兩種校準光譜輻射亮度計色度參數方法的比較研究

李奕++張帆++李榮

摘要： 本文應用漫射標準色板法和白場儀法校準光譜輻射亮度計色度參數，研究其對校準結果的影響因素。結果顯示采用漫射標準色板法校準亮度計色度參數時，其復現性較好，色度量值穩定；采用白場儀法測量儀器色度示值誤差，能驗證儀器的極限測色性能；需要現場定標時，白場儀方便攜帶，且三基色單色場和白場均有一系列標準色度值可選，而漫射標準色板法無法現場定標，但其測色種類擴展性更好。分別采用這兩種方法標定同一臺分光輻射亮度計，所得測量數據的自洽性印證了這兩種方法的測量結果是可信的。

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.

關鍵詞： 色度；漫射標準色板；白場儀；相對光譜響應曲線

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

中圖分類號：O432 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0156-03

0 引言

色度是評價油品質量、肉食蔬果新鮮程度[1]、顯示警示表征、樓堂館所環境渲染、以及人類所處五彩繽紛的客觀世界里，最為常見的感官量值，色度是一個心理物理學量值。物體顏色是人的大腦對物體的一種主觀感覺，用數學方法來描述這種感覺是一件很困難的事[2]。光譜輻射亮度計是應用于照明裝飾工程、發光顯示器件、影視影像廣告、大氣空間光照環境等領域的亮度和色度參數測量儀器。為了避免光譜輻射亮度計色度參數誤差，提高校準結果準確度。本文旨在研究應用漫射標準色板法和白場儀法校準光譜輻射亮度計色度參數的差別及其對校準結果的影響。

1 漫射標準色板標定法

依據JJG 211-2005《亮度計》檢定規程[3]，使用光亮度標準裝置對光譜輻射亮度計色度參數進行檢定。光亮度標準裝置由標準A光源、漫射標準色板、光軌及相應配套電測設備組成。圖1為漫射標準色板法對光譜輻射亮度計色度參數進行標定的示意圖。

如圖1所示，將被校光譜輻射亮度計安裝在三角架上，使亮度計瞄準基線與測光導軌的測量軸線成45°角，瞄準標準漫射標準色板幾何中心，并保持與其中心等高。在標準A光源與色板之間放置一個固定光闌和一個可移動光闌，用以屏蔽周圍的雜散光。將標準A光源電流調整到對應2856K色溫時的電流值，此時被檢光譜輻射亮度計色度的示值誤差，即是被檢色度示值的平均值與上級量傳的標準色度值之差。漫射標準色板的標準色度值，使用上級校準證書中的標準A光源2°視場下，0/45照明觀測條件的數據。

發光強度標準燈的玻殼的形狀常見的有球形，斜倒錐，正倒錐和圓柱形。發光年穩定性是標準燈定級的依據，它與鎢絲材料品質、燈泡結構、制造工藝、玻殼穩定性有關。在點燃時還與供電電源的穩定度有關。[4]

2 白場儀標定法

依據JJF 1079-2002《陰極射線管彩色分析儀校準規范》[5]，使用陰極射線管彩色分析儀校準裝置進行校準。此校準裝置由白場儀、四維空間角度調整裝置、以及圖形顯示卡組成。白場儀能分別顯示白場信號和紅、綠、藍三個單色場信號。圖2為白場儀單色場對光譜輻射亮度計色度參數進行標定的示意圖。

調整被測儀器測試光路的光軸與白場儀中心區域正交垂直，測試距離為3～4倍顯示器屏幕高度。將被測儀器的顯示值與白場儀的標準值直接比較，得到示值誤差。白場儀所提供的紅綠藍三色單色場的相對光譜響應曲線見圖3。

3 實驗結果

實驗顯示，漫射標準色板法可標定的色域依賴于色板顏色的類型，色板顏色種類多、可擴展性好。白場儀法所使用的三基色穩定性較好，但是其他顏色均是通過基色光譜疊加的方法得到，因此復現性較差，不適用于為非基色光定標色度。兩種方法標定色度值的測量結果如表1。

從表1結果來看，使用兩種方法標定同一臺儀器時，漫射標準色板法標定同種顏色色品量值的示值誤差較小。經實測五種顏色標準色板的光譜反射率曲線，如圖4所示，各條光譜曲線均較光滑。白場儀的基色光譜曲線線寬更窄、陡度更大，對亮度計CCD傳感器每個像素的響應線性和動態范圍要求更苛刻，導致所測數據示值誤差較大。從判定被校儀器計量性能上講，白場儀法更能檢驗儀器在極限測量狀態下的性能，如動態范圍和線性等參數。

為考察兩種方法測量同一色彩時的重復性和穩定性優劣，進行多次測量，本文以校準紅色y值為例，表2為測量數據。

重復性考察兩種裝置的短期穩定性，即為標準燈和白場儀背光源發光的相對光譜功率分布穩定性。通過以上測量數據可以看出，白場儀法標定光譜輻射亮度計數據結果復現性較低，而重復性數據結果顯示兩種校準方法幾乎沒有差別。

4 數據分析

光譜輻射亮度計的CCD探測器相對光譜響應經修正，可以認為與V（λ）接近一致。實際上由于時間和環境的影響，探測器度與CIE明視覺光譜光視效率V（λ）會有一定的差異，通常CIE推薦的誤差評價公式：

標準A光源的光譜是平滑、連續、且無陡變的光譜，標準色板光譜反射率曲線帶寬較寬、且平滑（如圖4）；白場儀顯示四種標準色場光譜帶寬比較窄，一般在幾十個nm（如圖3）。微小的光譜光視效率函數匹配誤差，對單色場測量示值影響較大，導致白場儀法測量色度示值誤差比標準色板法大。

5 結論

校準分光輻射亮度計色度量值示值誤差。使用白場儀校準時，由于白場儀窄帶單基色場的光譜曲線存在較大陡變，對微小的光譜光視效率函數匹配誤差的影響較大，會導致所得數據的離散程度大于標準色板法，而色板和標準A光源的光譜曲線均較平滑、變化平緩。因而當檢驗儀器在極限測量狀態下的測色性能時，應采用白場儀法，但白場儀法的復現性不如漫射標準色板法。

為了測量結果更加準確穩定，可用漫射標準色板法考察分光輻射亮度計的測量復現性，用白場儀法測量儀器色度示值誤差，測量重復性兩種校準方法差別不大。

建議在校準光譜輻射亮度計色度量值時，將兩種方法結合使用，用標準色板法測量儀器的復現性，用白場儀測量儀器在不同色場下的色度示值誤差。

參考文獻：

[1]丁武，魏益民.色彩色差計在肉品新鮮度檢驗中的應用[J].肉類研究，2003（6）：22-24.

[2]陳文亮，蘇米亞，賈宏信，齊曉彥，劉翠平.色度學在嬰兒奶粉色澤評價中的應用[J].安徽農業科學，2013（30）：12155-12156.

[3]JJG 211-2005，光亮度計檢定規程[S].北京：中國標準出版社，2005.

[4]張帆，李奕.LED光電參數測試儀校準方法的研究[J].照明工程學報，2014（3）：34-37.

[5]JJF 1079-2002，陰極射線管彩色分析儀校準規范[S].北京：中國標準出版社，2002.