【环境对黄色-橙红色石榴石颜色影响分析案例5600字（论文）】

环境对黄色-橙红色石榴石颜色影响分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u11782环境对黄色-橙红色石榴石颜色影响分析案例 1137161.1标准光源对石榴石颜色的影响 1169051.1.1实验设置 1211751.1.2实验结果与讨论 2246311.1.2.1样品与光源对石榴石颜色的双因素方差分析 251291.1.2.2光源对石榴石颜色的单因素方差分析 3211971.1.3石榴石照明光源的选取 5313011.2背景对石榴石颜色的影响 6167091.2.1孟塞尔非彩色背景 6148441.2.2标准黄金背景 10颜色是评价彩色宝石质量的关键因素，颜色会直接影响石榴石价格的高低。我们观察到宝石颜色的三个要素为宝石、光源、观察者。本章节我们讨论光源及背景对黄色-橙红色石榴石颜色的影响。1.1标准光源对石榴石颜色的影响由于不同的光源具有不同的光谱分布，因此不同光源照射同一样品时也很可能产生不同的颜色。（）尽管人眼对可见光有一定的分辨能力，但是每个人对于不同波长的可见光的感知是不同的。所以对于一种宝玉石品种在进行颜色评价时，光源是非常重要的。1.1.1实验设置从黄色-橙红色的石榴石中选取20颗具有明显差异，色调过渡均匀的的石榴石样品进行研究，虽然样品为不同亚种，但所处的颜色范围较为接近，所以讨论光源对其颜色的影响时，不进行分类讨论，只对颜色这一要素进行整体的分析，颜色测试在标准光源箱中进行。根据国标GB/T20146-2006色度学用CIE标准照明体的要求，探究照明体对石榴石颜色的影响，本实验选取D65（6500K）、CWF（4150K）、A（2856K）光源：D65代表平均昼光，色温接近自然光，常常被应用于需要典型昼光的色度学计算中（荆其诚，1979）；CWF光源属于标准的荧光光源之一，常作为美式商店的冷白光源，也被称为F2光源；A光源代表家用钨丝灯，应用于美式橱窗射灯。应用于白炽灯照明的色度学研究中。通过测试获取样品颜色数据后，使用AdobePhotoshopCS6中的Lab配色系统对样品在不同光源下的颜色进行计算机模拟，得到样品的模拟色块。1.1.2实验结果与讨论光源是由不同波长的色光混合而成，即具有不同的光谱分布功率。根据文献（xx）D65这种模拟日光的光源中最高峰出现在460m左右的蓝区，绿区、紫区次之，黄色、橙色以及红色光含量较低，曲线分布曲折；A光源的光谱功率分布近似为一条直线中，光的相对功率从随着波长变长而增大，因此，A光源中波长较长色光成分更多，包括黄色光、橙色光、红色光；CWF光源属于荧光灯光源，在蓝紫区440nm、绿区540nm、黄绿区580nm处出现强烈的吸收峰，除激光发色光，相对功率最高的部分位于黄、橙色处。图6-1三种标准光源的光谱功率分布图1.1.2.1样品与光源对石榴石颜色的双因素方差分析由于光源和样品本身为两个不同的变量，属于互不干扰的独立因素，因此使用IBMSPSSStatistics26统计分析软件的双因素方差分析对石榴石的颜色进行研究，具体结果如表6-1所示。表6-1不同光源和样品对石榴石颜色的影响的双因素方差分析差异源样品光源L*C*h0L*C*h0P0.0000.0000.0000.0000.0000.000F421.064388.867554.18461.916322.8578742.337注：P显著水平<<0.05，极显著水平<<0.01，F为组间均方与组内均方的比值。根据表6-1可知，其双因素方差分析的P值<<0.01，说明光源以及样品本身都对石榴石的明度L*、彩度C*和色调角h0具有及显著的影响；同样地，F>>P，也可以说明光源和样品本身均极显著地影响石榴石颜色参数。