比色法/颜色调配技术

比色法/颜色匹配技术

通过精确计算混合比例可以产生所需的颜色。我们用自己的系统创造色彩世界。

异构体匹配(将反射率拟合到目标颜色的方法)和同色异体匹配(将三刺激值拟合到目标颜色的方法)的组合使用可产生几乎没有同色异谱问题的最佳解决方案。
如果多个配方是可能的用于产生目标颜色,问题和通过后处理产生的投诉可以预先通过以较少的颜色波动和使用耐用色材等选择用于色彩材料共混的最佳选择地防止
这样的功能也选择的关键因素。

CCM(计算机色彩匹配)系统

CCM是一种使用色度计(分光光度计)测量目标颜色的反射率并计算色料(原色)的混合比以再现颜色的系统。

■比色法原理(方案)

■一般CCM流程

有关库拉宝CCM的详细信息,

CCM的优点

最初以商业形式发布CCM的公司ICI(帝国化学工业公司)将此系统称为IMP(Instrumental Match Prediction)。这基本上意味着“使用仪器预测颜色配方”,因此该术语表达了CCM的本质。
要预测颜色配方,数据,手段和方法对于进行预测是必要的。CCM的性能取决于数据累积站点以及预测的手段和方法。
KURABO的CCM可以进行色彩设计而不会产生同色异谱现象,可以混合色彩材料并减少色彩波动,并可以选择耐用性高的色彩材料,而不仅仅是提供色彩配方。通过选择最佳配方,可以预先防止过程中出现问题和投诉。

■比色法原理(方案)

有关库拉宝CCM的详细信息,

提示1关于色彩

秘诀1-1。

识别颜色和视角

我们周围的几乎所有事物都有其自己的一种或多种颜色。为什么叶子看起来绿色?
当我们看到并识别对象的颜色时,涉及以下三个元素:

·光

・有颜色的物体

・人的感觉

图1:颜色的感知

光是电磁波的一种类型,包括伽马射线,X射线,紫外线,可见红外线和无线电波,它们的波长按其升序排列。X射线(用于射线照相)和无线电波(用于电视,收音机和手机)是我们熟悉的电磁波示例。如“红外线信息”中所述,红外线用于各种分析。
可见射线,顾名思义,是指波长在380至780 nm(nm:1米的十分之一)范围内的射线。

如图2所示,可见光线具有特定于每个波长的颜色(光的颜色)。在整个可见波长范围内具有连续能量的光(例如太阳光)称为白光。

图2:电磁波与可见光

当叶子在阳光下被视为绿色时,将发生以下过​​程,如图1所示:

1.太阳发出的白光到达叶子。
2.一部分白光被叶子的色素吸收,另一部分被反射。
3.反射光到达我们的眼睛,被我们的大脑感知为一种颜色。

换句话说,当叶子具有绿色颜料时,红色即绿色的互补色被吸收。反射并到达我们眼睛的颜色是没有红色成分的白光的颜色;即绿色。这样,确定了到达我们眼睛的光的颜色。

科学地表达这种机制,特定于来自光源的每个波长的能量称为光源的光谱分布,并用符号S(λ)表示。物体的光反射特性称为光谱反射率因子(或简称为反射率),并由符号R(λ)表示。

图3:反射光的产生过程

将每个波长的S(λ)乘以R(λ)时,乘积代表反射光,用S(λ)・ R(λ)的符号表示。

图4:眼睛接收到的颜色

由红色,绿色和蓝色刺激引起的激发被称为三个刺激值,并由符号X(λ),Y(λ)和Z(λ)表示。为了获得X,Y和Z,需要颜色匹配功能。色彩匹配函数是通过实验确定的值,用于显示每种波长的光感受到红色,绿色和蓝色刺激的程度。它们之间的关系如图5所示。

x(λ)函数表示在每个波长下感测到红色的程度。y(λ)和z(λ)函数类似地表示每个波长的蓝色和绿色度。这意味着红色,蓝色和绿色刺激的程度被认为是可以感知的波长之间刺激的累积效应。一旦找到进入眼睛的反射光的值和色彩匹配功能,就可以得到所得刺激强度的X,Y和Z值。
当前使用的所有色度值和色差值均基于这三个刺激值。已经进行了各种尝试来匹配颜色分布和人眼所感知的色差程度。
这将在“ 1.3表示颜色的方法”中进一步详细说明。

