D65和A光源下绿色硅化木的光源客观效应分析
时间：2023-06-07 13:00:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
雷芳芳
(福建船政交通职业学院土木工程学院，福建福州 350007)
我国硅化木资源极为丰富，堪称世界之最，有广阔的市场前景[1]。颜色是影响硅化木质量评价的重要因素，其中绿色的价值最高，尤其是颜色鲜亮、饱和度高的阳绿色深受人们喜爱。但由于硅化木中绿色色调变化较大，有浅绿色、深绿色、豆绿色、暗绿色等，因此如何定量、客观地对颜色进行评价，是硅化木质量评价的重点和难点。
光源在硅化木颜色评价中尤为关键，颜色的亮度、彩度、色调随光源变换发生变化进而产生色差，最终呈现出不同的视觉效果，因此选定何种光源至关重要。近年来，随着色度学、光源辐照学广泛地应用于矿物学、宝石学研究，越来越多的学者开始关注不同光源对宝玉石颜色的影响。商嫣然等研究发现D65光源能较准确地评价红-黄色翡翠的颜色[2]；
王雪丁对绿松石样品的色卡颜色指数和色度学参数进行分析，探讨不同光源对绿松石颜色的影响[3]；
杜红梅通过非参数检验分析得出D65光源是绿色翡翠颜色分级的最佳照明光源[4]。本文参考前人研究方法，以绿色硅化木为研究对象，基于CIE1976 L*a*b*均匀色空间，在相同背景下选取D65和A光源作为实验光源，采用测色仪定量测试样品的颜色参数，研究光源和样品本身对绿色硅化木颜色的影响程度，分析变换光源对其明度、彩度、色调、色差的影响，并尝试确定其颜色评价的适宜照明光源，对硅化木的质量评价具有重要的指导意义。
1.1 样品选取
实验选用16件绿色硅化木样品，编号01～16，样品抛光良好，玻璃光泽，基本色调均为绿色，颜色明暗和浓淡程度各异，肉眼下具阳绿色、浅绿色、豆绿色、暗绿色等颜色外观，测色区域内样品颜色均匀、含杂质少。
1.2 测试方法和条件
测试方法：样品颜色参数测定采用Color i5测色仪，6mm测量孔径，在标准光源箱内采用反射模式，通过积分球收集样品表面的反射信号(不包括镜面反射)，测定样品在CIE 1976 L*a*b*均匀色空间下颜色参数，即明度值L*和色品a*、b*，并计算彩度值C*和色调角h0。为了减少误差，每件样品均检测3次，再计算其平均值作为该样品的颜色参数数据。
测试条件为：2°观察者视场；
电压240V，频率50Hz～60Hz，测量范围360nm～750nm，测量时间小于2.5s，波长间隔10nm。
1.3 测试光源
实验在标准光源箱内分别采用D65和A光源，其中D65光源色温6504K，主要用于模仿自然日光；
A光源色温2856K，主要用于模仿家庭居室或美式橱窗射灯。
1.4 色差计算
本文选用目前最新的色差公式CIE DE2000(ΔE00)，以计算两种不同光源下样品的色差值。公式在CIE94基础上做了大量修正，对色差描述综合能力最佳，尤其能够更好地表现绿色、蓝色区域的精细色差，是目前国际照明委员会推荐使用的色差计算公式[5]，公式如下：
其中ΔL′、ΔC′和ΔH′分别为样品数据的亮度差、彩度差和色调差；
RT为减少蓝色区域色度和色调之间相互作用的转换函数；
SL、SC、SH为校正CIELAB缺乏视觉均匀性的位置函数；
KL、KC、KH为实验环境校准参数，在不同领域取值各不相同，本文选取应用于印刷领域的KL=1、KC=1、KH=1以提高色差计算精度[6]。
经测试和计算，样品色调集中在绿色色域，明度中等，彩度分布范围较广。在D65光源下，样品明度值L*∈(41.79，60.68)，彩度值C*∈(10.71，49.84)，色调角h0∈(143.74，151.93)；
A光源下样品明度值L*∈(40.55，56.19)，彩度值C*∈(12.87，56.31)，色调角h0∈(137.23，148.61)。
2.1 光源和样品本身对绿色硅化木颜色的影响
每种光源都具有特定的光谱功率分布曲线，其分布特征决定了光源的显色性，进而影响样品的颜色。一般而言，光谱功率分布曲线越平滑、上升趋势越连续，光源显色性越高[7-8]。
对比分析D65和A光源在380nm～780nm范围内相对光谱功率分布(图1)，发现D65光源的分布曲线较曲折，有较多小的峰值，最大峰值分布在波长460nm左右处，且曲线在绿、黄、红区的光谱能量分布较均匀，因此光色不偏向其它色调，能较好呈现样品真实的颜色；
A光源曲线近似一条平滑的直线，在红区的光谱能量最高，且曲线整体连续上升，因此该光源的显色性较高，但由于黄、红区的光谱能量比蓝、紫区高得多，导致光色偏黄[9]。
图1 D65光源与A光源的相对光谱功率分布图Fig 1.Relative Spectroscopic Power Distribution of Light Resources D65 and A
光源和样品本身是影响绿色硅化木颜色的两个互不干扰的独立因素，本次研究把颜色数据导入SPSS软件，采用无重复双因素方差分析法研究这两个因素各自对绿色硅化木颜色的影响程度(表1)。表中分析结果可以通过P值或F值来判断差异显著性。(1)P值：样品本身P(L*)为0.217，大于0.05，说明样品本身的明度差异不明显；
