UV條件設(shè)置對(duì)儀器測(cè)量熒光色穩(wěn)定性的影響

米 曦，宋 鵬

（1.中國(guó)紡織信息中心，北京 100020；2.上海元彩科技有限公司，上海 201616）

隨著生活方式的不斷改變，消費(fèi)者對(duì)于服裝面料也有了各種不同需求；其中，對(duì)熒光面料的需求與日俱增，特別是在戶(hù)外運(yùn)動(dòng)服裝領(lǐng)域。由于熒光增白劑或熒光染料特有的功能和特點(diǎn)，可以使織物的白度和鮮艷度提高，熒光色在可見(jiàn)光照射下，呈現(xiàn)無(wú)熒光狀態(tài)，但在納米紫外燈照射下，會(huì)呈現(xiàn)強(qiáng)烈的紅、黃、綠、藍(lán)等色光。目前，含熒光的織物主要用于運(yùn)動(dòng)、戶(hù)外、安全和玩具等需要安全警示的地方。

在電腦測(cè)色儀被廣泛使用后，國(guó)內(nèi)外已有不少服裝品牌采用電腦測(cè)色儀來(lái)判定色差是否在可接受范圍，在設(shè)定測(cè)色儀的測(cè)量參數(shù)時(shí)，其中有一項(xiàng)參數(shù)為：UV 包含或UV 不包含。對(duì)于大部分常規(guī)非熒光顏色而言，選擇UV 包含或不包含對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較小，但對(duì)于熒光色特別是強(qiáng)熒光色來(lái)說(shuō)，UV 條件的設(shè)置會(huì)對(duì)最終的測(cè)色結(jié)果造成影響，行業(yè)內(nèi)沒(méi)有較為統(tǒng)一的說(shuō)法。

本實(shí)驗(yàn)研究了熒光色樣品在UV 包含和UV 不包含兩種條件下，在不同測(cè)色儀上進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行分析探討。

1 儀器測(cè)色原理

1.1 色彩產(chǎn)生的基本原理

色彩是通過(guò)眼睛進(jìn)行感應(yīng)，然后把信息傳遞給大腦，再由大腦進(jìn)行整理并且結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的一種對(duì)光的視覺(jué)效應(yīng)。從根源上說(shuō)，色彩并不是存在于物體本身，而是物體吸收了照射它的可見(jiàn)光的大部分，然后把特定波長(zhǎng)的光反射出來(lái)，這些反射出來(lái)的單一波長(zhǎng)的光被我們的眼睛感應(yīng)到，就形成了色彩的感受和概念。如果沒(méi)有光，我們就無(wú)法在黑暗中看到任何形狀與色彩。所以說(shuō)，色彩的來(lái)源是光，或者說(shuō)色彩是指光作用于人眼而引起的除形象以外的視覺(jué)特性。其本質(zhì)是大腦對(duì)投入人眼中的光的主觀感受，是光的客觀存在，也是人的一種心理感覺(jué)，不同波長(zhǎng)的光被感知為不同的色彩。色彩既與物質(zhì)本身的特性有關(guān)，還受觀察條件、照明條件和觀察者的視覺(jué)特性等因素的影響。色彩學(xué)是一種受物理學(xué)、視覺(jué)生理學(xué)和心理學(xué)影響的綜合學(xué)科。

色相、明度和彩度為色彩的三屬性。色相表示色彩的分類(lèi)，如紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等，是色彩最主要的特征，是不同顏色最明顯的區(qū)別。彩度又稱(chēng)飽和度或艷度，是指色彩的純度，表示物體表面顏色的濃淡或灰亮。明度是指非發(fā)光物體表面相對(duì)明暗或深淺的特性，由物體漫反射或漫透射的程度決定［1］。