下面显示的是找到对象颜色的三个刺激值的方程式:

图5:颜色匹配功能

测量颜色时,根据对象的大小,人眼会发生以下差异:

图6:视角

形成在视网膜上的图像的程度根据物体的大小而不同。已知外部区域的视网膜细胞不如中心区域的视网膜细胞敏感。因此,当观看大区域中的颜色时,外部区域中的视网膜细胞的敏感性引起与当观看小区域中的颜色时所引起的刺激不同的刺激。物体的大小由光线进入眼睛的角度表示,也称为视角。
“ 1-1。颜色识别”中描述的颜色匹配功能可用于两个不同的视角(2度和10度)。它们被区分并表示为X,Y和Z,以及X10,Y10和Z10。当视角小于4度时,将使用2度视角的色彩匹配功能。当视角大于4度时,将使用10度视角的色彩匹配功能。

2度的视角相当于从50cm的距离观看直径为1.7cm的物体的状态。10度的视角等效于从50厘米观看直径为8.8厘米的物体的状态。

秘诀1-2。

表达色彩

这三个刺激值不代表人脑感觉到的颜色分布和色差。许多学者一直在尝试使它们与人类的感觉相匹配,其中一些尝试描述如下:

CIE XYZ比色系统

该比色系统是根据T. Young和H. Helmholtz提出的光的三种原色开发的。色度图用于显示带有Yxy的颜色。Y代表亮度,xy代表色调。

如图7所示,彩色位于中心,并且色度饱和度朝着圆周变高。椭圆是MacAdam的偏差椭圆,是通过将正常观察者无法从中心色度区分开的区域放大10倍而形成的。可以看出,区别距离根据位置而变化。

图7:色度图颜色和MacAdam的偏差椭圆

CIE1976 L * a * b比色系统

此比色系统已由CIE在1976年进行了标准化和推荐。它提供的色彩空间在各个方向上几乎都是等距的,并且如今已广泛应用于各个领域。
在该比色系统中,L *表示亮度,a *和b *色相和色度饱和度分别表示为色度。
a *在正方向显示红色,在负方向显示绿色。b *在正方向显示黄色,在负方向显示蓝色。当a *和b *均为零时,它们表示非彩色,例如灰色,包括白色和黑色。

图8:CIE1976 L * a * b *比色系统

CIE1976:L * C * H *比色系统

在CIE于1976年标准化并推荐的L * a * b *比色系统中,色度用h *(色相)和C *(色度饱和度)表示。它不用作独立的比色系统,但有时被视为L * a * b *比色系统的元素之一。
假设正轴为0度,则H *,a *由逆时针角度表示。C *由距原点的距离表示。

图9:CIE1976 L * C * H *比色系统

孟塞尔比色系统

该比色系统是由画家AH Munsell设计的。随后对其进行了修改,审查,然后在1943年由美国光学学会提出。这种经过改进的Munsell比色系统在当今得到了广泛的应用。它在JIS8721中采用,并指定了与XYZ比色系统的对比。

在Munsell比色系统中,使用以下三个属性将感知的颜色表示为HV / C:色相(H),亮度(V)和色度饱和度(C)。

图10显示了左侧色调之间的关系,这称为Munsell色调圆。色相圆的中心由无彩色组成。右侧显示的图表显示了色相的横截面,称为Munsell色卡。孟塞尔色卡水平显示色度饱和度,垂直显示亮度。

图10:孟塞尔比色系统

CIE1976 L * u * v *比色系统

该比色系统用于照明而不是物体的颜色。使用与76L * a * b *比色系统相同的方法计算L值。u * v *是用色相和色度饱和度表示的色度,可以使用以下公式找到:

