兩種校準(zhǔn)光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)方法的比較研究

李奕++張帆++李榮

摘要： 本文應(yīng)用漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法和白場(chǎng)儀法校準(zhǔn)光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)，研究其對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響因素。結(jié)果顯示采用漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法校準(zhǔn)亮度計(jì)色度參數(shù)時(shí)，其復(fù)現(xiàn)性較好，色度量值穩(wěn)定；采用白場(chǎng)儀法測(cè)量?jī)x器色度示值誤差，能驗(yàn)證儀器的極限測(cè)色性能；需要現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)時(shí)，白場(chǎng)儀方便攜帶，且三基色單色場(chǎng)和白場(chǎng)均有一系列標(biāo)準(zhǔn)色度值可選，而漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)，但其測(cè)色種類(lèi)擴(kuò)展性更好。分別采用這兩種方法標(biāo)定同一臺(tái)分光輻射亮度計(jì)，所得測(cè)量數(shù)據(jù)的自洽性印證了這兩種方法的測(cè)量結(jié)果是可信的。

Abstract： This paper uses the standard diffusion color plate and the radiometric luminance meter of white field instrument calibration spectrum to study their effect on the results of the calibration factor. The results show that the diffuse color parameters corrected by standard diffusion color plate have good reproducibility and stable color measurement. The diffuse color parameters corrected by white field instrument can verify the limit test performance of the instrument. When the on-site calibration is needed， the white field instrument is convenient to carry， and the three primary colours， monochromatic field and white field have a series of standard chroma value， the standard diffusion color plate can not achieve the on-site calibration， but the scalability of its color measuring type is better. In this paper， the two methods are used to calibrate the same sub-optical radiation luminance meter. The self consistency of the measurement data confirms that the two methods are reliable.

關(guān)鍵詞： 色度；漫射標(biāo)準(zhǔn)色板；白場(chǎng)儀；相對(duì)光譜響應(yīng)曲線(xiàn)

Key words： tone；standard diffusion color plate；white field instrument；relative spectrum response curve

中圖分類(lèi)號(hào)：O432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0156-03

0 引言

色度是評(píng)價(jià)油品質(zhì)量、肉食蔬果新鮮程度[1]、顯示警示表征、樓堂館所環(huán)境渲染、以及人類(lèi)所處五彩繽紛的客觀(guān)世界里，最為常見(jiàn)的感官量值，色度是一個(gè)心理物理學(xué)量值。物體顏色是人的大腦對(duì)物體的一種主觀(guān)感覺(jué)，用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述這種感覺(jué)是一件很困難的事[2]。光譜輻射亮度計(jì)是應(yīng)用于照明裝飾工程、發(fā)光顯示器件、影視影像廣告、大氣空間光照環(huán)境等領(lǐng)域的亮度和色度參數(shù)測(cè)量?jī)x器。為了避免光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)誤差，提高校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確度。本文旨在研究應(yīng)用漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法和白場(chǎng)儀法校準(zhǔn)光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)的差別及其對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

1 漫射標(biāo)準(zhǔn)色板標(biāo)定法

依據(jù)JJG 211-2005《亮度計(jì)》檢定規(guī)程[3]，使用光亮度標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)進(jìn)行檢定。光亮度標(biāo)準(zhǔn)裝置由標(biāo)準(zhǔn)A光源、漫射標(biāo)準(zhǔn)色板、光軌及相應(yīng)配套電測(cè)設(shè)備組成。圖1為漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法對(duì)光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的示意圖。

如圖1所示，將被校光譜輻射亮度計(jì)安裝在三角架上，使亮度計(jì)瞄準(zhǔn)基線(xiàn)與測(cè)光導(dǎo)軌的測(cè)量軸線(xiàn)成45°角，瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)漫射標(biāo)準(zhǔn)色板幾何中心，并保持與其中心等高。在標(biāo)準(zhǔn)A光源與色板之間放置一個(gè)固定光闌和一個(gè)可移動(dòng)光闌，用以屏蔽周?chē)碾s散光。將標(biāo)準(zhǔn)A光源電流調(diào)整到對(duì)應(yīng)2856K色溫時(shí)的電流值，此時(shí)被檢光譜輻射亮度計(jì)色度的示值誤差，即是被檢色度示值的平均值與上級(jí)量傳的標(biāo)準(zhǔn)色度值之差。漫射標(biāo)準(zhǔn)色板的標(biāo)準(zhǔn)色度值，使用上級(jí)校準(zhǔn)證書(shū)中的標(biāo)準(zhǔn)A光源2°視場(chǎng)下，0/45照明觀(guān)測(cè)條件的數(shù)據(jù)。

發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈的玻殼的形狀常見(jiàn)的有球形，斜倒錐，正倒錐和圓柱形。發(fā)光年穩(wěn)定性是標(biāo)準(zhǔn)燈定級(jí)的依據(jù)，它與鎢絲材料品質(zhì)、燈泡結(jié)構(gòu)、制造工藝、玻殼穩(wěn)定性有關(guān)。在點(diǎn)燃時(shí)還與供電電源的穩(wěn)定度有關(guān)。[4]

2 白場(chǎng)儀標(biāo)定法

依據(jù)JJF 1079-2002《陰極射線(xiàn)管彩色分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》[5]，使用陰極射線(xiàn)管彩色分析儀校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。此校準(zhǔn)裝置由白場(chǎng)儀、四維空間角度調(diào)整裝置、以及圖形顯示卡組成。白場(chǎng)儀能分別顯示白場(chǎng)信號(hào)和紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色場(chǎng)信號(hào)。圖2為白場(chǎng)儀單色場(chǎng)對(duì)光譜輻射亮度計(jì)色度參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的示意圖。

