光譜儀應用之顏色測量
“ 顏色，是我們感知世界的重要方式。從時尚設計到工業生產，從環境監測到科研探索，準確捕捉和測量色彩的能力至關重要。光譜儀，***種能夠測量物質對特定波長光吸收或反射的儀器，已成為顏色測量領域不可或缺的工具。它通過分析光的光譜分布，為我們揭示了顏色背后的科學秘密。 “ ***、顏色測量的理論
物體的顏色取決于其對光的選擇性吸收，當光照射到物體表面時，物體會反射特定波長范圍的光，并吸收其余波長范圍的光，這些光將以顏色信息被我們接收。為使各個領域都有統***的顏色標準，***際照明委員會（CIE）于1931年提出的標準色彩系統CIE 1931[1]，它采用了XYZ色彩空間和標準觀察者來描述和測量顏色，并繪制了色度圖用于直觀表示顏色的分布和混合關系，如圖1（a）所示，對色彩管理、顯示技術和照明設計等領域產生了深遠影響。
圖1 （a）CIE 1931色彩空間；（b）CIE 1976 L*a*b*顏色空間。 為提供***個更均勻、更準確的色彩空間，CIE于1976年正式推薦了兩個改進的均勻顏色空間，即CIE 1976 L*u*v*顏色空間和CIE 1976 L*a*b*顏色空間[2]，該系統通過數學方法從CIE XYZ系統轉換而來，旨在提供***個更均勻、更準確的色彩空間，以更好地代表人類在各種照明條件下對顏色的感知。CIE L*a*b*空間由L*（心理明度）、a*（紅綠軸心理色度）、b*（黃藍軸心理色度）三個坐標構成，形成了三維色品圖，如圖1（b）所示。該空間及其色差公式（如ΔEab）已被廣泛應用于印刷、紡織、化妝品等行業，用于色彩管理和測量，以提高顏色匹配和色彩復制的準確性。 二、光譜儀進行顏色測量的原理 物體表面的顏色本質上由其可見光光譜反射率決定，這***特性具有唯***性，可避免同色異譜現象，確保顏色的準確再現。通過反射率測量系統獲得的反射率圖譜，即可準確捕捉物體的顏色信息。光譜儀可通過高精度的分光技術，將入射光束分解為***系列單***波長的光，并量化每種波長的光強度，然后與標準光源下的顏色標準進行對比分析，利用這些測量數據，光譜儀能夠計算出顏色的三刺激值，例如RGB或CIE XYZ色度空間的坐標。這些數值隨后被轉換成與人類視覺感知相對應的顏色空間坐標，如CIE 1931 XYZ或CIELAB，從而實現對顏色參數的精確量化。這些參數包括但不限于色度坐標、色溫（CCT）、飽和度以及色差（ΔE），為顏色的科學分析和質量控制提供了堅實的數據基礎。 ***般來說，固體和粘稠液體的顏色測量可以通過不同的實驗布局來實現，如通過反射探頭或積分球。對于不同的應用，如測量紡織品、紙張、水果、酒類和鳥類羽毛等顏色則需要使用不同的探頭來實現。
圖2 使用光譜儀進行顏色測量示意圖
三、應用領域 光譜儀可以通過測量光的光譜分布來分析和評估顏色特性，在照明行業、紡織和服裝行業、化妝品行業、食品和農業、藝術和文化遺產保護等領域都有著廣泛的應用。光譜儀在顏色測量中的關鍵優勢在于其高精度和高重復性，能夠提供詳細的光譜信息，為顏色分析和控制提供了可靠的數據支持。 1 色度測量：光譜儀可以測量光源或物體反射的光譜功率分布（SPD）。利用CIE色度系統，可以將SPD轉換為色度坐標（如CIE 1931 xy色度圖上的x和y值）。這些色度坐標可以用來計算色溫、色偏差、飽和度等顏色參數。 2 色彩再現指數（CRI）評估：CRI是衡量光源再現標準顏色樣品顏色能力的指標。光譜儀測量光源照射下標準顏色樣品的反射光譜。通過比較樣品在測試光源和參考光源下的色度差異，計算CRI值。 3 顏色均勻性和***致性測試：在生產過程中，需要確保產品顏色的***致性和均勻性。光譜儀可以測量不同位置或批次產品的光譜，以評估顏色的***致性。 4 顏色配方開發：在涂料、油墨、塑料等行業，需要根據目標顏色開發顏色配方。光譜儀測量不同配方的光譜，幫助優化顏色配方，達到目標顏色。 5 顏色科學研究：光譜儀用于研究顏色視覺感知、顏色理論、顏色心理效應等。它還可以用于研究新材料的顏色特性，如熒光材料、發光二極管等。 6 光源特性分析：光譜儀測量光源的SPD，分析其光譜特性，如色溫、顯色性、光效等。對于LED光源，光譜儀可以評估其光譜功率分布與顏色性能。 7 環境光顏色測量：在建筑照明、室內裝飾等領域，光譜儀用于測量環境光的顏色特性。這有助于設計和評估照明效果，創造舒適的視覺環境。 四、應用案例 在顏色測量領域，光譜儀被廣泛的用于評估和分析光源的顏色性能。近期，Ying Lv等人[3]使用由提供的XS11639光譜儀進行了新型高效、寬帶青色發光的熒光粉的研究，在365 nm光激發下，實現從390~675 nm的寬泛青色發射帶，有效覆蓋了可見光譜中的藍-青-綠區域，配合商用橙紅色熒光粉可產生明亮的全可見光譜白光，具有相當的光效(61.02 lm·W-1)和高顯色指數(Ra = 89)，在高質量白色照明光源中展現出巨大的應用潛力。
(文章來源于儀器網)
