李博 何頌華 陳秀蘭

筆者在使用顏色測(cè)量?jī)x測(cè)量顏色信息時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同品牌、不同型號(hào)的顏色測(cè)量?jī)x之間存在一定的差別，測(cè)量精度也有所不同，以至于可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理產(chǎn)生一定影響。為了更好地使用顏色測(cè)量?jī)x，最大限度發(fā)揮其價(jià)值，筆者選取了i1（Eyeone）、Spectroeye、Spectrolino、X-rite 500四種顏色測(cè)量?jī)x，利用測(cè)量的顏色色差和光譜數(shù)據(jù)的RMSE（均方根誤差）比較這4種儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。

4種儀器的共性和差異

4種儀器中i1、Spectroeye、Spectrolino為分光光度計(jì)，只有X-rite500為采用了光譜感應(yīng)器技術(shù)的分光密度計(jì)。這4種儀器都采用全息衍射光柵技術(shù)進(jìn)行光譜分析，所以它們的工作原理基本相同。其都是把色彩作為一種不受觀察者支配的物理現(xiàn)象，使用光譜分光器件將物體的反射光分解為等波長(zhǎng)間距（如Δλ=10nm）的單色光，測(cè)量物體在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的反射光譜，再轉(zhuǎn)換為物體的光譜反射率、色度值、Lab值等數(shù)據(jù)。

4種儀器間最大的差異是測(cè)量方式，Spectrolino和X-rite 500是點(diǎn)定位、手按式測(cè)量，Spectroeye采用的是點(diǎn)定位、自動(dòng)伸縮式測(cè)量，這些測(cè)量方式取點(diǎn)較為準(zhǔn)確、穩(wěn)定。只有i1需要配合色表讀取定位尺使用，這樣測(cè)量頭與色卡之間必然存在一定的空隙，使測(cè)量結(jié)果容易受環(huán)境影響，且測(cè)量時(shí)取點(diǎn)容易出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響i1的測(cè)量精度。

評(píng)價(jià)基礎(chǔ)及條件

筆者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程為在相同條件下，使用4種儀器分別多次測(cè)量同一色卡的Lab值及光譜反射率，再以CIE1976L*a*b*色差公式和RMSE公式作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，判斷儀器本身的測(cè)量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)色差曲線和RMSE曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)儀器在測(cè)量時(shí)所存在的缺陷。

具體而言，首先實(shí)驗(yàn)選取了全新的X-rite Colorchecker 24色卡作為測(cè)量目標(biāo)物，該色卡中的色塊代表自然物的真實(shí)顏色。4種儀器在測(cè)量該色卡數(shù)據(jù)時(shí)的統(tǒng)一限制條件為D50光源、2°視角，測(cè)量孔徑選為3.4mm。為了保證儀器的穩(wěn)定性，所有儀器在開(kāi)機(jī)30分鐘后開(kāi)始測(cè)量，且數(shù)據(jù)都在同一時(shí)間段內(nèi)完成測(cè)量，以降低其他干擾因素，最大限度地保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量了兩組數(shù)據(jù)，一組是用4種儀器測(cè)量色卡24色的Lab值及光譜反射率數(shù)據(jù)；另一組是用4種儀器測(cè)量色卡上的9號(hào)色塊上九個(gè)點(diǎn)的Lab值及光譜反射率數(shù)據(jù)（隨機(jī)選取了9號(hào)色塊，對(duì)9號(hào)色塊的中心點(diǎn)和邊緣八個(gè)方位進(jìn)行測(cè)量）。

準(zhǔn)確性測(cè)試

1.光譜測(cè)量精度對(duì)比

由于4種顏色測(cè)量?jī)x測(cè)量顏色時(shí)的基本測(cè)量值都是光譜反射率，因此筆者通過(guò)對(duì)4種儀器測(cè)量的光譜反射率數(shù)據(jù)（4次測(cè)量的平均值）與GretagMacbeth提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行了RMSE計(jì)算，以顯示出測(cè)量?jī)x在各波段上的表現(xiàn)。

