D65和A光源下綠色硅化木的光源客觀效應(yīng)分析

雷芳芳

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，福建福州 350007)

我國硅化木資源極為豐富，堪稱世界之最，有廣闊的市場前景[1]。顏色是影響硅化木質(zhì)量評價的重要因素，其中綠色的價值最高，尤其是顏色鮮亮、飽和度高的陽綠色深受人們喜愛。但由于硅化木中綠色色調(diào)變化較大，有淺綠色、深綠色、豆綠色、暗綠色等，因此如何定量、客觀地對顏色進行評價，是硅化木質(zhì)量評價的重點和難點。

光源在硅化木顏色評價中尤為關(guān)鍵，顏色的亮度、彩度、色調(diào)隨光源變換發(fā)生變化進而產(chǎn)生色差，最終呈現(xiàn)出不同的視覺效果，因此選定何種光源至關(guān)重要。近年來，隨著色度學(xué)、光源輻照學(xué)廣泛地應(yīng)用于礦物學(xué)、寶石學(xué)研究，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注不同光源對寶玉石顏色的影響。商嫣然等研究發(fā)現(xiàn)D65光源能較準確地評價紅-黃色翡翠的顏色[2]；王雪丁對綠松石樣品的色卡顏色指數(shù)和色度學(xué)參數(shù)進行分析，探討不同光源對綠松石顏色的影響[3]；杜紅梅通過非參數(shù)檢驗分析得出D65光源是綠色翡翠顏色分級的最佳照明光源[4]。本文參考前人研究方法，以綠色硅化木為研究對象，基于CIE1976 L*a*b*均勻色空間，在相同背景下選取D65和A光源作為實驗光源，采用測色儀定量測試樣品的顏色參數(shù)，研究光源和樣品本身對綠色硅化木顏色的影響程度，分析變換光源對其明度、彩度、色調(diào)、色差的影響，并嘗試確定其顏色評價的適宜照明光源，對硅化木的質(zhì)量評價具有重要的指導(dǎo)意義。

1 樣品與實驗

1.1 樣品選取

實驗選用16件綠色硅化木樣品，編號01～16，樣品拋光良好，玻璃光澤，基本色調(diào)均為綠色，顏色明暗和濃淡程度各異，肉眼下具陽綠色、淺綠色、豆綠色、暗綠色等顏色外觀，測色區(qū)域內(nèi)樣品顏色均勻、含雜質(zhì)少。

1.2 測試方法和條件

測試方法：樣品顏色參數(shù)測定采用Color i5測色儀，6mm測量孔徑，在標準光源箱內(nèi)采用反射模式，通過積分球收集樣品表面的反射信號(不包括鏡面反射)，測定樣品在CIE 1976 L*a*b*均勻色空間下顏色參數(shù)，即明度值L*和色品a*、b*，并計算彩度值C*和色調(diào)角h0。為了減少誤差，每件樣品均檢測3次，再計算其平均值作為該樣品的顏色參數(shù)數(shù)據(jù)。

測試條件為：2°觀察者視場；電壓240V，頻率50Hz～60Hz，測量范圍360nm～750nm，測量時間小于2.5s，波長間隔10nm。

1.3 測試光源

實驗在標準光源箱內(nèi)分別采用D65和A光源，其中D65光源色溫6504K，主要用于模仿自然日光；A光源色溫2856K，主要用于模仿家庭居室或美式櫥窗射燈。

1.4 色差計算

本文選用目前最新的色差公式CIE DE2000(ΔE00)，以計算兩種不同光源下樣品的色差值。公式在CIE94基礎(chǔ)上做了大量修正，對色差描述綜合能力最佳，尤其能夠更好地表現(xiàn)綠色、藍色區(qū)域的精細色差，是目前國際照明委員會推薦使用的色差計算公式[5]，公式如下：

其中ΔL′、ΔC′和ΔH′分別為樣品數(shù)據(jù)的亮度差、彩度差和色調(diào)差；RT為減少藍色區(qū)域色度和色調(diào)之間相互作用的轉(zhuǎn)換函數(shù)；SL、SC、SH為校正CIELAB缺乏視覺均勻性的位置函數(shù)；KL、KC、KH為實驗環(huán)境校準參數(shù)，在不同領(lǐng)域取值各不相同，本文選取應(yīng)用于印刷領(lǐng)域的KL=1、KC=1、KH=1以提高色差計算精度[6]。

