淺談色度計與光譜儀的差異 2011/02/20


近年來由於影像精準再現的觀念逐漸推廣開來,對於顏色測量儀器的詢問度因此逐漸增加,最常被問到的就是該買什麼樣的儀器才是合適的,然而網路上總是會有些似是而非的講法,所以小弟就自已的一些經驗來跟大家分享。文章裏的截圖都出自X-rite公司

首先我們花點篇幅了解一下色彩測量原理。對於人類感知色彩量化最大的功臣就是CIE 1931 XYZ配色函數(CIE 1931 XYZ color matching functions),過程如下圖:

它是利用間接的方式測量出肉眼對可見光譜400nm~700nm範圍的響應,然後再算出一組色度座標來代表量測的顏色,詳細的過程可以參考小弟的拙作CIE 1931簡介,色彩量測儀器就是把量測對象的光源或顏色(即光譜分佈)套到裏面的計算而算出色度座標傳送出來,而實體上處理的方式不同就造就了兩種主要色量測儀器-色度計和光譜儀的不同。

理想上來說,一般色度計的做法如下圖:

就是在3個或4個(藍色較弱會用2個)單色感光元件前面加符合CIE 1931 XYZ配色函數3種濾片,然後再經過電路或是韌體計算出色度座標而成,然而實務上這樣的光學濾片卻很難實現,於是中低階色度計的設計就會針對量測對像的光譜分佈而有所偷料,而高階的色度計會用更多的感光元件進行分段感光的設計而更接近CIE 1931 XYZ配色函數的響應曲線。所以大部份色度計對不同光譜的量測對象的適應性是有問題的,即使價格到十幾萬的色度計也是如此,例如LCD業界最常用的MINOLTA CA-210在量測LED背光源時會出現約3000K離譜的色差偏差就是一例。然而這並不是色度計完全沒用,只要這時需要利用光譜儀進行校正的動作,校正後即可對該光譜進行非常精準快速的量測。色度計跟光譜儀比較起來的優點就是量測工作範圍大、低光區量測較準確、量測速度超快、量測重覆性高。



光譜儀大部份的做法如下圖:

利用光色散的原理(即彩虹的成因),在色散過的光後方排列一整排的感光元件,數量依解析度及精度而不同,從數十個到數百個,然後量出色光在可見光範圍的光譜分佈,因為資料量較大,一般是傳送到電腦顯示量測結果並計算色度座標,部份在機身上會有韌體計算出來的色度座標,而色度座標這個結果在光譜儀上算是副產品。因為光譜儀量出來是色光的原始光譜,再經由軟體套上CIE 1931 XYZ配色函數算出色度座標,所以它對於不同色光或光源並沒有適應性的問題,可以在各種色光下都量得正確的結果。另外因為是量測全光譜,搭配上合適的設計就可以量測反射稿,這方面色度計很難勝任。雖然在色彩量測上光譜儀普遍可以得到較準確的結果同時有可以量測反射稿的優勢,但因為它的的感測器通常較小,且能量是分散到非常多個光感測器上訊號較弱,所以量測速度極慢、低光域量測能力較差,在顯示器色彩校正上會產生一些限制。

寫了那麼多無非是希望給網友們正確的核心觀念以免被一些道聽塗說的講法誤導,那對於要開始玩色彩的網友來說,到底買什麼東西才是合適的,我想這才是網友關心的答案。撇開spyder3跟i1display這兩款入門級的色度計,在沒有經過校正前,它們說實在的只能當做練習用的器材,準確度不太可靠,唯一好處是便宜。如果認真看待量測色彩這件事,第一支感測器一定是買光譜儀,然而一般人負擔的起的光譜儀大概只有X-rite的eye-one pro(i1pro) 或 Colormunki兩支了,前者約近4萬,後者約2萬,寫到這裏不得不讚揚一下X-rite這間公司,有它才能把光譜儀帶到如此低的價位,讓我們都能一窺色彩學的奧妙。先買光譜儀的主要原因就是前述光譜儀的優點,對光源的適應性良好,可以量反射稿。至於缺點量測速度慢,我想一般人在精準度與量測速度上的取捨應該是選精準度;至於低光量的量測不準,說實在就算它量得準,顯示器未必能調得到,如果真要調整低光區的話,可以考慮再加買後述的器材。

如果顯示器有能力且網兄真的在意低光區的準確度的話,這時在第一支光譜儀外,可以考慮再採購一支色度計,然後針對不同光譜,在光譜儀的精準工作範圍內對這支色度計進行四色校正,這樣就可以得到精準且快速的量測結果,如果沒有經過這個動作絕大部份色度計還是沒辦法對各種光源的量測得到準確的量測結果,這時根據不同的應用面有許多選擇,一般玩家可以考慮買X-rite的Chroma 5,它的價位在2萬左右還算ok,低光量測比前述的入門光譜儀好一截。但如果要針對某一區域的反射物進行量測且預算充足的話,則可以考慮購買X-rite的Hubble(OTC-1000)、Minolta CS-100A,不過這價位應該就已經不是玩家願意負擔的了。
價格再上去的話,當然還有不少儀器可以選購,不過我想那是專業範圍,應該不是一般網友有興趣的,會採購到這種等級的相信對這方面有相當了解,應該是不用以考本文了。