物体色行业中的所见即所测

开始准备写这个话题时，忽然联想到PC行业里的“所见即所得（what you see is what you get, WYSIWYG）”。80后们可能还记得，小时候上学校机房，用的是386，486的计算机，用的是命令行控制，什么也看不到：看不到图片，也不知道你的文档打印出来会是什么样。后来微软推出了Windows，让界面窗口化，然后就有了Office办公软件，从此实现了“所见即所得”，后来大家就愉快的用电脑了。物体色行业（比如油漆、涂料、油墨、纺织、印刷、塑料）也能讲出类似的故事，它的一个需求是，人眼看到的颜色，和测量得到的颜色一致。

什么是所见即所测？

简单来说，就是测色仪测到的结果，跟人看到的结果一致。这里说的“结果”，指CIE 1976色彩空间中的L*a*b*值，或者指色差值（本文都指CIE LAB色差），因为这两个参数人是可以去直观地和仪器测量值进行对比的。

对于L*a*b*值，其坐标含义很直接：a*表示偏红偏绿，b*表示偏黄偏蓝，L*表示颜色有多亮。如下图

一个色样拿到手里（当然也需要个白纸作为参考白），基本是可以判断出a*b*的正负，L*的大概值。比如下图：有两个色样，背景作为参考白，

一定可以预期，两个色样的a*值都大于0，因为都是偏红的，而上方色样的a*值比下方色样大，而L*值应该是下方色样高。如果人看到的L*a*b*和仪器测量值有明显冲突，比如仪器测量出来发现下方色样a*值大于上方色样，那么就有问题了。

对于色差，人能够对色差大小有一个直观的感受，比如是某一组色对的色差大，还是另外一组色对的色差大。这种感受可以用来和测色仪的结果进行对比，例如下图，

色样对a色样对b

很明显，左边色样对的色差比右边大，那么就预期：测色仪测出的色差应当也是这样。

除了L*a*b*和色差外，测色仪可能还能测到其他参数，比如光谱反射比，或者密度（density）等，但这些参数人很难直观的去评价，所以就没法把人看的结果和仪器做对比了。

为什么需要所见即所测？否则会有什么问题？

一般QC或生产并不怎么需要人眼看，因为QC一般都是以测色仪做标准，测色仪说Pass，就Pass，跟人眼看无关。但是问题来了，一旦发现Fail了，颜色有偏差，怎么去找原因？如果测色仪说现在的颜色偏红，但人眼看是偏黄，怎么调整生产？如果测色仪色差Fail，但人眼看色差明明很小，是过还是不过？就算是有自动化配色系统的工厂，也需要人去分析问题找原因，尤其是，有的时候可能并不是你出了问题，而可能是验收指标，或者是材料本身，或者是测量方法的问题。而仅凭测色仪的数据，没有用眼睛去看，或者看到的结果和测色仪结果冲突，将对问题的解决带来很大困扰。所以在产品的修正、品管或者新产品的开发过程中，所见、所测的一致性就显得非常重要。

为什么会出现所见所测不符？

我们从源头开始分析，无论是人还是仪器，要“看到”颜色都需要三个要素：光源+物体+观察者（这里不考虑物体表面纹理，颜色不均匀，观察角度等次要因素影响）。

三要素中，物体是相同的；测色仪的光源是内置的，一般是卤钨灯、氙灯或者LED灯，而人观察的光源可能是荧光灯、LED、白炽灯，也可能是户外日光；测色仪的“观察者”是CIE标准观察者，简单理解就是正常人眼的平均值。所以很显然，光源的不同是导致人眼看到的颜色和测色仪有差异的主要原因。

除了光源外当然其他还有很多原因，比如物体表面有纹理，那么此时仪器设置SCI（包含镜面光）还是SCE（排除镜面光）就很讲究，如果物体有一定的光泽，那么观察时的角度就很重要，如果颜色不均匀，选择的孔径、测量的位置就很重要，如此等等，这些原因都是可以通过正确的操作或设置去排除，这方面可以展开讲怎样正确评价物体色。

当前的困难点在哪里？

最大的困难在于光源，因为测色仪虽然使用的是卤钨灯、氙灯或者LED灯，但通过计算还是会把颜色值转换到标准光源如D65/A/F11光源下。换言之，测色仪是在这些标准光源下去看颜色的（关于标准光源，感兴趣的读者可以看公众号前面的文章：色彩科学中的常用光源，你清楚么？）。

如果人能够在相应的标准光源下去看这些颜色，那么可以保证人看到的颜色和测色仪测量值相同，因为两者使用了同一光源，同一物体，观察的“眼睛”又几乎一样。问题来了，标准光源事实上是无法获得的，因为那只是一串光谱功率分布的数字而已，实际生活中，并没有任何灯具能够生成标准光源。最接近标准光源的东西是对色灯箱，类似下图

如果这些灯箱光源和标准光源比较接近，能够保证看颜色差得很小，那么就可以保证所见即所测。

可惜的是，目前灯箱性能普遍一般，如上表和上图，离标准D65的性能指标有一定的差距。ISO（23603和3664）和ASTM（D1729）对灯箱都有推荐标准，比如显色指数（CIE Ra）应当在90以上，同色异谱指数在C/D等等（感兴趣的读者请翻阅前面魏敏晨博士写的讲显色性的文章）。但即使灯箱满足了这些标准，距离所见即所测的要求还是差了很远，举个例子，见下图两个D65模拟光源下样品，显色指数左侧是98，右侧是90，但其实颜色差的还是很明显，例如里面的红色。

简言之，目前的灯箱光源品质还不够，ISO和ASTM标准只是解决了有无问题，就好像只是PC的DOS系统。若要达到所见即所测，实现Windows系统，那么模拟光源下看色样的色差和标准光源的色差应当小于1，即接近人眼辨色的阈值，相应的显色指数应当在98以上，同色异谱指数最好在A级。

如何解决？

解决问题的方法就是获得和标准光源更加接近的光源。目前基本有3个方案：

1. 使用日光：在恰当的时间，比如正午，使用面北的窗户光看颜色

优点：无成本，

缺点：不稳定，不可控，不可复现。

2. 使用卤钨灯+滤光片，

优点：方案成熟，使用广泛

缺点：灯光衰减快，寿命短，发热大，预热时间长，亮度不可调，滤光片种类有限(一般只能做D50/D65)。

3. 多通道LED合成光谱技术：

优点：稳定，寿命长，无需预热，亮度无极调节、光源种类理论上无限，

缺点：技术门槛高，价格高

其中多通道LED合成光谱技术是随着LED产业发展成熟，这两年新开发出来的方案，其光谱可以做到和标准光源非常接近，显色指数超过99，主要的厂家有国内THOUSLITE公司，国外的Image Engineering等。感兴趣的朋友可以自己上网了解，也欢迎和我沟通。

参考文献

CIE 13.3-1995, Method of Measuring and Specifying Colour RenderingProperties of Light Sources

ISO 23603-2005 / CIE S 012/E, Standard method of assessing the spectralquality of daylight simulators for visual appraisal and measurement of colour

ISO 11664-2 / CIE S 014-2/E, Colorimetry- Part 2: CIE Standardilluminants

ASTM D1729-2003, Standard Practice for Visual Appraisal of Colors andColor Differences of Diffusely-Illuminated Opaque Materials.

ISO 3664-2009, Viewing conditions-Graphic technology and photography

SDC Best Practice Guide-2011, Viewing Cabinets for the VisualAssessment of Surface Colour.

作者简介

何灿栋，浙江大学光学工程硕士