UV條件設置對儀器測量熒光色穩定性的影響

米 曦，宋 鵬

（1.中國紡織信息中心，北京 100020；2.上海元彩科技有限公司，上海 201616）

隨著生活方式的不斷改變，消費者對于服裝面料也有了各種不同需求；其中，對熒光面料的需求與日俱增，特別是在戶外運動服裝領域。由于熒光增白劑或熒光染料特有的功能和特點，可以使織物的白度和鮮艷度提高，熒光色在可見光照射下，呈現無熒光狀態，但在納米紫外燈照射下，會呈現強烈的紅、黃、綠、藍等色光。目前，含熒光的織物主要用于運動、戶外、安全和玩具等需要安全警示的地方。

在電腦測色儀被廣泛使用后，國內外已有不少服裝品牌采用電腦測色儀來判定色差是否在可接受范圍，在設定測色儀的測量參數時，其中有一項參數為：UV 包含或UV 不包含。對于大部分常規非熒光顏色而言，選擇UV 包含或不包含對測量結果的影響較小，但對于熒光色特別是強熒光色來說，UV 條件的設置會對最終的測色結果造成影響，行業內沒有較為統一的說法。

本實驗研究了熒光色樣品在UV 包含和UV 不包含兩種條件下，在不同測色儀上進行測量，對測量結果的穩定性進行分析探討。

1 儀器測色原理

1.1 色彩產生的基本原理

色彩是通過眼睛進行感應，然后把信息傳遞給大腦，再由大腦進行整理并且結合生活經驗所產生的一種對光的視覺效應。從根源上說，色彩并不是存在于物體本身，而是物體吸收了照射它的可見光的大部分，然后把特定波長的光反射出來，這些反射出來的單一波長的光被我們的眼睛感應到，就形成了色彩的感受和概念。如果沒有光，我們就無法在黑暗中看到任何形狀與色彩。所以說，色彩的來源是光，或者說色彩是指光作用于人眼而引起的除形象以外的視覺特性。其本質是大腦對投入人眼中的光的主觀感受，是光的客觀存在，也是人的一種心理感覺，不同波長的光被感知為不同的色彩。色彩既與物質本身的特性有關，還受觀察條件、照明條件和觀察者的視覺特性等因素的影響。色彩學是一種受物理學、視覺生理學和心理學影響的綜合學科。

色相、明度和彩度為色彩的三屬性。色相表示色彩的分類，如紅、橙、黃、綠、藍、紫等，是色彩最主要的特征，是不同顏色最明顯的區別。彩度又稱飽和度或艷度，是指色彩的純度，表示物體表面顏色的濃淡或灰亮。明度是指非發光物體表面相對明暗或深淺的特性，由物體漫反射或漫透射的程度決定［1］。

1.2 顏色測量原理

如上所述，顏色并不是物質的固有特性，其既與物質本身的分光特性等有關，又與照明條件、觀測條件、觀察者的視覺特性有關。物體在不同的光源下具有不同的顏色，測色時首先要確定用什么光源。此外，一個物體的顏色可由三刺激值來表示，三刺激值是以最低覆蓋范圍在400～700 nm 的光譜反射曲線為基礎計算得到的。分光光度計是運用光線照射到被測物后產生反射光，再利用光學元件捕獲這些光線，檢測光線顏色的光譜能量分布、波長、顏色三刺激值和色度坐標值等各種指標，最后通過CIELAB 色差公式，計算得到原樣與測試樣的色差值［2］。

2 熒光的產生及熒光材料測量對光源的要求

熒光是自然界一種常見的發光現象。奎寧是第一個被明確定義的有機熒光物質。熒光物質由短波長的紫外光或可見光照射后，會在極短的時間內發射出各種顏色和不同強度的可見光，紫外光或可見光停止照射后，該光線也很快地隨之消失，這種光線被稱為熒光［3］。

隨著人們對服裝的色彩、鮮艷度以及安全等方面的要求越來越高，熒光染料得到了廣泛應用。熒光染料是染料的一種，其吸收可見光和近紫外輻射的能量后又發射波長不同的可見光，在印刷行業，青、品紅、黃是3 種基礎油墨，分別吸收紅、綠、藍3 色光，但熒光染料除了吸收上述波長區的能量外，還會不同程度地吸收一些其他顏色的光。熒光染料染色織物的計算機測配色也就越來越受到廣大工程技術人員以及檢測人員的關注。熒光材料的顏色測量并不能采用普通的光譜光度法，因為不但要測量材料的真實反射，同時還要測量材料的熒光反射，測量的結果為總的光譜輻亮度因數［4］。

對熒光材料的測量應以測量總光譜輻亮度因數或把反射分量和熒光分量分開測量這兩種方法為基礎。在測量總光譜輻亮度因數時，必須對輻照光源的光譜功率分布進行嚴格控制，以便獲得好的重復性和精度。必須了解整個輻照系統的光譜功率分布，包括光源及所有對入射到樣品的光譜功率分布進行調制的光學元件。光譜熒光輻亮度因數受到光譜功率分布的強烈影響，也就對總光譜輻亮度因數的測量結果有影響，這是熒光材料測量的主要問題。

3 實驗

3.1 材料和設備

材料：15 個熒光織物，材料為全滌半消光春亞紡（50D/72F）。

設備：5 臺Datacolor 臺式測色儀，代碼為1#、2#、3#、4#、5#。

3.2 測試方法

選取一批熒光色樣（15 個，顏色如圖1 所示），在5 臺不同的測色儀上，分別在UV 不包含和UV 包含的條件下進行測色，對兩種條件下測量結果的穩定性進行比較。UV 不包含作為對照組，測試UV 包含條件下不同儀器間的測色穩定性。