提示1-3。

各种颜色混合

即使不存在物体,只要有光就可以看到颜色。如前所述,光具有特定于每个波长的颜色。被视为彩虹的七种颜色本身就是光谱光。电视上看到的颜色也是灯光的颜色。当光的颜色彼此混合时,通过将其三个相应的刺激值相加而产生刺激。

当如上所述通过混合颜色来增强刺激时,这被称为添加颜色混合物。相反,当覆盖彩色滤光片时,光的透射率降低。这种颜色混合称为减色混合。

光色物体颜色
彩色射线的覆盖彩色滤光片的覆盖油墨,染料或颜料的混合物
原色红,绿,蓝
R ・ G ・ B
黄色,品红色和青色
Y ・ M ・ C
黄色,胭脂和靛蓝
Y ・ R ・ B
颜色混合添加剂颜色混合减色混合减色混合
亮度表示明亮-黑暗
明亮-黑暗
白色-黑色
白色-黑色

图11:混色原理

可以在加色混合中更容易地估计混合颜色的结果,但是在减色混合中结果的估计很复杂。
此外,在油墨,染料和颜料的混合中,有色材料的影响使该过程更加复杂。
在该文件中,着重于油墨,染料和颜料的颜色混合,因此省略了用于光的颜色混合。

提示1-4。

测量物体的颜色

颜色测量大致分为以下两种方法:

·分光光度比色法
·通过直接读取刺激值

进行比色法能够进行分光光度比色法的设备是分光光度计,它基本上由光源,分光镜和光接收器的组合组成。 。

条件a条件b条件c条件d
垂直接收45度照明接收垂直照明垂直接收漫射照明漫射接收垂直照明
L代表光源,R代表光接收器,B代表屏蔽,S代表镜面陷阱。

图12:颜色测量的四个接收条件

直接读取三个刺激值的比色法使用光电比色计。

除了对三光谱刺激值具有灵敏度的传感器之外,比色计还使用分光光度计基本要素中的三个彩色滤光片(而不是分光镜)。对于此设备,存在一个标准(称为路由条件),用于将色彩匹配功能的值与传感器的灵敏度进行协调。
通常,难以任意改变光接收器或滤光器的光谱分布。因此,很难完全满足路由器条件。

提示1-5。

同色异谱和显色性

显色性是指根据用于照明的光源而看到不同颜色的现象,其特性称为显色性。

通常,显色特性代表与自然光相比的光源特性。
同色异谱现象也被称为等色条件,这意味着在某些条件下,匹配的颜色会随着条件的变化而变化。同色异谱可涉及湿度,温度,光源等,但通常指光源之间的同色异谱。

如图13所示,即使在不同的光源下颜色发生变化,它们也可能看起来没有同色异谱。相反,在某些情况下可以观察到同色异谱,尽管不涉及显色特性。本质上,同色异谱是指样品之间的颜色比较。

图13:显色特性和同色异谱

技巧2阅读颜色差异

提示2-1。

CIE1976 L * a * b *色差公式

在“ 1.色谱基础知识”中,我们已经描述了颜色的识别和表示方式,以解决实际工作中可能存在的细微色差问题。在色彩科学中被称为这种差异的是色彩之间的差异,各种学者以及色彩系统都做出了各种尝试。

该公式被广泛用作最标准的色差公式,该色差在CIE1976 L * a * b *比色系统中表示出来。在CIE1976 L * a * b *比色系统中找到的L *,a *和b *值之间的距离用作色差。

图14:CIE1976 L * a * b *比色系统

可以用色相差ΔH和色度饱和度差ΔC来表示色差。
如图14所示,ΔC是指距比色系统原点的距离之差。ΔH来自使用H的角度差的ΔH°(色相角)和与从色度差中减去色度饱和度分量而得到的值相等的ΔH(色相差)。

图15:L * C * H *色差公式

提示2-2。

CMC(I:c)色差公式

SDC比色委员会分别校正了CIE1976 L * a * b *比色系统中的亮度,色度饱和度和色相,并尝试通过使用上述公式以相等的间隔差异地指示均匀的消色差和亮色。CMC(I:c)中使用的I和c按用途分类。