2 結(jié)果與討論

經(jīng)測試和計算，樣品色調(diào)集中在綠色色域，明度中等，彩度分布范圍較廣。在D65光源下，樣品明度值L*∈(41.79，60.68)，彩度值C*∈(10.71，49.84)，色調(diào)角h0∈(143.74，151.93)；A光源下樣品明度值L*∈(40.55，56.19)，彩度值C*∈(12.87，56.31)，色調(diào)角h0∈(137.23，148.61)。

2.1 光源和樣品本身對綠色硅化木顏色的影響

每種光源都具有特定的光譜功率分布曲線，其分布特征決定了光源的顯色性，進而影響樣品的顏色。一般而言，光譜功率分布曲線越平滑、上升趨勢越連續(xù)，光源顯色性越高[7-8]。

對比分析D65和A光源在380nm～780nm范圍內(nèi)相對光譜功率分布(圖1)，發(fā)現(xiàn)D65光源的分布曲線較曲折，有較多小的峰值，最大峰值分布在波長460nm左右處，且曲線在綠、黃、紅區(qū)的光譜能量分布較均勻，因此光色不偏向其它色調(diào)，能較好呈現(xiàn)樣品真實的顏色；A光源曲線近似一條平滑的直線，在紅區(qū)的光譜能量最高，且曲線整體連續(xù)上升，因此該光源的顯色性較高，但由于黃、紅區(qū)的光譜能量比藍、紫區(qū)高得多，導(dǎo)致光色偏黃[9]。

圖1 D65光源與A光源的相對光譜功率分布圖Fig 1.Relative Spectroscopic Power Distribution of Light Resources D65 and A

光源和樣品本身是影響綠色硅化木顏色的兩個互不干擾的獨立因素，本次研究把顏色數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件，采用無重復(fù)雙因素方差分析法研究這兩個因素各自對綠色硅化木顏色的影響程度(表1)。表中分析結(jié)果可以通過P值或F值來判斷差異顯著性。(1)P值：樣品本身P(L*)為0.217，大于0.05，說明樣品本身的明度差異不明顯；樣品本身P(C*)與P(h0)均為 0.000，小于0.01，達到極顯著水平，說明樣品本身的彩度和色調(diào)都具有明顯差異。光源P(L*)、P(C*)以及P(h0)均為 0.000，小于極顯著水平0.01，說明變換光源后，綠色硅化木的明度、彩度以及色調(diào)均發(fā)生明顯變化。(2)F值：若F≥P，則表示差異顯著，表中樣品本身和光源的F值均大于P值，說明兩者均會對綠色硅化木的顏色造成顯著差異。以上分析可以得出結(jié)論：光源和樣品本身對綠色硅化木顏色的影響都很大。

表1 雙因素方差分析Tab 1.2-Factor Variance Analysis

說明：P值：顯著性水平為0.05 ，極顯著水平為0.01；F值：組間均方與組內(nèi)均方的比值。

任選5件樣品(3#、6#、11#、14#、16#)，將其顏色參數(shù)通過計算機擬色(表2)。從表中可知：(1)在同種光源下，5件樣品本身的顏色均存在明顯差別；(2)同一樣品在A光源下的顏色比在D65光源下更加鮮艷。該結(jié)果驗證了無重復(fù)雙因素方差分析得出的結(jié)論。

表2 兩種光源下綠色硅化木的顏色模擬Tab 2.Color Simulation of Green Silicified Wood under 2 Light Sources

2.2 變換光源對綠色硅化木明度的影響

為了進一步探究變換光源對綠色硅化木明度的影響，將樣品在D65和A光源下測試所得的明度值數(shù)據(jù)進行整合記錄，并計算出其平均值和標準差，結(jié)果見表3。

表3 兩種光源下綠色硅化木明度值Tab 3.Brightness of Green Silicified Wood under 2 Light Resources