1.1.2.2光源对石榴石颜色的单因素方差分析想要研究不同光源对石榴石颜色的影响，就需要明确到具体到哪种光源的变化对样品的颜色参数影响大，因此以下进行单因素方差分析。表6-2光源对石榴石的齐性检验L*C*h0P0.9430.2940.319注：显著水平：0.05，极显著水平：0.01单因素方差分析需要先进行进行方差齐性分析检验。若P>0.05，则方差为齐性的，则选用LSD方法分析，该方式的灵敏度最高，效果较好；若P<0.05，则方差不齐，此时选用Tamhane方法对数据进行事后多重比较分析，效果会更好。通过表3-4的数据可知，PL*>0.05，PC*>0.05，Ph0>0.05通过齐性检验，采用LSD方法分析进行单因素方差分析。表6-3不同标准光源对石榴石的影响计算方法(I)光源(J)光源平均值差(I-J)P值L*LSDD651CWF2-1.6400.665A3-3.6520.337AD653.6520.337CWF2.0120.596C*LSDD65CWF0.8480.817A-1.4960.079AD651.4960.079CWF7.3440.048h0LSDD65CWF-10.6260.017A-0.1480.973AD650.1480.973CWF-10.4780.019由表3-5单因素方差分析结果可知，不同光源对石榴石明度L*的影响较小，P值均大于0.05，也说明光源的变化不显著改变石榴石的明度值。而对彩度值，色调角的影响较显著，大部分P小于0.05，说明石榴石的饱和度C*和色调h°在不同光源下有较显著差异，其中CWF与D65、A光源的色调角差异的平均值差可达10°。图6-2不同标准光源下对石榴石颜色的影响。（1）不同光源下石榴石的明度值L*；（2）不同光源下石榴石的彩度值C*；（3）不同光源下石榴石的色调角h°（4）不同光源下石榴石的色品投点变化图1.对明度的影响不同标准光源对石榴石的明度的有一定影响的，不过差异相对较小（见图6-2-1）。明度差异表现为L*（A）>L*(CWF)>L*(D65)，A光源与CWF，D65光源相比，在橙-红区的吸收较强，光色相对更接近橙红色，照射该颜色系列的石榴石时使其明度升高，肉眼看起来较明亮。2.对彩度的影响不同标准光源对石榴石的彩度影响较显著，我们通过对不同光源下的样品彩度值C*进行分析，发现随着色调的改变，光源石榴石的彩度C*有着不同的影响（见图6-2-2）。当在D65光源下石榴石样品的色调角h°∈（25°，56°）时，样品色调属于红色-红橙色，彩度差异表现为C*(A)>C*(D65)>C*(CWF)，A光源和D65光源由于均具有橙红区的较强吸收，使石榴石的饱和度起到一种叠加作用，从而彩度所有提高，在A光源以及D65光源下具有较好的显色性，A对彩度的提升相对D65光源平均提升1.50；当h°∈（56°，70°）时，样品色调在橙色-黄橙色范围，彩度的差异表现为C*(A)>C*(CWF)>C*(D65)，这是由于CWF光源在橙黄区有较为显著的吸收，此时的饱和度叠加效果大于D65光源。3.对色调的影响与彩度的影响相类似，该颜色系列的石榴石的色调角h°受不同光源的影响也与石榴石样品本身所属的色调角范围相关（见图6-2-3）。在D65光源下，当h属于(25°，60°)时，色调角差异表现为h°(CWF)>h°(A)>h°(D65)，由于CWF光源在橙黄区的吸收，使石榴石的色调增大，向黄区方向偏移；h°(CWF)>h°(D65)>h°(A)，由于A光源具有的红区吸收较强，与D65光源相比石榴石的色调减小，向红区方向偏移。并且发现当h°（D65）属于（51°，56°）时，D65光源与CWF光源下样品的h°值非常接近，因此色调处于该范围时，D65和CWF光源对石榴石色调的影响不大。4.对色差的影响选取明度值处于中位数的样品C18为标准样品，采用色差公式CIEDE2000（△E00）计算三种标准光源下石榴石样品的色差值，得出不同光源下其色差均值以及方差值（表6-4）。