調(diào)整被測(cè)儀器測(cè)試光路的光軸與白場(chǎng)儀中心區(qū)域正交垂直，測(cè)試距離為3～4倍顯示器屏幕高度。將被測(cè)儀器的顯示值與白場(chǎng)儀的標(biāo)準(zhǔn)值直接比較，得到示值誤差。白場(chǎng)儀所提供的紅綠藍(lán)三色單色場(chǎng)的相對(duì)光譜響應(yīng)曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)顯示，漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法可標(biāo)定的色域依賴(lài)于色板顏色的類(lèi)型，色板顏色種類(lèi)多、可擴(kuò)展性好。白場(chǎng)儀法所使用的三基色穩(wěn)定性較好，但是其他顏色均是通過(guò)基色光譜疊加的方法得到，因此復(fù)現(xiàn)性較差，不適用于為非基色光定標(biāo)色度。兩種方法標(biāo)定色度值的測(cè)量結(jié)果如表1。

從表1結(jié)果來(lái)看，使用兩種方法標(biāo)定同一臺(tái)儀器時(shí)，漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法標(biāo)定同種顏色色品量值的示值誤差較小。經(jīng)實(shí)測(cè)五種顏色標(biāo)準(zhǔn)色板的光譜反射率曲線(xiàn)，如圖4所示，各條光譜曲線(xiàn)均較光滑。白場(chǎng)儀的基色光譜曲線(xiàn)線(xiàn)寬更窄、陡度更大，對(duì)亮度計(jì)CCD傳感器每個(gè)像素的響應(yīng)線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)范圍要求更苛刻，導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)示值誤差較大。從判定被校儀器計(jì)量性能上講，白場(chǎng)儀法更能檢驗(yàn)儀器在極限測(cè)量狀態(tài)下的性能，如動(dòng)態(tài)范圍和線(xiàn)性等參數(shù)。

為考察兩種方法測(cè)量同一色彩時(shí)的重復(fù)性和穩(wěn)定性?xún)?yōu)劣，進(jìn)行多次測(cè)量，本文以校準(zhǔn)紅色y值為例，表2為測(cè)量數(shù)據(jù)。

重復(fù)性考察兩種裝置的短期穩(wěn)定性，即為標(biāo)準(zhǔn)燈和白場(chǎng)儀背光源發(fā)光的相對(duì)光譜功率分布穩(wěn)定性。通過(guò)以上測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，白場(chǎng)儀法標(biāo)定光譜輻射亮度計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果復(fù)現(xiàn)性較低，而重復(fù)性數(shù)據(jù)結(jié)果顯示兩種校準(zhǔn)方法幾乎沒(méi)有差別。

4 數(shù)據(jù)分析

光譜輻射亮度計(jì)的CCD探測(cè)器相對(duì)光譜響應(yīng)經(jīng)修正，可以認(rèn)為與V（λ）接近一致。實(shí)際上由于時(shí)間和環(huán)境的影響，探測(cè)器度與CIE明視覺(jué)光譜光視效率V（λ）會(huì)有一定的差異，通常CIE推薦的誤差評(píng)價(jià)公式：

標(biāo)準(zhǔn)A光源的光譜是平滑、連續(xù)、且無(wú)陡變的光譜，標(biāo)準(zhǔn)色板光譜反射率曲線(xiàn)帶寬較寬、且平滑（如圖4）；白場(chǎng)儀顯示四種標(biāo)準(zhǔn)色場(chǎng)光譜帶寬比較窄，一般在幾十個(gè)nm（如圖3）。微小的光譜光視效率函數(shù)匹配誤差，對(duì)單色場(chǎng)測(cè)量示值影響較大，導(dǎo)致白場(chǎng)儀法測(cè)量色度示值誤差比標(biāo)準(zhǔn)色板法大。

5 結(jié)論

校準(zhǔn)分光輻射亮度計(jì)色度量值示值誤差。使用白場(chǎng)儀校準(zhǔn)時(shí)，由于白場(chǎng)儀窄帶單基色場(chǎng)的光譜曲線(xiàn)存在較大陡變，對(duì)微小的光譜光視效率函數(shù)匹配誤差的影響較大，會(huì)導(dǎo)致所得數(shù)據(jù)的離散程度大于標(biāo)準(zhǔn)色板法，而色板和標(biāo)準(zhǔn)A光源的光譜曲線(xiàn)均較平滑、變化平緩。因而當(dāng)檢驗(yàn)儀器在極限測(cè)量狀態(tài)下的測(cè)色性能時(shí)，應(yīng)采用白場(chǎng)儀法，但白場(chǎng)儀法的復(fù)現(xiàn)性不如漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法。

為了測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確穩(wěn)定，可用漫射標(biāo)準(zhǔn)色板法考察分光輻射亮度計(jì)的測(cè)量復(fù)現(xiàn)性，用白場(chǎng)儀法測(cè)量?jī)x器色度示值誤差，測(cè)量重復(fù)性?xún)煞N校準(zhǔn)方法差別不大。

建議在校準(zhǔn)光譜輻射亮度計(jì)色度量值時(shí)，將兩種方法結(jié)合使用，用標(biāo)準(zhǔn)色板法測(cè)量?jī)x器的復(fù)現(xiàn)性，用白場(chǎng)儀測(cè)量?jī)x器在不同色場(chǎng)下的色度示值誤差。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳文亮，蘇米亞，賈宏信，齊曉彥，劉翠平.色度學(xué)在嬰兒奶粉色澤評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（30）：12155-12156.

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[5]JJF 1079-2002，陰極射線(xiàn)管彩色分析儀校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.