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不同光源下色彩匹配不一致的同色异谱解析

发布日期:2018/5/24 14:13:45

  在配色员配色的过程中,常常会发现以下现象:在一个光源下目标色样和实验色样是匹配的或者视觉色彩差异很小,而在另一个光源下目标和实验色样是不匹配的或者视觉色彩差异很大。上述这个现象称为“同色异谱(Metamerism)”。同色异谱顾名思义表示两个具有不同光谱反射率的色样在一种观察条件下的视觉色彩感知(或CIEXYZ、CIELAB值)相同或十分接近的。同色异谱是色彩科学中常用且十分重要的概念之一,其意义如下:①让色彩的复现成为了可能,②色样的视觉评价必须在相同的条件下进行。以汽车内饰为例,许多零部件由不同的材料组成,而不同材料之间的严格光谱复现是不可能的,所以需要尽可能的保证不同零部件在多种光源下色彩差异小。

  同色异谱原理及光谱复现

  下图表示两个绿色色样的光谱反射率曲线,可以看到两条曲线有多个交叉点。当这两个色样在一种光源(日光)下视觉感知是相同的,即计算的CIEXYZ值相同(式中S(λ)为光源光谱功率分布,R(λ)为色样光谱反射率,x(λ)、y(λ)、z(λ)标准观察者色匹配函数);当在卤钨灯光源下视觉感知差异较大,即计算的CIEXYZ值差异大。

一对色样对的光谱反射率曲线_副本.jpg

  一对色样对的光谱反射率曲线

日光下两色样视觉色彩感知相同_副本.jpg

  日光下两色样视觉色彩感知相同

卤钨灯光源下两色样视觉感知不同_副本.jpg

  卤钨灯光源下两色样视觉感知不同

  从上面的计算公式看,物体的光谱反射率R(λ)是固定的,所以可以导致同色异谱的来源只有两个,光源S(λ)的不同和x(λ)、y(λ)、z(λ)标准观察者色匹配函数的不同,即分别为观察者同色异谱和光源同色异谱,工业应用中最为常见的是光源同色异谱,如下面这个例子,在日光下两个色样是匹配的,而在卤钨灯光源下两色样差异极大。顺便提下,目前光谱复现是学术界的研究热点,因为若目标和实验色样的光谱反射率完全一样,该两色样在任何光源下都是一致的,本质上消除了同色异谱问题。光谱复现对于文物典藏等对色彩要求极高的行业是极具应用价值的。

同色异谱实例二_副本.jpg

  同色异谱实例二

  光源同色异谱与日光模拟器

  另外,配色员也常常遇到这种情况:在实验室确认通过的色样,到了客户那边被退回了。这种情况大部分是由于光源的同色异谱引起。以D65为例,实验室灯箱的D65和客户灯箱的D65是不一样的,如X-Rite的两款灯箱Judge II和Spectralight QC,Judge II的D65模拟器是采用荧光灯的方式,而Spectralight QC采用钨丝灯+滤光片的方式;两者的实测光谱以及标准D65光谱功率分布曲线见下图。显然,JudgeII和SpectralightQC的日光模拟器的实际出射光谱显著不同,这也导致了若实验室在Judge II的D65灯光下确认的色样,有可能在客户的Spectralight QC的D65下是被拒绝的。另外,无论是Spectralight QC还是JudgeII的日光模拟器,其与标准的日光D65是有一定差异的,这样导致了用测量设备测得的CIELAB值(常用标准D65 SPD计算),与视觉感知的色彩(灯箱D65实际SPD)是不一致的。除了常用的显色指数CIE Ra,国际照明委员会专门针对灯箱的日光模拟器的推出同色异谱指数MI用于评价灯箱的日光模拟器的性能。

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  同色异谱指数MetamerismIndex (MI)

  ISO2360 CIE S 012E标准定义了评价日光模拟器D50、D55、D65和D75光谱品质的指标,即同色异谱指数,分为可见光区域的同色异谱指数MIVIS和紫外区域的同色异谱指数MIUV。

  对于MIVIS,每种日光模拟器均采用5组虚拟非荧光色样对,下图为计算D65的MIVIS所采用的5组虚拟色样对的光谱反射率,计算该5组色样对在真实的日光模拟器照明和CIE1964标准色度观察者情况下的色差平均值,即为该日光模拟器的MIVIS,若为标准的日光SPD,则MIVIS为0。

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  MIVIS和MIUV等级见下表,商用的日光模拟对色灯箱的MI的国际标准要求为BC,而市面上实测的对色灯箱光品质参数很少能够达到BC等级,尤其是紫外波段,大部分紫外荧光灯管的MIUV为D级。目前最佳的日光模拟器方式为多通道LED实现标准日光的模拟,其MI参数可以达到AB甚至AA等级,这是传统荧光灯灯箱无法达到的性能!

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