其中CWF光源下石榴石样品的色差均值较高，并且方差也较大，色差较离散，说明黄色-橙红色石榴石在CWF光源下颜色区分度较高，相比A光源下的颜色区分度较差。表6-4三种标准光源下石榴石颜色的色差分析光源△EANOVAD6511.1434.51CWF11.6939.21A10.8033.331.1.3石榴石照明光源的选取D65光源在可见光范围内能量分布均匀，接近日光并且不具有色光，可以更好的反映石榴石的真实颜色，适合作为石榴石颜色的评价光源。A光源由于在橙红色光较多，可以较好的提高石榴石的明度L*和彩度C*，并且使颜色处于橙红色的石榴石的色调角h°升高，向橙黄色方向偏移，因此A光源适合作为该颜色系列石榴石的展示光源。CWF光源对于提高石榴石的色调角具有显著作用，对于色调偏低呈现红色较多的石榴石可以选用CWF光源展示。1.2背景对石榴石颜色的影响由于黄色和橙色的颜色中心明度高于红色及紫色的颜色中心，因此可知黄色-橙红色的石榴石颜色明度相对紫色-紫红色的石榴石较高，并且具有较高的透明度，所以其颜色受背景的影响比较大，宝石学中研究背景对宝石颜色的影响主要通过肉眼以及一些色卡的对比，受观察者的主观因素较大。因此本节在CIE1976L*a*b*均匀色空间中通过手持测色仪测试石榴石的颜色参数以研究背景对其颜色的影响，进行定量分析。背景除了影响展示的未镶嵌的宝石颜色外，主要还是受镶嵌金属的影响。因此我们选择孟塞尔非彩色背景来替代无彩度的银、铂等贵金属；选择标准黄金背景来替代金、铜等金属。在研究背景对该颜色系列石榴石颜色的影响时我们要统一在同一种光源下研究，本节选取国际颜色质量评价的标准光源D65作为测试光源。采用9个非彩色中性色卡和6个标准黄金物质作为背景，D65作为实验光源。通过爱色丽X-RiteSP62分光测色仪，获取不同背景下石榴石样品的颜色参数。1.2.1孟塞尔非彩色背景孟塞尔非彩色背景是选取的Munsell明度色卡，不含显色度。该色卡将明0-100平均的分成了37个等级，为N9.5-N0.5，其中间隔为N=0.25。本实验以N9、N8、N7、N6、N5、N4、N3、N2、N1九种非彩色中性色卡为背景进行实验，共得到20×9=180组数据，研究非彩色背景对黄色--橙红色石榴石颜色的影响。表6-5Munsell非彩色背景的明度及模拟色块背景N9N8N7N6N5N4N3N2N1L*92.181.774.061.857.045.635.325.013.3反射率78.7%59.1%43.1%30.0%19.8%12.0%1.6%3.1%1.2%模拟色块本节实验从实验样品中选取20颗具有颜色差异的石榴石，采用9个非彩色中性色卡作为背景，D65作为实验光源。通过爱色丽X-RiteSP62分光测色仪，获取不同背景下石榴石样品的颜色参数。对9种非彩色背景下的石榴石颜色参数进行ANOVA单因素方差分析（表6-6），结果表明：PL*，PC*，Pa*，Pb*均远远小于0.01，有极显著性，说明该系列背景对石榴石颜色的明度值L*、彩度值C*、色品值a*，b*有显著的影响，根据F>1，这种影响是大于误差的影响的；而Ph°>0.05，说明非彩色背景对该颜色系列石榴石的色调角h°没有明显的作用。表6-6不同非彩色背景对石榴石颜色的单因素方差分析L*C*h0a*b*P（显著性）0.0000.0001.0000.0000.000F9.85317.4380.03721.5708.754将石榴石样品在9种Munsell非彩色背景下所测试得到的颜色数据在CIE1976L*a*b*均匀色空间中进行投点以及对色品值a*和b*进行分析（图6-3），可知随着背景的灰度从N1下降至N9，a*与b*提高，并且石榴石的彩度C*提高。由a*，b*的箱式图可以看出随着灰度的降低其值范围增大，结合不同灰度背景下的投点图可知彩度C*的范围同样增大，颜色的区别增大。