两种校准光谱辐射亮度计色度参数方法的比较研究

李奕++张帆++李荣

摘要： 本文应用漫射标准色板法和白场仪法校准光谱辐射亮度计色度参数，研究其对校准结果的影响因素。结果显示采用漫射标准色板法校准亮度计色度参数时，其复现性较好，色度量值稳定；采用白场仪法测量仪器色度示值误差，能验证仪器的极限测色性能；需要现场定标时，白场仪方便携带，且三基色单色场和白场均有一系列标准色度值可选，而漫射标准色板法无法现场定标，但其测色种类扩展性更好。分别采用这两种方法标定同一台分光辐射亮度计，所得测量数据的自洽性印证了这两种方法的测量结果是可信的。

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.

关键词： 色度；漫射标准色板；白场仪；相对光谱响应曲线

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

中图分类号：O432 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0156-03

0 引言

色度是评价油品质量、肉食蔬果新鲜程度[1]、显示警示表征、楼堂馆所环境渲染、以及人类所处五彩缤纷的客观世界里，最为常见的感官量值，色度是一个心理物理学量值。物体颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事[2]。光谱辐射亮度计是应用于照明装饰工程、发光显示器件、影视影像广告、大气空间光照环境等领域的亮度和色度参数测量仪器。为了避免光谱辐射亮度计色度参数误差，提高校准结果准确度。本文旨在研究应用漫射标准色板法和白场仪法校准光谱辐射亮度计色度参数的差别及其对校准结果的影响。

1 漫射标准色板标定法

依据JJG 211-2005《亮度计》检定规程[3]，使用光亮度标准装置对光谱辐射亮度计色度参数进行检定。光亮度标准装置由标准A光源、漫射标准色板、光轨及相应配套电测设备组成。图1为漫射标准色板法对光谱辐射亮度计色度参数进行标定的示意图。

如图1所示，将被校光谱辐射亮度计安装在三角架上，使亮度计瞄准基线与测光导轨的测量轴线成45°角，瞄准标准漫射标准色板几何中心，并保持与其中心等高。在标准A光源与色板之间放置一个固定光阑和一个可移动光阑，用以屏蔽周围的杂散光。将标准A光源电流调整到对应2856K色温时的电流值，此时被检光谱辐射亮度计色度的示值误差，即是被检色度示值的平均值与上级量传的标准色度值之差。漫射标准色板的标准色度值，使用上级校准证书中的标准A光源2°视场下，0/45照明观测条件的数据。

发光强度标准灯的玻壳的形状常见的有球形，斜倒锥，正倒锥和圆柱形。发光年稳定性是标准灯定级的依据，它与钨丝材料品质、灯泡结构、制造工艺、玻壳稳定性有关。在点燃时还与供电电源的稳定度有关。[4]

2 白场仪标定法

依据JJF 1079-2002《阴极射线管彩色分析仪校准规范》[5]，使用阴极射线管彩色分析仪校准装置进行校准。此校准装置由白场仪、四维空间角度调整装置、以及图形显示卡组成。白场仪能分别显示白场信号和红、绿、蓝三个单色场信号。图2为白场仪单色场对光谱辐射亮度计色度参数进行标定的示意图。

调整被测仪器测试光路的光轴与白场仪中心区域正交垂直，测试距离为3～4倍显示器屏幕高度。将被测仪器的显示值与白场仪的标准值直接比较，得到示值误差。白场仪所提供的红绿蓝三色单色场的相对光谱响应曲线见图3。

3 实验结果

实验显示，漫射标准色板法可标定的色域依赖于色板颜色的类型，色板颜色种类多、可扩展性好。白场仪法所使用的三基色稳定性较好，但是其他颜色均是通过基色光谱叠加的方法得到，因此复现性较差，不适用于为非基色光定标色度。两种方法标定色度值的测量结果如表1。

从表1结果来看，使用两种方法标定同一台仪器时，漫射标准色板法标定同种颜色色品量值的示值误差较小。经实测五种颜色标准色板的光谱反射率曲线，如图4所示，各条光谱曲线均较光滑。白场仪的基色光谱曲线线宽更窄、陡度更大，对亮度计CCD传感器每个像素的响应线性和动态范围要求更苛刻，导致所测数据示值误差较大。从判定被校仪器计量性能上讲，白场仪法更能检验仪器在极限测量状态下的性能，如动态范围和线性等参数。

为考察两种方法测量同一色彩时的重复性和稳定性优劣，进行多次测量，本文以校准红色y值为例，表2为测量数据。

重复性考察两种装置的短期稳定性，即为标准灯和白场仪背光源发光的相对光谱功率分布稳定性。通过以上测量数据可以看出，白场仪法标定光谱辐射亮度计数据结果复现性较低，而重复性数据结果显示两种校准方法几乎没有差别。

4 数据分析

光谱辐射亮度计的CCD探测器相对光谱响应经修正，可以认为与V（λ）接近一致。实际上由于时间和环境的影响，探测器度与CIE明视觉光谱光视效率V（λ）会有一定的差异，通常CIE推荐的误差评价公式：

标准A光源的光谱是平滑、连续、且无陡变的光谱，标准色板光谱反射率曲线带宽较宽、且平滑（如图4）；白场仪显示四种标准色场光谱带宽比较窄，一般在几十个nm（如图3）。微小的光谱光视效率函数匹配误差，对单色场测量示值影响较大，导致白场仪法测量色度示值误差比标准色板法大。

5 结论

校准分光辐射亮度计色度量值示值误差。使用白场仪校准时，由于白场仪窄带单基色场的光谱曲线存在较大陡变，对微小的光谱光视效率函数匹配误差的影响较大，会导致所得数据的离散程度大于标准色板法，而色板和标准A光源的光谱曲线均较平滑、变化平缓。因而当检验仪器在极限测量状态下的测色性能时，应采用白场仪法，但白场仪法的复现性不如漫射标准色板法。

为了测量结果更加准确稳定，可用漫射标准色板法考察分光辐射亮度计的测量复现性，用白场仪法测量仪器色度示值误差，测量重复性两种校准方法差别不大。

建议在校准光谱辐射亮度计色度量值时，将两种方法结合使用，用标准色板法测量仪器的复现性，用白场仪测量仪器在不同色场下的色度示值误差。

参考文献：

[1]丁武，魏益民.色彩色差计在肉品新鲜度检验中的应用[J].肉类研究，2003（6）：22-24.

[2]陈文亮，苏米亚，贾宏信，齐晓彦，刘翠平.色度学在婴儿奶粉色泽评价中的应用[J].安徽农业科学，2013（30）：12155-12156.

[3]JJG 211-2005，光亮度计检定规程[S].北京：中国标准出版社，2005.

[4]张帆，李奕.LED光电参数测试仪校准方法的研究[J].照明工程学报，2014（3）：34-37.

[5]JJF 1079-2002，阴极射线管彩色分析仪校准规范[S].北京：中国标准出版社，2002.