当I = c = 1时,该公式用于感知色差。

当l = 2和c = 1时,该公式用于允许的色差。

CMC色差公式由CIE1976 L * a * b *计算得出,如下所示:

这里L1和C1H1是参考色的L *和C *值。

提示2-3。

CIE94色差公式

CIE于1989年成立了TC1-29技术委员会,并于1995年发布了题为“ CIE1994色差模型”的技术报告,并建议使用该模型。CIE94中的I和C按用途分类。,

当KL = KC = KH = 1时,该模型适用于一般工业用途。

当KL = 2和KC = KH = 1时,该模型适用于纺织工业中允许的色差。

CIE94色差公式由CIE1976 L * a * b *计算得出,如下所示:

Cx是参考色C;如果其中任何一个不能用作参考,请计算:

提示2-4。

上述公式和其他色差公式的现状

上面的色差公式主要用于调色操作。

CIE1976Lab色差公式被广泛使用,并具有弥补其缺点的通用性。关于CMC色差公式的报告通常侧重于纺织品,因为它在该行业已广为人知,而不是在其他行业中。CIE94色差公式未在一般工业领域中广泛使用。因此,与CMC色差公式相比,它对L,C和H的紧密依赖性得以简化。据报道,CMC色差公式可为纺织品提供更好的结果。因此,期望在这方面做进一步的研究。

换句话说,以上三个色差公式既有优点也有缺点,并且在通用性方面将继续相互竞争。
如今,以下色差公式通常不用于调色操作:

・亚当斯·尼克森色差公式

・猎人的色差公式

・ CIE1976 Luv色差公式

使用独特的色彩控制的色差公式:

・ Marks&Spencer色差公式

在此省略对这些色差公式的进一步描述。

如前所述,适用于人类的色差的量化仍处于试验阶段。但是,这并不意味着不能使用色差来执行颜色控制。只要参考色是按比例确定和控制的,任何色差公式都可以用作运输管理和质量控制的工具。

技巧3调色操作中的色彩规划和设计

提示3-1。

3-1。色彩配方设计

在这种情况下,调色操作可支持颜色的规划和设计,这一步骤将极大地影响后续过程。

以染色厂为例,牢度(耐用性)和色彩再现是色彩质量控制的关键词。在许多情况下,生产完成后会在检查和测试过程中对其进行演示。这些元素主要根据每种植物的经验规则进行评估,并反映为对所用染料浓度,成功结果所支持的染料组合使用和其他技术的限制。

在计算机色彩匹配(CCM)中,通过组合相似的颜色来设计配方,以改善色彩再现性。为此,需要具有减小颜色偏差范围和预测坚牢度的能力。

在规划和设计颜色时,颜色样本的形状会对CCM产生不利影响。这样的样品可能会被绑上,凸起或遮蔽,从而使实际测量颜色变得困难。

在校准不能完全覆盖分光光度计最小面积的小样本的情况下,利用两种背景色,仓敷可以估算反射率。

图16:小样本测量

提示3-2。

CCM要求

众所周知,CCM代表计算机色彩匹配。但是,发布第一个商业CCM系统的ICI Inc.过去将其称为IMP(仪器匹配预测)。此名称适当地代表了CCM的性质。

为了预测颜色配方,需要支持该预测的数据,手段和方法。它们决定了CCM系统的性能。

在确定是否应使用CCM系统时,重要因素包括将用于进行预测的数据存储在何处以及用于预测的手段和方法是否合适。

先进的CCM系统不仅可以预测颜色匹配的配方作为配方设计工具,还可以建议非介孔的色彩设计,色差最小的色料组合以及高度耐用的色料的选择。如果有多种配方可用于实现目标色彩,则选择最合适的一种色彩的能力将防止后续过程中出现任何问题或投诉。这种功能是选择CCM系统的另一个重要方面。

