雷芳芳

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，福建福州 350007)

我國(guó)硅化木資源極為豐富，堪稱世界之最，有廣闊的市場(chǎng)前景[1]。顏色是影響硅化木質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要因素，其中綠色的價(jià)值最高，尤其是顏色鮮亮、飽和度高的陽(yáng)綠色深受人們喜愛。但由于硅化木中綠色色調(diào)變化較大，有淺綠色、深綠色、豆綠色、暗綠色等，因此如何定量、客觀地對(duì)顏色進(jìn)行評(píng)價(jià)，是硅化木質(zhì)量評(píng)價(jià)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

光源在硅化木顏色評(píng)價(jià)中尤為關(guān)鍵，顏色的亮度、彩度、色調(diào)隨光源變換發(fā)生變化進(jìn)而產(chǎn)生色差，最終呈現(xiàn)出不同的視覺效果，因此選定何種光源至關(guān)重要。近年來(lái)，隨著色度學(xué)、光源輻照學(xué)廣泛地應(yīng)用于礦物學(xué)、寶石學(xué)研究，越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注不同光源對(duì)寶玉石顏色的影響。商嫣然等研究發(fā)現(xiàn)D65光源能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)紅-黃色翡翠的顏色[2]；王雪丁對(duì)綠松石樣品的色卡顏色指數(shù)和色度學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，探討不同光源對(duì)綠松石顏色的影響[3]；杜紅梅通過(guò)非參數(shù)檢驗(yàn)分析得出D65光源是綠色翡翠顏色分級(jí)的最佳照明光源[4]。本文參考前人研究方法，以綠色硅化木為研究對(duì)象，基于CIE1976 L*a*b*均勻色空間，在相同背景下選取D65和A光源作為實(shí)驗(yàn)光源，采用測(cè)色儀定量測(cè)試樣品的顏色參數(shù)，研究光源和樣品本身對(duì)綠色硅化木顏色的影響程度，分析變換光源對(duì)其明度、彩度、色調(diào)、色差的影響，并嘗試確定其顏色評(píng)價(jià)的適宜照明光源，對(duì)硅化木的質(zhì)量評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

1.1 樣品選取

實(shí)驗(yàn)選用16件綠色硅化木樣品，編號(hào)01～16，樣品拋光良好，玻璃光澤，基本色調(diào)均為綠色，顏色明暗和濃淡程度各異，肉眼下具陽(yáng)綠色、淺綠色、豆綠色、暗綠色等顏色外觀，測(cè)色區(qū)域內(nèi)樣品顏色均勻、含雜質(zhì)少。

1.2 測(cè)試方法和條件

測(cè)試方法：樣品顏色參數(shù)測(cè)定采用Color i5測(cè)色儀，6mm測(cè)量孔徑，在標(biāo)準(zhǔn)光源箱內(nèi)采用反射模式，通過(guò)積分球收集樣品表面的反射信號(hào)(不包括鏡面反射)，測(cè)定樣品在CIE 1976 L*a*b*均勻色空間下顏色參數(shù)，即明度值L*和色品a*、b*，并計(jì)算彩度值C*和色調(diào)角h0。為了減少誤差，每件樣品均檢測(cè)3次，再計(jì)算其平均值作為該樣品的顏色參數(shù)數(shù)據(jù)。

測(cè)試條件為：2°觀察者視場(chǎng)；電壓240V，頻率50Hz～60Hz，測(cè)量范圍360nm～750nm，測(cè)量時(shí)間小于2.5s，波長(zhǎng)間隔10nm。

1.3 測(cè)試光源

實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)光源箱內(nèi)分別采用D65和A光源，其中D65光源色溫6504K，主要用于模仿自然日光；A光源色溫2856K，主要用于模仿家庭居室或美式櫥窗射燈。

1.4 色差計(jì)算

本文選用目前最新的色差公式CIE DE2000(ΔE00)，以計(jì)算兩種不同光源下樣品的色差值。公式在CIE94基礎(chǔ)上做了大量修正，對(duì)色差描述綜合能力最佳，尤其能夠更好地表現(xiàn)綠色、藍(lán)色區(qū)域的精細(xì)色差，是目前國(guó)際照明委員會(huì)推薦使用的色差計(jì)算公式[5]，公式如下：

其中ΔL′、ΔC′和ΔH′分別為樣品數(shù)據(jù)的亮度差、彩度差和色調(diào)差；RT為減少藍(lán)色區(qū)域色度和色調(diào)之間相互作用的轉(zhuǎn)換函數(shù)；SL、SC、SH為校正CIELAB缺乏視覺均勻性的位置函數(shù)；KL、KC、KH為實(shí)驗(yàn)環(huán)境校準(zhǔn)參數(shù)，在不同領(lǐng)域取值各不相同，本文選取應(yīng)用于印刷領(lǐng)域的KL=1、KC=1、KH=1以提高色差計(jì)算精度[6]。