样品本身P(C*)与P(h0)均为 0.000，小于0.01，达到极显著水平，说明样品本身的彩度和色调都具有明显差异。光源P(L*)、P(C*)以及P(h0)均为 0.000，小于极显著水平0.01，说明变换光源后，绿色硅化木的明度、彩度以及色调均发生明显变化。(2)F值：若F≥P，则表示差异显著，表中样品本身和光源的F值均大于P值，说明两者均会对绿色硅化木的颜色造成显著差异。以上分析可以得出结论：光源和样品本身对绿色硅化木颜色的影响都很大。
表1 双因素方差分析Tab 1.2-Factor Variance Analysis
说明：P值：显著性水平为0.05 ，极显著水平为0.01；
F值：组间均方与组内均方的比值。
任选5件样品(3#、6#、11#、14#、16#)，将其颜色参数通过计算机拟色(表2)。从表中可知：(1)在同种光源下，5件样品本身的颜色均存在明显差别；
(2)同一样品在A光源下的颜色比在D65光源下更加鲜艳。该结果验证了无重复双因素方差分析得出的结论。
表2 两种光源下绿色硅化木的颜色模拟Tab 2.Color Simulation of Green Silicified Wood under 2 Light Sources
2.2 变换光源对绿色硅化木明度的影响
为了进一步探究变换光源对绿色硅化木明度的影响，将样品在D65和A光源下测试所得的明度值数据进行整合记录，并计算出其平均值和标准差，结果见表3。
表3 两种光源下绿色硅化木明度值Tab 3.Brightness of Green Silicified Wood under 2 Light Resources
从表3可以看出，变换光源会影响绿色硅化木的明度。在D65光源下的明度均值比在A光源下大，这与光源色温密切相关，色温越高光源辐射亮度越高，光源下的绿色硅化木就能接收和反射越多的光，导致其明度值L*增大，视觉效果也更显明亮[10]。D65和A光源色温分别为6504K和2856K，由于D65光源色温较A光源高得多，因此该光源下绿色硅化木的明度值较高，能够较好地还原其明暗程度。
2.3 变换光源对绿色硅化木彩度和色调的影响
分别计算样品在D65和A光源下彩度值C*、色调角h0的平均值和标准差(表4)，结果表明：不同光源照射下绿色硅化木的彩度值和色调角均存在差异。其中A光源下的彩度均值大于D65光源，这是由于A光源是一种显色性较高的彩色光，根据其相对光谱功率分布曲线(图1)可知，该曲线平滑、连续，能够更全面地展现样品的颜色，且光谱能量主要集中在黄、红区，尤其是高能量的黄光大幅度提高了样品的彩度值，使其绿色显得更加鲜艳；
D65光源在黄区的光谱能量比A光源低得多，因此该光源下绿色硅化木的彩度值相对较低。
表4 两种光源下的绿色硅化木彩度值及色调角Tab 4.Chroma and Hue Angle of Green Silicified Wood under 2 Light Resources
此外，样品的色调角均值表现为h0(A光源)小于h0(D65光源)。经计算，在A光源下，样品色调角为137.23～148.61，均值141.37，属于绿色及绿色偏黄色域。由于A光源在黄区和红区具有较高的光谱能量，光色偏黄，当黄色光线照射到绿色硅化木表面时导致绿色略带黄色调；
在D65光源下，样品色调角范围为143.74～151.93，均值为148.92，由于光源在绿、黄、红区的光谱能量都比较接近，并无显著差别，因此其光色不偏向其它色调，故在该光源照射下，样品色调角受到光色的影响程度最小，能够较客观地呈现硅化木的绿色。
2.4 变换光源对绿色硅化木色差的影响
色差能够体现样品在变换光源后的颜色差异，其值越大说明差异越明显。本次研究以10#样品为标样，该样品颜色最浓艳，绿色视觉效果最好。再采用色差公式CIE DE2000计算其余15件样品与该标样在D65和A光源下的比对色差，并统计其平均值和标准差(表5)。结果表明：D65光源下绿色硅化木色差均值为8.36，A光源下为5.14，即D65光源下色差值较大，说明在该光源下能更好地识别绿色硅化木样品与标样之间的颜色差异。
表5 两种光源下的绿色硅化木色差值Tab 5.Color Difference Value of Green Silicified Wood under 2 Light Resources
通过分析讨论，变换光源对绿色硅化木颜色的影响不容忽视，因此在对其进行颜色评价时要选择适宜的照明光源，以客观、真实地呈现出硅化木的绿色。
(1)D65光源色温相对A光源要高得多，因而该光源下绿色硅化木的明度值较高，其明暗程度能够得到较好还原；
色调角方面，D65光源在绿、黄、红区的光谱能量分布比A光源均匀，光色不偏向其它色调，因而在该光源照射下，样品色调角受到光色的影响程度最小，进而能较好地呈现其真实的颜色；
此外，在该光源下绿色硅化木的色差值较大，有利于区分其颜色差异。因此，D65光源是绿色硅化木颜色评价的适宜照明光源。
(2)A光源在黄、红区的光谱能量较高，光色偏黄，当用作绿色硅化木颜色的观察光源时，略带黄色调的光色会干扰其颜色，致使绿色失真，但由于A光源光谱功率分布连续、平滑，具有较高显色性，能够大幅度提升绿色硅化木的彩度值，展现出的绿色更加浓艳，故A光源更适用于绿色硅化木的销售和展示。
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