因此，石榴石的颜色在灰度较低的背景中具有更高的区分度。图6-3（1）Munsell非彩色灰背景下色品值a*和b*的箱式图；（2）不同背景下石榴石的颜色投点图为了便于观察颜色参数的变化趋势，选取测试样品的L*、C*、h°的均值为纵轴，以不同灰度的背景为横轴进行趋势变化分析（图6-4）。可知，背景灰度的降低，明度L*、彩度C*都逐渐增大，并且增速加快，而色调角h°没有明显的趋势变化。对不同灰度背景下的L*和C*进行多项式拟合，拟合度均高达0.999，说明拟合程度高。图6-4Munsell非彩色灰背景下石榴石L*、C*、h°的均值变化影响宝石明度的关键的因素是背景亮度。Munsell将明度值划分为11个等级，每种等级的明度值分别对应一定的亮度因素（Y），实际应用9个等级。我们将亮度因素与Munsell非彩色背景对应的明度关系进行相关性分析，通过拟合得到以下关系：L*b=103Yb0.39(公式xx)将亮度因素与对应的石榴石明度关系进行箱线图分析（图6-5），通过拟合得到样品的明度与亮度因素的关系：`L*=-7.8148Yb2+27.826Yb+37.521（R2=0.9997）（公式xx）可知，随着背景亮度的升高，石榴石的明度升高，在N3背景时，样品的明度与背景明度相一致，在N1，N2背景时，样品明度高于背景明度，在N4-N9背景下，样品明度低于背景明度。并且可以观察到N2-N9 背景下石榴石的最大明度差△L*也逐渐增大。图6-5Munsell非彩色灰背景下亮度因素与石榴石明度的关系图将亮度因素与Munsell非彩色背景对应的彩度关系进行相关性分析（图6-6），通过拟合得到以下关系：`C*=-9.6653Yb2+34.008Yb+15.471（R2=0.9995）（公式xx）可知，随着亮度Yb的提升，石榴石的彩度均值升高，并且最大彩度差△C*在N1-N4范围内减小，在N5-N9范围内增大。由于Munsell非彩色背景是不具有彩度的，所以在不同背景下石榴石的彩度的变化并不是由于背景彩度的影响。明度和彩度这两个样色参数具有一定的正相关性，推测随着背景灰度的降低，石榴石彩度的升高由于背景亮度因素提高所致的。图6-6（1）Munsell非彩色灰背景下亮度因素与石榴石彩度的关系图；（2）Munsell非彩色灰背景下亮度因素与石榴石色调角的关系图Munsell非彩色中性背景对石榴石的色调没有明显的影响，随着亮度的升高，最大色调角差△h°先增大再降低再增大。综上所述，变换Munsell非彩色背景对橙黄色-橙红色系列石榴石的明度L*、彩度C*有较为显著的影响，并且这种影响和该背景的亮度因素相关。随着背景灰度的降低，明亮度逐渐升高，样品的明度L*和彩度C*均升高。并且在亮度越高时，石榴石颜色的区分度有所提升，因此在灰度较低的背景更有助于观察石榴石颜色的差距，同样验证了在颜色测试时选取白背景作为测试背景的可信度。1.2.2标准黄金背景影响宝石颜色的彩色背景主要是镶嵌首饰所用到的黄色贵金属，通常为金-银-铜系合金。而该系列金属含量不同，通过Ag和Cu以及其他金属元素比例不同，使得这种标准物质自身颜色有所差异，对宝石颜色的影响也不同，本节选取6种标准黄金物质24K、24K、22K、20K、18K、16K为背景。在Au-Ag-Cu系合金中，由于含量最多的为Au，因此该系列合金主要呈现黄色调。并且合金的颜色随着Cu所占比列的升高而向红色调方向变化，色品值a*增大；由于银本身的明度高，该系列合金随着Ag所占比例的升高，明度会增加，并且当w（Ag）>9%时，样品的色品值a*降低，增加绿色调，色调角增大（宁远涛，2012）。因此，不同标准物质中金属含量的不同对石榴石颜色的影响均有一定的贡献。表6-7标准黄金物质的成分和实测颜色参数编号KAuAgCuL*C*h°模拟色GBW02751a(G1)2499.990.000.0082.7645.1381.94GBW02754a(G2)2