北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究现有国际照明委员会(CIE)色差公式(基于平面色建立)对三维(3D)打印球体模型色差评价的适用性,基于Sailner J400彩色3D打印机,围绕CIE推荐的5个颜色中心(灰、红、黄、绿、蓝)制作了200对(150对哑光和50对光泽)直径4 cm的球体模型。组织了59名年龄分布在19~26岁的色觉正常观察者,使用灰梯尺法开展色差评价实验。检验了基于CIELAB、CIECAM02和CAM16共3个颜色空间、8个色差公式的表现性能,并对色差公式进行了幂指数和明度因子的优化计算。结果表明,各原始色差公式对3D球体色差的预测性能较为一致,标准化残差平方和(STRESS)值为32.5~34.7;对光泽球体样本的预测性能优于哑光球体样本。F检验表明,针对3D球体样本建立的幂指数色差计算方法较原始色差公式的性能均有显著改善,优化后的STRESS值降为24.5~27.3;经过明度因子优化后的改善不显著。
视觉与色彩 三维打印 色差公式 幂指数优化 标准化残差平方和 光学学报
2021, 41(23): 2333001
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为了实现结构色涂层在纸张表面的快速制备, 研究不同组装条件对SiO2结构色涂层呈色效果的影响, 采用快速涂布的方法, 在纸张表面制备出了大面积且具有随角异色特性的结构色涂层。 探讨SiO2微球粒径、 分散液浓度及涂布次数等因素对结构色涂层光学特性的影响, 通过优化自组装条件和分析周期性结构构筑类型, 阐明快速涂布法构建的SiO2微球在激光打标纸上的自组装过程及结构色呈色机理。 应用数码相机、 3D激光共聚焦形貌测量显微镜等仪器对样品的颜色外观和微观结构进行测量, 表征样品的呈色性能及表面结构。 使用X-Rite MA68Ⅱ多角度分光光度仪及光纤光谱仪测量反射光谱, 进而用CIEL*a*b*色度值对制备的结构色涂层的光学性能进行分析。 结果表明, 通过快速涂布自组装法制备所得的结构色涂层, SiO2微球粒径尺度对样品色调影响显著, 随着微球粒径的增加, 反射光谱中心波长发生红移, 且该涂层有角度依赖特性, 当固定入射角度为45°时, 随着探测方向与镜面反射方向夹角的增大, 中心波长发生红移; 微球溶液的浓度可以调控结构色涂层反射光谱曲线的半高宽及反射率峰值, 进而影响样品的亮度和彩度, 而对于光子带隙的位置无明显影响。 微球浓度为4%时, 样品表面呈现出基材本身的黑色, 微球浓度为8%时, 200, 220和250 nm粒径的样品表面分别可以呈现彩度较低的蓝色、 绿色、 黄色, 微球浓度增加到10%时, 纸张表面的结构色涂层彩度提高, 色调不变; 随着涂布次数的增加, 反射光谱曲线的半高宽变窄, 且反射峰位发生蓝移, 涂布次数达到3次时, 反射峰位最接近于根据布拉格定律计算出的理论值, 但涂布次数的增加也使得结构色涂层表面产生白色的不均匀现象。
结构色涂层 光学性质 颜色调控 快速涂布 SiO2微球 光子晶体 Structural color coating Optical properties Color control Rapid coating SiO2 microsphere Photonic crystal 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2314
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究不同原色光谱和观察视场对观察者颜色感知的影响, 利用三组不同原色光谱的显示设备, 组织了18~23名年龄分布在19~25岁的正常色觉观察者, 对CIE推荐的5个颜色分别在2°, 4°, 10°, 22°的不同观察视场开展颜色匹配实验。 基于采集到的1 260组颜色匹配光谱数据, 分别代入CIE1931, CIE1964和CIE2006颜色匹配函数计算目标色和匹配色的色度值, 用CIEDE2000色差值评价各颜色匹配函数的表现。 在a*b*和L*色度平面, 绘制不同观察视场下观察者基于不同显示设备匹配颜色的散点图, 发现CIE1931的计算结果与CIE1964, CIE2006的结果有较大的差别, 特别是在红色和绿色区域。 同时, CIE2006颜色匹配函数计算目标色与匹配色间的色差最小, 其在小视场(2°和4°)和大视场(22°)的表现明显优于CIE1931和CIE1964; 在10°视场, CIE1964的表现较好。 进一步地, 用CIE2006颜色匹配函数进行数据分析, 发现随着观察视场的增加, 观察者匹配的红、 黄、 蓝、 灰色色度值, 均向a*-b*图的右下方偏移, 蓝色区域的匹配散点较为集中; 红色和蓝色彩度升高、 黄色彩度降低, 绿色在大视场(10°和22°)较小视场(2°和4°)彩度升高; 明度变化不大。 匹配设备较目标设备的原色光谱形状、 光谱带宽和峰值波长位移等变化及颜色匹配的结果均有一定程度的影响。 用CIE DE2000色差值计算不同设备间匹配颜色的精度, 发现目标设备和匹配设备的原色光谱峰值波长位移对颜色匹配结果的影响较为明显, 影响程度依次为蓝通道>绿通道>红通道。 论文研究结果可为现有CIE颜色匹配函数的不同视场角使用提供数据和理论支撑, 也可为颜色传递、 复制过程中弱化或强化观察者同色异谱现象提供指导建议。