通過(guò)圖1可以看出4種儀器測(cè)量光譜數(shù)據(jù)的RMSE曲線走勢(shì)基本相同，在600～700nm段，其RMSE相對(duì)較大，并隨著波長(zhǎng)增大而變大，說(shuō)明4種儀器在測(cè)量紅色波段時(shí)準(zhǔn)確性最低。其中i1的RMSE相對(duì)最高，基本都在0.03以上，且不穩(wěn)定；其他三種儀器的RMSE曲線基本相同，除在600～700nm段外，RMSE都可以控制在0.01以下。說(shuō)明i1、X-rite 500、Spectroeye、Spectrolino4種儀器在測(cè)量光譜數(shù)據(jù)時(shí)準(zhǔn)確性是依次上升的。

2.色度測(cè)量精度對(duì)比

圖2為4種儀器的顏色測(cè)量數(shù)據(jù)與GretagMacbeth提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的色差。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)4種儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)均與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存在色差，且色差變化走勢(shì)基本相同，這可能是由色塊不均勻或色塊本身指標(biāo)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求造成的。圖2中X-rite 500的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的色差值最小，Spectrolino相對(duì)其他兩種儀器測(cè)量產(chǎn)生的色差值較小，但其差距不大。從圖中還可以看出儀器在測(cè)量19～21號(hào)灰色塊時(shí)的色差值均較小，普遍低于前18個(gè)彩色塊色差值，這說(shuō)明4種儀器在測(cè)量彩色的色度值時(shí)準(zhǔn)確性比測(cè)量灰色時(shí)要低；另外圖中i1測(cè)量數(shù)據(jù)色差值大于3的位置共14處，Spectroeye共8處，Spectrolino共7處，而X-rite 500僅有2處。綜合上述結(jié)果可以看出，X-rite 500的色度測(cè)量準(zhǔn)確性相對(duì)較高，Spectrolino、Spectroeye、i1在測(cè)量色度信息的準(zhǔn)確性上是依次下降的。

穩(wěn)定性測(cè)試

為了確定儀器使用時(shí)其本身測(cè)量的不穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)對(duì)色卡中的9號(hào)色塊進(jìn)行了九點(diǎn)測(cè)量，并計(jì)算出了八次邊緣測(cè)量數(shù)據(jù)與中心點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)之間的色差值（如圖3所示）。

通過(guò)圖3可以看出，X-rite 500最為穩(wěn)定，色差值非常小，變化平穩(wěn)；i1測(cè)量的色差值較高，均大于2，并且色差變化較大；Spectrolino和Spectroeye測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出的色差值均小于1，色差變化較小，這樣就可以再排除因色塊不均勻造成的測(cè)量誤差的因素。

所有數(shù)據(jù)顯示，i1測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性最差，造成測(cè)量數(shù)據(jù)誤差大的原因主要與儀器的光源老化和測(cè)量方式有關(guān)，4種儀器中X-rite 500、Spectroeye和Spectrolino測(cè)量方式屬于直接接觸顏色測(cè)量，并且測(cè)量頭的封閉性較好，但是i1在測(cè)量時(shí)要使用墊板，這使得測(cè)量頭與色塊產(chǎn)生一段距離，不能緊密地接觸色塊，使得其他光線進(jìn)入測(cè)量頭，另外i1測(cè)量時(shí)容易在墊板上滑動(dòng)，這也是獲取數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定的原因之一。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4種儀器中X-rite 500的穩(wěn)定性最好，其重復(fù)測(cè)量產(chǎn)生的平均色差為0.0648；Spectrolino為0.6651、Spectroeye為0.7578、i1為3.0580。Spectrolino測(cè)量光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性相比其他三種儀器更為準(zhǔn)確，其測(cè)量光譜產(chǎn)生的平均RMSE為0.0113，X-rite 500的平均RMSE為0.0124，Spectroeye的平均RMSE為0.0133，i1的準(zhǔn)確性較低，其平均RMSE為0.0419。綜上考慮，Spectrolino在4種儀器中的綜合性能最高，可以滿足精的測(cè)量要求。筆者建議在條件允許的情況下，可選用Spectrolino來(lái)測(cè)量顏色；另外建議在實(shí)際應(yīng)用中使用同一臺(tái)顏色測(cè)量?jī)x比較樣品顏色，避免因使用不同儀器測(cè)量而使得顏色一致性變得不可知，也可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。