2 結(jié)果與討論

經(jīng)測(cè)試和計(jì)算，樣品色調(diào)集中在綠色色域，明度中等，彩度分布范圍較廣。在D65光源下，樣品明度值L*∈(41.79，60.68)，彩度值C*∈(10.71，49.84)，色調(diào)角h0∈(143.74，151.93)；A光源下樣品明度值L*∈(40.55，56.19)，彩度值C*∈(12.87，56.31)，色調(diào)角h0∈(137.23，148.61)。

2.1 光源和樣品本身對(duì)綠色硅化木顏色的影響

每種光源都具有特定的光譜功率分布曲線，其分布特征決定了光源的顯色性，進(jìn)而影響樣品的顏色。一般而言，光譜功率分布曲線越平滑、上升趨勢(shì)越連續(xù)，光源顯色性越高[7-8]。

對(duì)比分析D65和A光源在380nm～780nm范圍內(nèi)相對(duì)光譜功率分布(圖1)，發(fā)現(xiàn)D65光源的分布曲線較曲折，有較多小的峰值，最大峰值分布在波長(zhǎng)460nm左右處，且曲線在綠、黃、紅區(qū)的光譜能量分布較均勻，因此光色不偏向其它色調(diào)，能較好呈現(xiàn)樣品真實(shí)的顏色；A光源曲線近似一條平滑的直線，在紅區(qū)的光譜能量最高，且曲線整體連續(xù)上升，因此該光源的顯色性較高，但由于黃、紅區(qū)的光譜能量比藍(lán)、紫區(qū)高得多，導(dǎo)致光色偏黃[9]。

圖1 D65光源與A光源的相對(duì)光譜功率分布圖Fig 1.Relative Spectroscopic Power Distribution of Light Resources D65 and A

光源和樣品本身是影響綠色硅化木顏色的兩個(gè)互不干擾的獨(dú)立因素，本次研究把顏色數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件，采用無(wú)重復(fù)雙因素方差分析法研究這兩個(gè)因素各自對(duì)綠色硅化木顏色的影響程度(表1)。表中分析結(jié)果可以通過(guò)P值或F值來(lái)判斷差異顯著性。(1)P值：樣品本身P(L*)為0.217，大于0.05，說(shuō)明樣品本身的明度差異不明顯；樣品本身P(C*)與P(h0)均為 0.000，小于0.01，達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明樣品本身的彩度和色調(diào)都具有明顯差異。光源P(L*)、P(C*)以及P(h0)均為 0.000，小于極顯著水平0.01，說(shuō)明變換光源后，綠色硅化木的明度、彩度以及色調(diào)均發(fā)生明顯變化。(2)F值：若F≥P，則表示差異顯著，表中樣品本身和光源的F值均大于P值，說(shuō)明兩者均會(huì)對(duì)綠色硅化木的顏色造成顯著差異。以上分析可以得出結(jié)論：光源和樣品本身對(duì)綠色硅化木顏色的影響都很大。

表1 雙因素方差分析Tab 1.2-Factor Variance Analysis

說(shuō)明：P值：顯著性水平為0.05 ，極顯著水平為0.01；F值：組間均方與組內(nèi)均方的比值。

任選5件樣品(3#、6#、11#、14#、16#)，將其顏色參數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)擬色(表2)。從表中可知：(1)在同種光源下，5件樣品本身的顏色均存在明顯差別；(2)同一樣品在A光源下的顏色比在D65光源下更加鮮艷。該結(jié)果驗(yàn)證了無(wú)重復(fù)雙因素方差分析得出的結(jié)論。

表2 兩種光源下綠色硅化木的顏色模擬Tab 2.Color Simulation of Green Silicified Wood under 2 Light Sources

2.2 變換光源對(duì)綠色硅化木明度的影響

為了進(jìn)一步探究變換光源對(duì)綠色硅化木明度的影響，將樣品在D65和A光源下測(cè)試所得的明度值數(shù)據(jù)進(jìn)行整合記錄，并計(jì)算出其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果見表3。

表3 兩種光源下綠色硅化木明度值Tab 3.Brightness of Green Silicified Wood under 2 Light Resources