1.2 顏色測(cè)量原理

如上所述，顏色并不是物質(zhì)的固有特性，其既與物質(zhì)本身的分光特性等有關(guān)，又與照明條件、觀測(cè)條件、觀察者的視覺(jué)特性有關(guān)。物體在不同的光源下具有不同的顏色，測(cè)色時(shí)首先要確定用什么光源。此外，一個(gè)物體的顏色可由三刺激值來(lái)表示，三刺激值是以最低覆蓋范圍在400～700 nm 的光譜反射曲線(xiàn)為基礎(chǔ)計(jì)算得到的。分光光度計(jì)是運(yùn)用光線(xiàn)照射到被測(cè)物后產(chǎn)生反射光，再利用光學(xué)元件捕獲這些光線(xiàn)，檢測(cè)光線(xiàn)顏色的光譜能量分布、波長(zhǎng)、顏色三刺激值和色度坐標(biāo)值等各種指標(biāo)，最后通過(guò)CIELAB 色差公式，計(jì)算得到原樣與測(cè)試樣的色差值［2］。

2 熒光的產(chǎn)生及熒光材料測(cè)量對(duì)光源的要求

熒光是自然界一種常見(jiàn)的發(fā)光現(xiàn)象。奎寧是第一個(gè)被明確定義的有機(jī)熒光物質(zhì)。熒光物質(zhì)由短波長(zhǎng)的紫外光或可見(jiàn)光照射后，會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射出各種顏色和不同強(qiáng)度的可見(jiàn)光，紫外光或可見(jiàn)光停止照射后，該光線(xiàn)也很快地隨之消失，這種光線(xiàn)被稱(chēng)為熒光［3］。

隨著人們對(duì)服裝的色彩、鮮艷度以及安全等方面的要求越來(lái)越高，熒光染料得到了廣泛應(yīng)用。熒光染料是染料的一種，其吸收可見(jiàn)光和近紫外輻射的能量后又發(fā)射波長(zhǎng)不同的可見(jiàn)光，在印刷行業(yè)，青、品紅、黃是3 種基礎(chǔ)油墨，分別吸收紅、綠、藍(lán)3 色光，但熒光染料除了吸收上述波長(zhǎng)區(qū)的能量外，還會(huì)不同程度地吸收一些其他顏色的光。熒光染料染色織物的計(jì)算機(jī)測(cè)配色也就越來(lái)越受到廣大工程技術(shù)人員以及檢測(cè)人員的關(guān)注。熒光材料的顏色測(cè)量并不能采用普通的光譜光度法，因?yàn)椴坏獪y(cè)量材料的真實(shí)反射，同時(shí)還要測(cè)量材料的熒光反射，測(cè)量的結(jié)果為總的光譜輻亮度因數(shù)［4］。

對(duì)熒光材料的測(cè)量應(yīng)以測(cè)量總光譜輻亮度因數(shù)或把反射分量和熒光分量分開(kāi)測(cè)量這兩種方法為基礎(chǔ)。在測(cè)量總光譜輻亮度因數(shù)時(shí)，必須對(duì)輻照光源的光譜功率分布進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便獲得好的重復(fù)性和精度。必須了解整個(gè)輻照系統(tǒng)的光譜功率分布，包括光源及所有對(duì)入射到樣品的光譜功率分布進(jìn)行調(diào)制的光學(xué)元件。光譜熒光輻亮度因數(shù)受到光譜功率分布的強(qiáng)烈影響，也就對(duì)總光譜輻亮度因數(shù)的測(cè)量結(jié)果有影響，這是熒光材料測(cè)量的主要問(wèn)題。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 材料和設(shè)備

材料：15 個(gè)熒光織物，材料為全滌半消光春亞紡（50D/72F）。

設(shè)備：5 臺(tái)Datacolor 臺(tái)式測(cè)色儀，代碼為1#、2#、3#、4#、5#。

3.2 測(cè)試方法

選取一批熒光色樣（15 個(gè)，顏色如圖1 所示），在5 臺(tái)不同的測(cè)色儀上，分別在UV 不包含和UV 包含的條件下進(jìn)行測(cè)色，對(duì)兩種條件下測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行比較。UV 不包含作為對(duì)照組，測(cè)試UV 包含條件下不同儀器間的測(cè)色穩(wěn)定性。

