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如何让物体产生色彩

讲了前面这么多期光源,无非就强调以下几点:

1. 光源对于最终物体的色彩显示是非常重要滴 。举两个简单的例子:没有光源就没有物体色,黑夜是看不到物体色彩的;偏红的光源下看物体,所有的色彩都偏红。

2. 光谱功率分布曲线是光源最重要的特性参数 ,基于此参数可以计算出很多其他常用参数用于描述光源的特性,如色温、显色指数、色偏差、色品坐标等等;还有很多其他参数,如 TLCI 、同色异谱指数等以后有空再写写。

其实对于色彩工业来讲,对于光源的需求很简单,固定的几种标准光源(不清楚的去翻翻本公众号第二期文章),光品质要好、稳定性好、批次间一致性好、寿命要长。

光源暂时就告一段落,现在就开始讲讲物体色,还是蛮兴奋的,终于可以开讲第二个大的主题 - 物体,也和色彩科学及产业更为相关,有太多相关的小话题,整体构思了好久,那就从着色剂的种类开始。

光谱反射率

光源发出的光入射到物体表面时,部分能量 透射 、部分能量 吸收 、部分能量 反射 ,其中反射部分能量进入人眼并在人的大脑皮层形成视觉感知。若物体不透明,则只有吸收和反射部分。通常,可通过分光光度计精确测量物体的反射特性,即物体的光谱反射率; 反射率是物体颜色特性的身份密码 ,相当于光源的光谱功率分布曲线;所有物体的色彩参数均可从光谱反射率计算得到,包括 CIEXYZ 、 CIELAB 值等,下回再介绍这些参数;下图给出了 D65 光源照射到红色物体上的反射部分光谱示意图,其中 380-600nm 部分被吸收,而 600-780nm 部分被反射最终形成红色的视觉感知。

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着色剂分类

那么,问题来了:什么物质能够吸收特定波长的光,从而达到反射特定波长的目的? 答案是着色剂( Colorant ) ,着色剂是一个市场巨大、应用极广的精细化工细分产业,应用于我们生活的方方面面,有塑胶行业、涂料油漆行业、纺织行业、印刷行业等,着色剂在相应的应用体系里面起到吸收特定波长的作用。

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着色剂可分为 无机 和 有机着色剂 ,其中无机着色剂主要为 无机颜料 ( Inorganic Pigment ),而有机着色剂分为有机颜料( Organic Pigment )和有机染料( Organic Dye )。颜料与染料的区别在于其能不能溶解在应用体系中。由于颜料不溶于应用体系中,则其 晶型及后处理 、 化学结构 、 粒径大小分布 均会影响到最终的吸收波长的情况;而染料溶于应用体系,仅化学结构起作用。

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着色剂

每种着色剂中均含有特定的化学结构吸收特定光波,即为 发色基团 ( Chromophore ),常见的有偶氮键等。按照化学结构分类,有机颜料分为偶氮颜料(如色淀类、单偶氮、双偶氮 … )和非偶氮颜料(苝系、喹吖啶酮、 DPP 、酞菁类 … ),还有一大堆极其难记的名字 … ;无机颜料分为白色、黑色、有色以及效果颜料,这里需要重点提下 效果颜料 ,其广泛应用在化妆品、汽车漆等相关行业中,可产生亮闪闪的随角异色效果,一般利用金属色或光的干涉、衍射等效应来达到上述效果,以后再做介绍。从色彩序号( Color Index )上看,有几百上千种着色剂,其实常用的也就几十种。

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有机颜料分类

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无机颜料分类

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效果颜料应用案例

光与物体作用光学模型

现代的光学模型已经可以较好的描述光入射至物体时与物体中着色剂的相互作用。这些光学模型包括色度参数、 Kubelka-Munk 理论 、 多通道散射理论 和 MIE 理论,与这些模型相关的物理理论参数在图的左边给出,与模型相关的应用特性在图的右边给出。现代的很多配色软件都是基于上述光学模型,尤其是 Kubelka-Munk 和多通道散射理论,包括 X-Rite 的 InkFormulation 、 Datacolor 的 MatchPigment 、 Colibri 的配色软件等。这个话题可以讲好多期,待以后细讲。

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光与物体相互作用之光学模型

参考文献

1. G. A. Klein, Industrial Color Physics, Springer, 2009

2. Hans G. Volz, Industrial Color Testing, Wiley, 2002

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