应用光谱知识问答 | 颜色测量

一、什么是颜色？

实际上颜色是一个非常复杂的问题，是人类感知光线的方式之一。人类对光的感知很容易理解的维度是强度。如果增加灯泡的功率，会看到它有更多的输出。它看起来更亮，看起来更强烈。颜色是独立于强度的另一个感知维度。

二、是什么让颜色变得复杂？

讨论色彩的起源，需要稍微了解一些背后原因。在我们的眼睛里，有四种不同的感受器。其中一种感受器被称为视杆细胞，它们负责低光照条件下的视觉感知，比如夜视。然而，视杆细胞并不能真正感知色彩。而且，视杆细胞只有一种类型。

我们眼睛里还有另一种名为视锥细胞的感受器。视锥细胞有三种类型，每种视锥细胞对不同波长的光有不同的反应。不过，它们的反应区域是有重叠的。这个重叠区域对于色彩感知至关重要，但同时也使得相关模型变得非常复杂。关于色彩视觉，我们还需要考虑一点：你的眼睛就像波长传感器，但你只有三种这样的传感器。这很重要，因为当你想到光谱时，人类视觉所涵盖的波长有很多。人类视觉的范围大约是从380纳米到780纳米，在这个范围内可以有很多不同的波长。

但即使理论上存在无限多种不同的光谱，它们最终会简化为一个三维空间。因此，两个光谱可能看起来大不相同，却可以被感知为相同的颜色。在色彩学中，这被称为同色异谱现象。这是一个非常有趣的现象。

三、色彩测量也有区分，辐射性色彩测量和反射性色彩测量，它们之间有什么区别？

如果物体是哑光的，那么光线就会均匀地反射到所有不同的方向。而如果物体是光面的，那么光线的反射就会更有方向性。这就赋予了物体特有的外观，比如金属质感或亚光质感的物体--比如一张纸或一块布料--你能感受到它的光谱特性。由于物体的外观会受到其几何形状的影响，因此我们在测量时应小心谨慎。因此，多年来制定了一些国际标准，以便在测量表面反射率时使用特定的几何图形，这样就可以确定物体是如何被测量的。因为颜色测量的一部分不仅是测量颜色，而且是传达颜色的一种方式。因此，需要定义测量的方法。

五、有哪些测量色彩的标准方法？

六、你如何决定是否包含镜面光？

如果物体是玻璃，可能会希望包含镜面反射光，因为它比不包含镜面反射光时，能更好地反映人们所看到的物体。我们制造的测量设备可以同时测量镜面光和漫反射光，这样就能与测量者更感兴趣的颜色相关联。此外，在有些测量中，光线以 45° 角直射物体，然后在垂直于物体的法线上进行测量。这样，测量中就完全省略了任何镜面反射。当然，确实必须指定采样几何形状，否则几乎毫无意义。标准机构还提出了两种不同的标准观测器，作为颜色规格的一部分。有2° 观察器和10° 观察器。2° 观察器用于测量小光斑，而 10° 观察器用于测量较大的光斑。通过文献，以及与人们进行颜色匹配和判断颜色的实验，标准机构发现 2° 观察者和 10° 观察者的行为是有区别的。

七、我们已经讨论过色彩理论，那么有哪些色彩应用实例呢？

研究过的一个实际例子是 LED 分拣。生产 LED 时，制造过程控制不够严格，无法保持颜色一致。因此，行业标准是对 LED 进行测量和分类。会有许多不同的白光，因为它们略微偏蓝而最终被分到一个仓里。而其他略微偏红的则会被分到另一个仓中。这就是他们保证 LED 看起来相似的方法。

八、在什么情况下，LED 颜色的一致性很重要？

如果你在一家非常高端的珠宝店，店里使用白光 LED 来照明台面，他们真的不希望他们非常昂贵的商品在照明时出现很多斑点和微妙的颜色变化。在这种情况下，色彩匹配对这些供应商来说非常有价值。