圖1 15 個(gè)熒光色樣的顏色

15 個(gè)熒光色樣對(duì)應(yīng)的RGB 數(shù)據(jù)如圖2 所示。考 慮到熒光樣品的特殊性，盡量選取不同色相的顏色，本實(shí)驗(yàn)選取紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等不同色相的15 個(gè)樣品。這15 個(gè)樣品均是由相應(yīng)的熒光染料在同樣的面料上染色而成，且隨機(jī)選取了5 臺(tái)不同的測(cè)色儀器進(jìn)行測(cè)試，這5 臺(tái)測(cè)色儀器的型號(hào)一致，均為Datacolor 公司的高精度臺(tái)式測(cè)色儀，而且儀器都確保處于正常的使用狀態(tài)，得到了正確的維護(hù)和保養(yǎng)，但不同儀器設(shè)備本身由于硬件以及使用環(huán)境的差異，還是會(huì)存在一定范圍內(nèi)的臺(tái)間差異。

圖2 15個(gè)熒光色樣對(duì)應(yīng)的RGB 數(shù)值

4 結(jié)果與討論

4.1 225#色樣的測(cè)試結(jié)果

圖3 由兩部分組成，右側(cè)一維坐標(biāo)軸代表dL，即批次樣與標(biāo)準(zhǔn)樣在顏色明度/深淺度數(shù)值上的差異，以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心，上半軸+L代表與標(biāo)準(zhǔn)樣相比，明度L偏大的方向，即明度偏高，數(shù)值越大，明度的偏差越大。同理，下半軸-L代表與標(biāo)準(zhǔn)樣相比，明度L偏低的方向。左側(cè)二維坐標(biāo)軸，橫坐標(biāo)代表a偏差，即批次樣與標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，在紅綠色光方面的差異（+a代表偏紅，-a代表偏綠），縱坐標(biāo)代表b偏差，即批次樣與標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，在黃藍(lán)色光方面的差異（+b代表偏黃，-b代表偏藍(lán)）。以此代表顏色在三維Lab 色空間體系中的相對(duì)位置情況。

在a、b色偏向的二維坐標(biāo)軸上，大圈范圍代表UV 包含條件下測(cè)色數(shù)據(jù)的范圍，對(duì)應(yīng)的是右側(cè)跨度較大的上半軸上的dL 范圍。相反，a、b色偏向上小圈是UV 不包含條件下的測(cè)色數(shù)據(jù)分布，對(duì)應(yīng)的是dL 軸上下半部分較小跨度的范圍。

由圖3 可以看出，不管是在明度的分散范圍還是a、b色偏向的分散范圍上，UV 包含條件下測(cè)得的數(shù)據(jù)相對(duì)都比較分散，即UV 包含條件下的數(shù)據(jù)分布離散度較大；且有一個(gè)異常離群點(diǎn)（圖3 中箭頭所指），代碼為3#的測(cè)色儀測(cè)得的數(shù)據(jù)與其他儀器上測(cè)得的數(shù)據(jù)色差（CMCDE）達(dá)到了1.8 左右。而在UV 不包含條件下的測(cè)色數(shù)據(jù)離散度較小，在不同的儀器上測(cè)得的數(shù)據(jù)相對(duì)一致；且3#儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)也在可控范圍之內(nèi)（CMCDE 小于0.5）。這說(shuō)明UV 包含條件下測(cè)得的數(shù)據(jù)相對(duì)于UV 不包含條件更不穩(wěn)定。