從表3可以看出，變換光源會(huì)影響綠色硅化木的明度。在D65光源下的明度均值比在A光源下大，這與光源色溫密切相關(guān)，色溫越高光源輻射亮度越高，光源下的綠色硅化木就能接收和反射越多的光，導(dǎo)致其明度值L*增大，視覺效果也更顯明亮[10]。D65和A光源色溫分別為6504K和2856K，由于D65光源色溫較A光源高得多，因此該光源下綠色硅化木的明度值較高，能夠較好地還原其明暗程度。

2.3 變換光源對(duì)綠色硅化木彩度和色調(diào)的影響

分別計(jì)算樣品在D65和A光源下彩度值C*、色調(diào)角h0的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差(表4)，結(jié)果表明：不同光源照射下綠色硅化木的彩度值和色調(diào)角均存在差異。其中A光源下的彩度均值大于D65光源，這是由于A光源是一種顯色性較高的彩色光，根據(jù)其相對(duì)光譜功率分布曲線(圖1)可知，該曲線平滑、連續(xù)，能夠更全面地展現(xiàn)樣品的顏色，且光譜能量主要集中在黃、紅區(qū)，尤其是高能量的黃光大幅度提高了樣品的彩度值，使其綠色顯得更加鮮艷；D65光源在黃區(qū)的光譜能量比A光源低得多，因此該光源下綠色硅化木的彩度值相對(duì)較低。

表4 兩種光源下的綠色硅化木彩度值及色調(diào)角Tab 4.Chroma and Hue Angle of Green Silicified Wood under 2 Light Resources

此外，樣品的色調(diào)角均值表現(xiàn)為h0(A光源)小于h0(D65光源)。經(jīng)計(jì)算，在A光源下，樣品色調(diào)角為137.23～148.61，均值141.37，屬于綠色及綠色偏黃色域。由于A光源在黃區(qū)和紅區(qū)具有較高的光譜能量，光色偏黃，當(dāng)黃色光線照射到綠色硅化木表面時(shí)導(dǎo)致綠色略帶黃色調(diào)；在D65光源下，樣品色調(diào)角范圍為143.74～151.93，均值為148.92，由于光源在綠、黃、紅區(qū)的光譜能量都比較接近，并無(wú)顯著差別，因此其光色不偏向其它色調(diào)，故在該光源照射下，樣品色調(diào)角受到光色的影響程度最小，能夠較客觀地呈現(xiàn)硅化木的綠色。

2.4 變換光源對(duì)綠色硅化木色差的影響

色差能夠體現(xiàn)樣品在變換光源后的顏色差異，其值越大說(shuō)明差異越明顯。本次研究以10#樣品為標(biāo)樣，該樣品顏色最濃艷，綠色視覺效果最好。再采用色差公式CIE DE2000計(jì)算其余15件樣品與該標(biāo)樣在D65和A光源下的比對(duì)色差，并統(tǒng)計(jì)其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差(表5)。結(jié)果表明：D65光源下綠色硅化木色差均值為8.36，A光源下為5.14，即D65光源下色差值較大，說(shuō)明在該光源下能更好地識(shí)別綠色硅化木樣品與標(biāo)樣之間的顏色差異。

表5 兩種光源下的綠色硅化木色差值Tab 5.Color Difference Value of Green Silicified Wood under 2 Light Resources

3 結(jié)論

通過(guò)分析討論，變換光源對(duì)綠色硅化木顏色的影響不容忽視，因此在對(duì)其進(jìn)行顏色評(píng)價(jià)時(shí)要選擇適宜的照明光源，以客觀、真實(shí)地呈現(xiàn)出硅化木的綠色。

(1)D65光源色溫相對(duì)A光源要高得多，因而該光源下綠色硅化木的明度值較高，其明暗程度能夠得到較好還原；色調(diào)角方面，D65光源在綠、黃、紅區(qū)的光譜能量分布比A光源均勻，光色不偏向其它色調(diào)，因而在該光源照射下，樣品色調(diào)角受到光色的影響程度最小，進(jìn)而能較好地呈現(xiàn)其真實(shí)的顏色；此外，在該光源下綠色硅化木的色差值較大，有利于區(qū)分其顏色差異。因此，D65光源是綠色硅化木顏色評(píng)價(jià)的適宜照明光源。

(2)A光源在黃、紅區(qū)的光譜能量較高，光色偏黃，當(dāng)用作綠色硅化木顏色的觀察光源時(shí)，略帶黃色調(diào)的光色會(huì)干擾其顏色，致使綠色失真，但由于A光源光譜功率分布連續(xù)、平滑，具有較高顯色性，能夠大幅度提升綠色硅化木的彩度值，展現(xiàn)出的綠色更加濃艷，故A光源更適用于綠色硅化木的銷售和展示。