一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法技术

本发明专利技术提出了一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法，为着色物的颜色深度提供一种基于颜色科学理论的客观、连续、定量的表征方法。本发明专利技术依据着色物的分光反射率测量数据，利用CIE表色系的标准色度观察者，借助新公式计算着色物的颜色深度，可用于染色织物等着色物的颜色深度、染料强度/力份、色牢度、染色性能（如提升力、迁移指数等）的表征和评价。本发明专利技术技术及其应用涉及分光光度技术、色度技术、色料生产与着色技术、纺织印染加工技术等领域。

A color depth representation method based on spectral reflectance and CIE surface color system

The present invention presents a color depth representation method based on spectral reflectance and CIE surface color system, which provides an objective, continuous and quantitative characterization method for the color depth of the colorant. The invention is based on the coloring materials for spectral reflectance measurement data, observed by standard color CIE color table, color depth calculation of coloring materials with the new formula, can be used to dye intensity / color depth, dyed fabrics and coloring materials, strength of a color fastness, dyeing properties (such as lifting force, migration index etc. the characterization and evaluation). The technology and the application of the invention relate to the fields of spectrophotometry, chromaticity, pigment production and coloring, textile printing and dyeing technology, and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法
本专利技术属于颜色科学领域，涉及一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法。
技术介绍
颜色深度的定义，根据AATCC(AssociationofTextile,Apparel&MaterialsProfessionals)标准，颜色深度是指着色物离开白色的距离，常与色料的浓度或上色效率有关。根据ISO(InternationalOrganizationofStandardization)标准，颜色深度是在其它条件(基材、色料、加工方法和观察条件)都保持不变的情况下，随色料用量增加而增加的上染质量。中国《染料名称术语》标准中没有颜色深度的定义，但给出了“标准深度”的概念，即，“一种公认的深度标准系列，并定义中等深度为1/1标准深度；同一标准深度的颜色，在心理感觉上是相等的，使色牢度等可在同一基础上进行比较；目前已发展为2/1、1/1、1/3、1/6、1/12及1/25共六档标准深度。”。可见，颜色深度综合反映色料性能、色料用量、着色效果和色知觉感受。因此，颜色深度对于色料和着色加工具有重要意义，其功用包含但不限于以下五个方面：一，决定染料强度和染料成本；二，它是染料色牢度评价的基础；三，它是染色提升力、迁移指数等染色效果表征和评价的基础；四，可直接用于表征织物的染色深度；第五，用于色料配方预测。总之，颜色深度对于色料及其应用技术的提高具有深远意义。目前颜色深度的表征和评价有主观和客观两大类方法。主观方法是参照标准颜色深度卡，在特定的照明和观察条件下，通过目测对比标准深度卡给出着色物的颜色深度等级。客观方法又可以分成两类，一类是通过特定公式计算某色度参数，继而依据一定的法则判断颜色深度等级，如ISO标准的仪器评价1/1标准深度方法(基于Christ公式)，德国DIN标准的1/1、1/3、1/9、1/25以及1/200五个标准深度等级评价方法(基于Gall公式)，Wardman,SmithandIslam共同发表的2/1、1/1、1/3、1/6、1/12及1/25六个标准深度等级的WSI方法；另一类是具体的颜色深度公式，可计算出具体的颜色深度值，如Godlove公式、Rabe-Koch公式、Integ公式、寺主一成公式、Sato公式、Kubelka-Munk公式、Taylor法则等。这些颜色深度的客观表征和评价方法，主要是基于对主观评价用的标准深度卡(色样)和主观评价为标准深度的色卡，通过色度测量，利用统计回归方法获得的数学公式。这种途径获得的颜色深度计算公式的局限性是显而易见的，颜色深度的表征也因受到上述公式使用效果的限制，呈现虽有标准但不统一的现状。因此，颜色深度的客观表征存在很大的理论提升空间。
技术实现思路
本专利技术为解决颜色深度的客观表征方面的技术问题，提供了一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法，本专利技术基于理论、可客观连续表征颜色深度；本专利技术的设计理念为：S1.从颜色深度的基本概念和颜色科学的基础理论出发，从理论上进行设计。这与基于标准深度色卡和/或主观评定为标准深度的色卡的现有颜色深度表征和评价方法不同，后者以统计回归方法得到的公式受标样容量、标样精度、标样代表性的影响，其适用性受到标样范围的限制；S2.理论设计公式应具有普适性，应能够连续客观地表征颜色深度，应能够尽可能多地满足颜色深度表征和评价的多种需求；S3.理论设计公式要符合常理、易于理解、方便计算，例如，以纯白/标准白为参照物，纯白/标准白色的颜色深度为0，纯黑色的颜色深度为100，颜色深度值越大表示颜色越深。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法，步骤如下：1)从颜色深度的概念出发，基于颜色科学基础理论，设计颜色深度刺激计算公式，颜色深度刺激计算公式的结果为色样的三刺激值之和或三刺激值之和函数；2)以纯白的颜色深度为0，纯黑的颜色深度为100，以纯白或基于实际应用需求设定的标准白代表白色，根据步骤1)中的色深刺激计算公式，以及标准照明体和观察视场，利用标准色度观察者光谱三刺激值，确定白色的色深刺激计算公式和具体数值；3)利用步骤1)中的颜色深度刺激计算公式，设计颜色深度的计算公式；4)测算、表征色样的颜色深度：首先利用分光光度计或分光测色仪测量色样的分光反射率ρ(λ)，基于之计算色样的XYZ三刺激值，或者直接从分光测色仪上读取XYZ三刺激值；然后将色样的XYZ三刺激值代入步骤3)中的颜色深度计算公式，获得色样的颜色深度值。所述步骤1)中，借助CIE表色系，颜色深度刺激计算公式即色深刺激计算公式，如公式(1)：式(1)中：ρ(λ)——着色物体的分光反射率；S(λ)——标准照明体的相对光谱能量分布；——CIEXYZ标准色度观察者光谱三刺激值；k——常数调整因子，在三刺激值计算公式中调整照明体的相对亮度Y＝100；X、Y、Z——色样的三刺激值。所述步骤1)中，借助CIE表色系，颜色深度刺激计算公式即色深刺激计算公式，也可采用公式(2)：其中：或者k为其他常数。S(λ)——标准照明体的相对光谱能量分布；——CIEXYZ标准色度观察者光谱三刺激值；k——常数调整因子，在三刺激值计算公式中调整照明体的相对亮度Y＝100；X、Y、Z——色样的CIE三刺激值。所述步骤2)中，白色以纯白或根据具体需求设定的标准白表征，其中纯白的色深刺激为等能白光的三刺激值X0、Y0、Z0之和，即：纯白的色深刺激＝X0+Y0+Z0。所述步骤3)中，颜色深度计算公式，以纯白为0，纯黑为100，颜色深度值越大表示颜色越深，以YCD代表颜色深度，具体为：或者所述步骤3)中，颜色深度计算公式在D65和10°视场情况下，本专利技术的基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法根据颜色深度的定义，它是人的视觉系统对着色物之颜色离开白色的距离的一种色知觉；因此，颜色深度的表征涉及物体的颜色、白色、光源和视觉系统，本专利技术分别采用以下方法对他们进行表征：S4.颜色的表征，采用颜色最基本的特征，即颜色的“指纹图”，对于织物类不透明材料，采用其(半球)反射率光谱，即采用带有积分球的分光光度计或测色仪测得的分光反射率光谱；S5.白色的表征，通常采用对可见光100％反射的纯白，特殊情况可根据具体需求设定标准白；S6.视觉系统的表征，采用CIE标准色度观察者，包括但不限于CIE1931、CIE1964，建议积极采用CIE的最新数据，本专利技术研究过程中采用的是CIE1964补充标准色度观察者；S7.光源的表征，采用标准照明体。基于以上设计理念和思路，设计颜色深度的理论计算公式如下。S8.设计颜色深度刺激(色深刺激)的计算方法人眼识别物体色的三要素是物体、光源和人眼视觉系统，颜色深度也涉及此三要素。因此，设计颜色色深刺激计算方法如公式(1)所示：其中，式中：ρ(λ)——着色物体的分光反射率；S(λ)——标准照明体的相对光谱能量分布；——CIEXYZ标准色度观察者光谱三刺激值；k——常数调整因子，在三刺激值计算公式中调整照明体的相对亮度Y＝100；X、Y、Z——着色物的三刺激值。根据公式(1)，纯白/标准白的色深刺激的计算公式即：白色的色深刺激＝X0+Y0+Z0(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法，其特征在于，步骤如下：1)从颜色深度的概念出发，基于颜色科学基础理论，设计颜色深度刺激计算公式，颜色深度刺激计算公式的结果为色样的三刺激值之和或三刺激值之和的函数；2)以纯白或基于实际应用需求设定的标准白代表白色，根据步骤1)中的颜色深度刺激计算公式，以及标准照明体和观察视场，利用标准色度观察者光谱三刺激值，确定白色的颜色深度刺激计算公式和具体数值；3)以纯白的颜色深度为0，纯黑的颜色深度为100，利用步骤1)中的颜色深度刺激计算公式，设计颜色深度的计算公式；4)测算、表征色样的颜色深度：首先利用分光光度计或分光测色仪测量色样的分光反射率ρ(λ)，基于之计算色样的XYZ三刺激值，或者直接从分光测色仪上读取XYZ三刺激值；然后将色样的XYZ三刺激值代入步骤3)中的颜色深度计算公式，获得色样的颜色深度值。