圖3 225#色樣在UV 包含和UV 不包含條件下的測(cè)色數(shù)據(jù)分布

圖4 代表UV 不包含條件下400～700 nm 可見(jiàn)光光譜上顏色的反射率分布。由圖4可以看出，5臺(tái)儀器上測(cè)色所得反射率基本一致。

圖4 225#色樣在UV 不包含條件下的反射率

圖5 代表UV 包含條件下360～700 nm 光譜上顏色的反射率分布。由圖5 可以看出，在500～540 nm 區(qū)間有個(gè)別儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)明顯與其他儀器有偏差。這是由儀器本身的條件導(dǎo)致，所得的測(cè)色數(shù)據(jù)會(huì)與其他儀器所得結(jié)果偏差較大。3#儀器在500～540 nm波段的反射率較低，達(dá)不到其他儀器的峰值。

圖5 225#色樣在UV 包含條件下的反射率

4.2 189#色樣的測(cè)試結(jié)果

由圖6 可以看出，在UV 包含條件下，測(cè)得的數(shù)據(jù)分布離散度較大，同樣是3#測(cè)色儀測(cè)得的數(shù)據(jù)與其他儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)色差較大。而在UV 不包含條件下的數(shù)據(jù)離散度較小，在不同的儀器上測(cè)得的數(shù)據(jù)相對(duì)一致，且3#儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)也在可控的范圍之內(nèi)（CMCDE 小于0.5）。

圖6 189#色樣在UV 包含和UV 不包含條件下的測(cè)色數(shù)據(jù)分布

189#色樣在UV 包含和UV 不包含條件下的反射率見(jiàn)圖7、8。由圖7、8 反射率分析可以看出，在UV 不包含條件下，5 臺(tái)儀器測(cè)色的反射率基本保持一致；但在UV 包含條件下，3#儀器在510～550 nm 區(qū)間的反射率較低，達(dá)不到其他儀器的峰值。

圖7 189#色樣在UV 不包含條件下的反射率

該儀器之所以達(dá)不到其他儀器的峰值，可能是由于儀器本身的硬件問(wèn)題，導(dǎo)致在熒光的某些范圍內(nèi)存在光譜能量不足的情況。

圖8 189#色樣在UV 包含條件下的反射率

5 結(jié)論

（1）相較于UV 不包含條件，UV 包含條件下所得的測(cè)色數(shù)據(jù)更分散，且因?yàn)闇y(cè)色儀器的問(wèn)題，可能會(huì)出現(xiàn)某些波長(zhǎng)區(qū)間達(dá)不到峰值的情況，使個(gè)別數(shù)據(jù)成為離散點(diǎn)，與其他儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。出現(xiàn)不同儀器間差異較大的結(jié)果。而選用UV 不包含測(cè)色條件，因?yàn)闆](méi)有用到熒光部分（500～540 nm 波段），所以最終所得結(jié)果能夠保持一致。

（2）機(jī)器碼為3#的測(cè)色儀在UV 包含條件下，500～540 nm 波段出現(xiàn)熒光能量不足，致使某些熒光樣品在UV 包含條件下的測(cè)色數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，但是在UV 不包含條件下卻能保持?jǐn)?shù)據(jù)的相對(duì)穩(wěn)定。

（3）熒光色在UV 包含條件下測(cè)色，因?yàn)閮x器的問(wèn)題，可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)色數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的結(jié)果；而在UV不包含條件下，測(cè)色數(shù)據(jù)會(huì)相對(duì)更穩(wěn)定。根據(jù)測(cè)色穩(wěn)定性方面的要求，UV 不包含條件可以有效避免因?yàn)闊晒饽芰坎蛔闼鶐?lái)的不同儀器間的數(shù)據(jù)差異。熒光色樣在測(cè)色時(shí)，如非指定要求，考慮測(cè)色的穩(wěn)定性和不同儀器間的臺(tái)間差異，建議使用UV 不包含的測(cè)色條件，以避免因儀器本身的問(wèn)題導(dǎo)致熒光能量不足，個(gè)別顏色測(cè)色不準(zhǔn)。