圖1 15 個熒光色樣的顏色

15 個熒光色樣對應的RGB 數據如圖2 所示。考 慮到熒光樣品的特殊性，盡量選取不同色相的顏色，本實驗選取紅、橙、黃、綠、藍、紫等不同色相的15 個樣品。這15 個樣品均是由相應的熒光染料在同樣的面料上染色而成，且隨機選取了5 臺不同的測色儀器進行測試，這5 臺測色儀器的型號一致，均為Datacolor 公司的高精度臺式測色儀，而且儀器都確保處于正常的使用狀態，得到了正確的維護和保養，但不同儀器設備本身由于硬件以及使用環境的差異，還是會存在一定范圍內的臺間差異。

圖2 15個熒光色樣對應的RGB 數值

4 結果與討論

4.1 225#色樣的測試結果

圖3 由兩部分組成，右側一維坐標軸代表dL，即批次樣與標準樣在顏色明度/深淺度數值上的差異，以坐標原點為中心，上半軸+L代表與標準樣相比，明度L偏大的方向，即明度偏高，數值越大，明度的偏差越大。同理，下半軸-L代表與標準樣相比，明度L偏低的方向。左側二維坐標軸，橫坐標代表a偏差，即批次樣與標準樣對比，在紅綠色光方面的差異（+a代表偏紅，-a代表偏綠），縱坐標代表b偏差，即批次樣與標準樣對比，在黃藍色光方面的差異（+b代表偏黃，-b代表偏藍）。以此代表顏色在三維Lab 色空間體系中的相對位置情況。

在a、b色偏向的二維坐標軸上，大圈范圍代表UV 包含條件下測色數據的范圍，對應的是右側跨度較大的上半軸上的dL 范圍。相反，a、b色偏向上小圈是UV 不包含條件下的測色數據分布，對應的是dL 軸上下半部分較小跨度的范圍。

由圖3 可以看出，不管是在明度的分散范圍還是a、b色偏向的分散范圍上，UV 包含條件下測得的數據相對都比較分散，即UV 包含條件下的數據分布離散度較大；且有一個異常離群點（圖3 中箭頭所指），代碼為3#的測色儀測得的數據與其他儀器上測得的數據色差（CMCDE）達到了1.8 左右。而在UV 不包含條件下的測色數據離散度較小，在不同的儀器上測得的數據相對一致；且3#儀器測得的數據也在可控范圍之內（CMCDE 小于0.5）。這說明UV 包含條件下測得的數據相對于UV 不包含條件更不穩定。

圖3 225#色樣在UV 包含和UV 不包含條件下的測色數據分布

圖4 代表UV 不包含條件下400～700 nm 可見光光譜上顏色的反射率分布。由圖4可以看出，5臺儀器上測色所得反射率基本一致。

圖4 225#色樣在UV 不包含條件下的反射率

圖5 代表UV 包含條件下360～700 nm 光譜上顏色的反射率分布。由圖5 可以看出，在500～540 nm 區間有個別儀器測得的數據明顯與其他儀器有偏差。這是由儀器本身的條件導致，所得的測色數據會與其他儀器所得結果偏差較大。3#儀器在500～540 nm波段的反射率較低，達不到其他儀器的峰值。

圖5 225#色樣在UV 包含條件下的反射率

4.2 189#色樣的測試結果

由圖6 可以看出，在UV 包含條件下，測得的數據分布離散度較大，同樣是3#測色儀測得的數據與其他儀器測得的數據色差較大。而在UV 不包含條件下的數據離散度較小，在不同的儀器上測得的數據相對一致，且3#儀器測得的數據也在可控的范圍之內（CMCDE 小于0.5）。

圖6 189#色樣在UV 包含和UV 不包含條件下的測色數據分布

189#色樣在UV 包含和UV 不包含條件下的反射率見圖7、8。由圖7、8 反射率分析可以看出，在UV 不包含條件下，5 臺儀器測色的反射率基本保持一致；但在UV 包含條件下，3#儀器在510～550 nm 區間的反射率較低，達不到其他儀器的峰值。

圖7 189#色樣在UV 不包含條件下的反射率

該儀器之所以達不到其他儀器的峰值，可能是由于儀器本身的硬件問題，導致在熒光的某些范圍內存在光譜能量不足的情況。

圖8 189#色樣在UV 包含條件下的反射率

5 結論

（1）相較于UV 不包含條件，UV 包含條件下所得的測色數據更分散，且因為測色儀器的問題，可能會出現某些波長區間達不到峰值的情況，使個別數據成為離散點，與其他儀器測得的數據相差甚遠。出現不同儀器間差異較大的結果。而選用UV 不包含測色條件，因為沒有用到熒光部分（500～540 nm 波段），所以最終所得結果能夠保持一致。

（2）機器碼為3#的測色儀在UV 包含條件下，500～540 nm 波段出現熒光能量不足，致使某些熒光樣品在UV 包含條件下的測色數據出現異常，但是在UV 不包含條件下卻能保持數據的相對穩定。

（3）熒光色在UV 包含條件下測色，因為儀器的問題，可能會出現測色數據不穩定的結果；而在UV不包含條件下，測色數據會相對更穩定。根據測色穩定性方面的要求，UV 不包含條件可以有效避免因為熒光能量不足所帶來的不同儀器間的數據差異。熒光色樣在測色時，如非指定要求，考慮測色的穩定性和不同儀器間的臺間差異，建議使用UV 不包含的測色條件，以避免因儀器本身的問題導致熒光能量不足，個別顏色測色不準。