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照明和观测几何条件

发布时间:2015-11-02      点击次数:102
  •     在人眼对物体颜色的观察中,照明光源、物体和人眼三个要素之间的相对位置会对颜色观测的结果产生很复杂的影响。照明光源、物体和人眼三要素在颜色测量仪器的设计中对应着照明光源、被测样品和传感器,三者之间的位置关系就是颜色测量中的照明观测几何条件,简称几何条件。测色仪的几何条件不同,会对颜色测量的结果带来很大的影响。为了能使评价结果在不同仪器之间具有可比性,几何条件必须标准化;为了实现不同的检测目的,应用中也需要选择相应的几何条件。为了灵活应对不同的检测目的,需要尽可能细致的规定多种几何条件。但是几何条件规定过多会是颜色测色仪的设计难度、复杂度加大。
       
        CIE一直在完善对测量几何条件的规定。CIE15:2004对CIE15.2:1986进行了几何条件的扩充,CIE15:2004第三版对反射样品推荐了10种几何条件;透射样品推荐了六种几何条件。主要是对照明和接收角度作了规定。CIE15.2:1986中角度的允差在CIE15:2004中暂缺,说明对公差问题还需深入研究。
       
        从照明光束的方向性来看,几何条件可分为两类:一类是漫射型照明或漫射型接收。此类仪器在几何条件的设计中用积分球结构,用积分球对照明光或反射光进行匀化。另一类是定向型的照明或接收条件。此类仪器在设计中不使用积分球。

        CIE15:2004推荐的反射样品测量几何条件共有十种,如图 2.2所示。

    1.  di:8
        漫射照明,8°方向接收,包括镜面反射成分。样品被积分球在所有方向上均匀地漫射照明,照明面积应大于被测面积。接收光束的轴线与样品中心的法线之间的夹角为8°,接收光束的轴线与任一条光线之间的夹角不应超过5°,探测器表面的响应要求均匀,并且被吸收光束均匀地照明,如图 2.2(a)所示。

    2.  de:8
        漫射照明,8°方向接收,排除镜面反射成分。几何条件同di:8,只是接收光束中不包括镜面反射成分,也不包括与镜面反射呈以内的其他光线,如图 2.2(b)所示。

    3.  8:di
        8°方向照明,漫反射接收,包括镜面反射成分。几何条件同di:8,只是di:8°的逆向光路。也就是照明光束的轴线与样品中心的法线之间的夹角为8°,照明光束的轴线与任一条光线之间的夹角不应超过5°。样品被照明面积应小于被测面积。漫反射光用积分球从所有方向上接收。如图 2.2(c)所示。

    4.  8:de
        8°方向照明,漫反射接收,排除镜面反射成分。几何条件同de:8,是de:8的逆向光路。样品被照明面积应小于被测面积。如图2-2(d)所示。

    5.  d:d
        漫射照明,漫反射接收。几何条件同di:8,只是漫反射光用积分球从所有方向上接收。在这种几何条件下测试,照明面积和接收面积是一致的。如图 2.2(e)所示。

    6.  d:0
        漫射照明,0°方向接收,排除镜面反射成分。d:0是漫射照明的另一种形式。样品被积分球漫射照明,在样品法线方向上接收。这种几何条件能很好地排除镜面反射成分。如图 2.2(f)所示。

    7.  45ɑ:0
        45°环形照明,0°方向接收,如图 2.2(g)所示。。样品被环形圆锥光束均匀地照明,该环形圆锥的轴线在样品法线上,顶点在样品中心,内圆锥半角为40°,外圆锥半角为50°,两圆锥之间的光束用以照明样品。在法线方向上接收,接收光锥的半角为5°,接收光束应均匀地照明探测器。如果将上述照明光束改为:在一个圆环上装若干离散光源或装若干光纤束来照明样品,就成为45c:0°几何条件。

    8.0:45ɑ
        0°方向照明,45°环形接收。  几何条件与45ɑ:0,只是45ɑ:0的逆向光路。在法线方向上照明样品,在与法线成45°方向上环形接收。如图 2.2(h)所示。

    9.45x:0
        45°定向照明,0°方向接收。几何条件与45ɑ:0相同,但照明方向只有一个,而不是环形。“x"表示照明的方位。在法线方向上接收。如图 2.2(i)所示。

    10.0:45x
        0°方向照明,45°定向接收。几何条件同45x:0,不过是45x:0的逆向光路。在法线方向上照明样品,在一定的方位角上与法线成45°角接收。如图 2.2(j)所示。

    图 2.2反射测量的几何条件

        上述1,2,6,7,8,9,10几何条件下,测量结果为是表面反射率R(λ)。在定向接收的几何条件中,当接受的立体角足够小时,给出的反射因数称为辐亮度因数β(λ)。所以,接受的立体角足够小时,45x:0条件给出辐亮度因数β45:0(λ) ;0:45x条件给出的辐亮度因数β0:45(λ);di:8条件给出辐亮度因数βdi:8(λ);d:0条件给出近似辐亮度因数βd:0(λ);几何条件8:di给出光谱反射比 R(λ)。以上几何条件并不能适用于所有的颜色测量,对于一些特殊样品,比如逆反射材料,需要结合检测目的制定另外的几何条件,或给予不同的允差。

        彩谱科技的CS-200、CS-210、CS-220型号的测色仪采用CIE推荐的8:di和8:de几何条件测量。在测量粗糙物体的颜色时,采用8:di几何条件,让zui多的光线进入探测器。在测量高光泽物体的颜色时,采用8:de几何条件,去除反射光对颜色测量的影响。
        CS-580、CS-600、CS-610、CS-660型号的分光测色仪采用CIE推荐的di:8和de:8几何测量条件。通过挡板和光阱的设计,创造性的将两种几何条件有机的结合到一个仪器里面,实现SCI/SCE兼容照明观察条件。

        杭州彩谱科技有限公司可根据测量物体的不同,采用更符合测量物质特性的几何照明观测条件,进行定制特定物质颜色测色仪

        注意:在使用积分球时,应避免光源直接照射在被测样品表面,破坏漫射照明效果,应在被测样品和照明光源之间加挡板阻隔光线的直接传递。为了保证漫射照明效果,积分球开口面积不能大于积分球内壁总面积的10%。
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