图17:调色合理化流程图

技巧4配制颜色

提示4-1。

根据浓度查看颜色我们描述了将颜色表示为值的色谱。在实践中,如何预测配方?混合着色材料时,由于“ 1-4。混合种类”中所述的称为减色混合的复杂机理,颜色发生了变化

P. Kubelka和F. Munk基于着色材料引起的吸收和扩散解释了这种复杂的机理。

图19示出了具有在背衬上具有足够厚度X的着色材料层的模型。如果在该层中存在很小的厚度dx,则假定已经进入着色材料层的光成为到达dx的光i和到达并反射在背衬上的光j。i的散射光和j的透射光在散射和吸收后的总和成为向上的光。

图18:Kubelka-Munk模型

当简化该模型时,将其表示为以下方程式,从中根据反射率求出代表由于吸收和散射而导致的光的衰减率的值。

与反射率不同,该K / S值在数值上表示色料层的性质。一种简单的理解方法是将其视为用于将颜色视为浓度的值。
颜色浓度随着反射率值的增加而降低,反之亦然。但是,色浓度随K / S值的增加而增加,反之亦然。

提示4-2。

混合多种颜色

当使用吸收和散射表示颜色时,多种着色材料的混合物可以解释为具有多层。因此,尽管使用反射率和三个刺激值不可能进行这种预测,但是可以预测由减色混合产生的颜色。邓肯博士发现吸收系数K和散射系数S具有累加特性,他提出了以下方程式:

该方程式是当背衬和白色着色材料的S值足够大时使用的近似公式。对于一次方程式,K和S分别积分。

提示4-3。

预测单个着色材料的颜色

一旦找到单个着色材料的K / S值,就可以预测混合色。这意味着当可以使用着色材料的浓度预测K / S值时,就可以发现由配方产生的颜色。
为了获得单个着色材料的浓度的K / S值,必须在每个波长下获得用于反射率的K / S值的函数和着色材料的浓度。

图19:浓度与K / S之间的关系

通常,以多种浓度制备通常被称为基础数据的用着色材料分别着色的样品,然后从实际测量值中估算出中间值。这意味着一旦确定浓度,就可以获取该浓度在每个波长下的K / S值。

提示4-4。

配色

4-4-1。同构匹配

提供一种使反射率与目标颜色匹配的方法。利用此方法的CCM称为异构匹配。当反射率匹配时,可以完全消除因同色异谱引起的颜色变化。因此,这是理想的色彩匹配。

但是,除非使用与目标颜色相同的色料和背衬(织物或纸张),否则很难匹配反射率。因此,此方法的使用仅限于仅使用其现有着色材料的那些着色工业公司。

图20:同构匹配

光源D65光源A
光源D65CCM结果目标颜色CCM结果
L = 50.73L = 50.73L = 50.79L = 50.79
a = 4.01a = 4.01a = 3.51a = 3.51
b = -4.37b = -4.37b = -5.02b = -5.02
ΔE= 0.00 ΔE= 0.00 

4-4-2。异体匹配

提供了一种将三个刺激值与目标颜色匹配的方法。使用此方法的CCM称为同分异构匹配。
将视觉颜色与三个刺激值进行匹配会带来以下风险:即使在计算出的光源下(例如,同色异谱),颜色也不会在其他光源下匹配。但是,该方法的优势在于几乎所有颜色可以使用可用的着色材料生产。

图21:同色异义匹配

光源D65光源A
目标颜色CCM结果目标颜色CCM结果
L = 50.73L = 50.73L = 50.79L = 50.95
a = 4.01a = 4.01a = 3.51a = 6.98
b = -4.37b = -4.37b = -5.02b = -4.88
ΔE= 0.00 ΔE= 3.48 

4-4-3。异构匹配]

通常如图22所示使用异构匹配和同分异构匹配。设计该流程以便通过尽可能进行异构异构匹配以避免同分异构的效果并通过对其余部分进行异构异构匹配来获得更好的结果。

图22:一般CCM流程

除了这种基本匹配之外,我们还进行模糊匹配和神经匹配,因此我们的设计提供了最小化可能的同色异谱问题的最佳解决方案。

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