active-passive)、硬软值(HS，hard-soft)，其计算公式如下 

WC=-0.5+0.02×(C^*)^1.07×cos(h-50°) 

HL=-2.1+0.05×(100-L^*) 

HS=11.1+0.03×(100-L^*)-11.4×(C^*)^0.02

式中，ΔC^* _N5为测试样本与L^*为50的中性灰的彩度值之差；ΔL^* _N5为测试样本与L^*为50的中性灰的明度值之差。 

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