【技术特征摘要】
1.一种基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法，其特征在于，步骤如下：1)从颜色深度的概念出发，基于颜色科学基础理论，设计颜色深度刺激计算公式，颜色深度刺激计算公式的结果为色样的三刺激值之和或三刺激值之和的函数；2)以纯白或基于实际应用需求设定的标准白代表白色，根据步骤1)中的颜色深度刺激计算公式，以及标准照明体和观察视场，利用标准色度观察者光谱三刺激值，确定白色的颜色深度刺激计算公式和具体数值；3)以纯白的颜色深度为0，纯黑的颜色深度为100，利用步骤1)中的颜色深度刺激计算公式，设计颜色深度的计算公式；4)测算、表征色样的颜色深度：首先利用分光光度计或分光测色仪测量色样的分光反射率ρ(λ)，基于之计算色样的XYZ三刺激值，或者直接从分光测色仪上读取XYZ三刺激值；然后将色样的XYZ三刺激值代入步骤3)中的颜色深度计算公式，获得色样的颜色深度值。2.如权利要求1所述的基于分光反射率和CIE表色系的颜色深度表征方法，其特征在于：所述步骤1)中，借助CIE表色系，颜色深度刺激计算公式即色深刺激计算公式，如公式(1)：式(1)中：ρ(λ)——着色物体的分光反射率；S(λ)——标准照明体的相对光谱能量分布；——CIEXYZ标准色度观察者光谱三刺激值；k——常数调整因子，在三刺激值计算公式中调整照明体的相对亮度Y＝10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红英，杨志晖，谢宛姿，张靖晶，崔世忠，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41