九、下面我们来谈谈反射型色彩。有哪些应用实例？

可以想象这样一个场景：你正在生产你的产品--你的小部件。你的小部件可能由不同的部件组装而成。有时这些部件是在不同的地方生产的。当你组装它们时，你希望不同的部件相互匹配。因此，如果它们不匹配，人们就不会喜欢它们的外观，也就不会购买产品。因此，你要测量不同的部件，确保它们之间的误差在一定范围内，这样当你组装产品或把它们摆放在店里时，它们就会是一样的，或者被认为是同一种颜色。

在过去，你无法非常精确地测量颜色。你可能会请一位色彩辨别能力很强、受过专业训练的专家来查看一批小部件的样品，然后将其与标准进行比较，判断这批小部件是匹配还是不匹配。但是，如果这个人疲劳过度或当天不在，你就没戏了。

现在，我们可以使用像分光光度计这样的颜色测量设备，它可以测量完整的光谱，然后计算出标准观察者的小部件颜色，并以此来确定测量的公差。这样不仅能提高精确度，因为你可以比人类观察者精确得多，还能提高速度。而且，您可以开始对每个批次的多个样品进行测量。您可以在工厂内快速检查许多产品。这样，批次差异就不再是问题了。您可以比人工更快、更准确地检查所有产品。

十、我们来谈谈不同的光源，如何处理在不同照明条件下呈现的事物，以及使用分光光度计进行测量的优势？

正如我们之前讨论过的，对颜色的感知有一部分是受光源颜色的影响。因此，当你观察一个物体时，颜色会受到光源的影响。有几种情况可能发生。一种是光源偏色。在一种光源下，你可以看到两种相匹配的颜色，而在另一种光源下，它们就不再匹配了。人们可能有过这样的经历，比如当他们在卧室的白炽灯下穿上衬衫和裤子，颜色就会匹配。而当他们在荧光灯下工作时，衣服的颜色就不再匹配了。

当我们使用分光光度计进行测量时，仪器会测量光谱反射率。有了这些信息，你就可以使用任何你想要的光源。如果你想让店内的颜色相匹配，而你的店是用荧光灯照明的，你就可以进行计算，确保所有的物体或部件都相匹配；你已经考虑到了店内的光源偏色问题。颜色规格的一部分就是光源。因此，有不同类型的光源已经标准化。

十一、我们已经谈了很多关于尝试匹配产品颜色、屏幕颜色和 LED 颜色的问题，这些都是美学上或表面上的问题。在哪些应用中，颜色被用作其他标准的指标？

这是一个有趣的问题。在有些应用中，颜色可以代表其他东西。我能想到的一个应用就是石油和天然气分析。有一种指数可以有效测量燃料的 “黄度”。从美学角度看，没有人会真正关心燃料是否发黄，但它可以作为燃料质量或其他标准的指标。此外，在食品安全方面也有类似的标准，例如碎牛肉的颜色实际上就是该样品化学成分的替代物。还有，在 COVID-19 时代，有一些生物检测方法，其中的染料在与某些蛋白质结合之前是没有颜色的。因此，比方说，有一些病毒检测试剂会变色，表示样本中存在病毒，就像验孕棒也有变色指示剂一样。这样的例子很多。尽管这些检测实际上是为人类设计的，但使用分光光度计测量颜色往往会使它们受益匪浅，尤其是当你试图找到非常精细的分辨水平时。

十二、还有一个咱们自己的例子

颜色测试可以追溯到 Ocean Insight 的起源。Ocean Insight 公司的创始人当时正在测量海洋的 pH 值，他想通过变色 pH 指示器获得比人眼更精细的分辨能力。而且，他想自动完成这项工作，因为他正试图将这些 pH 传感器安装到海洋中的浮标上。这就是他制造微型光谱仪的原因，因为他想用机器进行颜色测量。

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