從表3可以看出，變換光源會影響綠色硅化木的明度。在D65光源下的明度均值比在A光源下大，這與光源色溫密切相關(guān)，色溫越高光源輻射亮度越高，光源下的綠色硅化木就能接收和反射越多的光，導(dǎo)致其明度值L*增大，視覺效果也更顯明亮[10]。D65和A光源色溫分別為6504K和2856K，由于D65光源色溫較A光源高得多，因此該光源下綠色硅化木的明度值較高，能夠較好地還原其明暗程度。

2.3 變換光源對綠色硅化木彩度和色調(diào)的影響

分別計算樣品在D65和A光源下彩度值C*、色調(diào)角h0的平均值和標準差(表4)，結(jié)果表明：不同光源照射下綠色硅化木的彩度值和色調(diào)角均存在差異。其中A光源下的彩度均值大于D65光源，這是由于A光源是一種顯色性較高的彩色光，根據(jù)其相對光譜功率分布曲線(圖1)可知，該曲線平滑、連續(xù)，能夠更全面地展現(xiàn)樣品的顏色，且光譜能量主要集中在黃、紅區(qū)，尤其是高能量的黃光大幅度提高了樣品的彩度值，使其綠色顯得更加鮮艷；D65光源在黃區(qū)的光譜能量比A光源低得多，因此該光源下綠色硅化木的彩度值相對較低。

表4 兩種光源下的綠色硅化木彩度值及色調(diào)角Tab 4.Chroma and Hue Angle of Green Silicified Wood under 2 Light Resources

此外，樣品的色調(diào)角均值表現(xiàn)為h0(A光源)小于h0(D65光源)。經(jīng)計算，在A光源下，樣品色調(diào)角為137.23～148.61，均值141.37，屬于綠色及綠色偏黃色域。由于A光源在黃區(qū)和紅區(qū)具有較高的光譜能量，光色偏黃，當黃色光線照射到綠色硅化木表面時導(dǎo)致綠色略帶黃色調(diào)；在D65光源下，樣品色調(diào)角范圍為143.74～151.93，均值為148.92，由于光源在綠、黃、紅區(qū)的光譜能量都比較接近，并無顯著差別，因此其光色不偏向其它色調(diào)，故在該光源照射下，樣品色調(diào)角受到光色的影響程度最小，能夠較客觀地呈現(xiàn)硅化木的綠色。

2.4 變換光源對綠色硅化木色差的影響

色差能夠體現(xiàn)樣品在變換光源后的顏色差異，其值越大說明差異越明顯。本次研究以10#樣品為標樣，該樣品顏色最濃艷，綠色視覺效果最好。再采用色差公式CIE DE2000計算其余15件樣品與該標樣在D65和A光源下的比對色差，并統(tǒng)計其平均值和標準差(表5)。結(jié)果表明：D65光源下綠色硅化木色差均值為8.36，A光源下為5.14，即D65光源下色差值較大，說明在該光源下能更好地識別綠色硅化木樣品與標樣之間的顏色差異。

表5 兩種光源下的綠色硅化木色差值Tab 5.Color Difference Value of Green Silicified Wood under 2 Light Resources

3 結(jié)論

通過分析討論，變換光源對綠色硅化木顏色的影響不容忽視，因此在對其進行顏色評價時要選擇適宜的照明光源，以客觀、真實地呈現(xiàn)出硅化木的綠色。

(1)D65光源色溫相對A光源要高得多，因而該光源下綠色硅化木的明度值較高，其明暗程度能夠得到較好還原；色調(diào)角方面，D65光源在綠、黃、紅區(qū)的光譜能量分布比A光源均勻，光色不偏向其它色調(diào)，因而在該光源照射下，樣品色調(diào)角受到光色的影響程度最小，進而能較好地呈現(xiàn)其真實的顏色；此外，在該光源下綠色硅化木的色差值較大，有利于區(qū)分其顏色差異。因此，D65光源是綠色硅化木顏色評價的適宜照明光源。

(2)A光源在黃、紅區(qū)的光譜能量較高，光色偏黃，當用作綠色硅化木顏色的觀察光源時，略帶黃色調(diào)的光色會干擾其顏色，致使綠色失真，但由于A光源光譜功率分布連續(xù)、平滑，具有較高顯色性，能夠大幅度提升綠色硅化木的彩度值，展現(xiàn)出的綠色更加濃艷，故A光源更適用于綠色硅化木的銷售和展示。