原色光谱 观察视场 颜色匹配实验 颜色匹配函数 Primary colors Viewing filed size Color matching experiment Color matching functions 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3765
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究基于不同原色光谱的显示设备对观察者颜色匹配精度和观察者间差异的影响,实验选取了6通道(R1R2G1G2B1B2)LED发光面板,并组合为4种RGB匹配原色光谱。组织了24名年龄分布在21~25岁的色觉正常观察者,以NEC-PA242W专业显示设备上呈现的6个颜色(包括白色和CIE推荐的5个颜色)为目标色开展颜色匹配实验,共采集到720个数据。用CIE1976 u'v'色品参数对颜色匹配精度进行分析,结果表明:不同观察者基于636 nm-524 nm-452 nm组合得到的配色精度更高,Δ(u', v')值为0.0062;基于636 nm-524 nm-472 nm组合得到的配色准确性较差,Δ(u',v')值为0.0084。用观察者匹配颜色的u'v'值协方差逆矩阵参数构建观察者差异色度椭圆,基于636 nm-524 nm-452 nm组合得到的椭圆平均尺寸最小,为0.0055;636 nm-508 nm-452 nm组合最大,为0.0094。结果表明,颜色匹配精度和观察者间的差异,受红通道影响较小,受蓝通道和绿通道的峰值波长位置影响较大。
视觉 视觉色彩 原色光谱 颜色匹配函数 颜色匹配精度 观察者间差异 光学学报
2020, 40(16): 1633001
基于Landsat5 TM和Landsat8 OLI/TIRS数据,利用辐射传输方程法反演南京市地表温度,结合景观格局指数进行热环境格局 演变分析,并利用CA-Markov模型预测了2024年南京市热环境变化。结果表明,2000～2017年南京市高温区面积增加了456.55 km2, 增幅为149.75%,中温区、低温区及次低温区面积呈现持续减少的趋势;在斑块类型水平上,高温区斑块在热力景观格局中的 优势度在迅速上升,2000～2010年热岛高温区斑块破碎度下降,斑块复杂程度降低,而2010～2017年则与之相反。 在景观水平上,南京市热力景观格局破碎程度降低,各类型斑块面积趋于均匀化,斑块间聚集程度增加。基于CA-Markov模型 模拟的2017年南京市热环境空间分布具有较高的精度,各热岛类型平均误差小于6%,模型总体Kappa系数为78.36%。 2024年南京市热环境的预测结果表明,2024年南京市热岛高温区及次高温区面积分别增加了94.96 km2、126.91 km2, 中温区、次低温区及低温区面积延续了减少的趋势。
热岛效应 热环境 CA-Markov模型 南京市 heat island effect thermal environment CA-Markov model Nanjing 大气与环境光学学报
2020, 15(2): 143
松萎蔫病是松属树种的一种毁灭性病害, 小范围甚至单木水平的森林病虫害的早期诊断对森林资源保护与可持续发展尤为重要。 以感染松萎蔫病的黑松为研究对象, 通过采集不同感病时期的黑松冠层的多角度光谱数据, 分析不同特征波段的方向反射特征, 总结不同感病程度黑松的冠层特征波段反射率的变化规律。 结果显示: (1)在俯视观测时, 在主平面方向的后向散射方向的反射率大于前向散射方向的反射率, 并且在后向散射方向, 四个波段的四个感病时期约在40°的观测天顶角出现热点效应; 无论在主平面还是主垂面, 蓝光波段(450 nm)与近红外波段(810 nm)的黑松冠层0°天顶角反射率呈现出感病初期＞健康＞感病中期＞感病末期的变化规律, 红光波段(680 nm)和绿光波段(560 nm)的黑松冠层0°天顶角反射率呈现出健康≈感病初期＞感病中期≈感病末期的变化规律。 在所有方位角, 冠层反射率随着观测天顶角的增加而增大。 (2)在仰视观测时, 在主平面方向的后向散射方向的反射率小于前向散射方向的反射率, 并且在方位角为0°时, 4个波段反射率都是较大的; 无论在主平面还是主垂面, 蓝光波段(450 nm)绿光波段(560 nm)和红光波段(680 nm)的冠层反射率的大小呈现出感病初期＞健康>感病末期>感病中期的变化规律, 近红外波段(810 nm)冠层反射率的大小呈现出感病初期＞健康>感病中期>感病末期的变化规律; 在所有方位角, 冠层反射率随着观测仰角的增加而减小。 (3)黑松冠层反射光谱在俯视和仰视观测时, 各个特征波段的二向性反射率的各向异性最强的是主平面, 最弱的是主垂面, 且主垂面的前向和后向反射率会呈现对称性, 即“镜面反射”; 各个特征波段在感病末期, 黑松冠层反射率随观测天顶角的变化幅度较大, 其他几个时期反射率随观测天顶角的变化幅度不明显。 研究结果显示的树冠的不同角度的波段反射方向性特征为以后不同尺度的无人机监测的准确性与可靠性奠定基础, 也为发展近地面便携式森林病虫害实时监测系统打下了基础。
多角度 高光谱 方向性特征 松萎蔫病 黑松 Multi-angle Hyperspectral Directional characteristics Pine wilt disease Black pine 光谱学与光谱分析
2019, 39(8): 2540
