肉類顏色測量指南

顏色和光線的物理

A. 導(dǎo)言

感知物體并識(shí)別其顏色的過程涉及多重因素：物體本身、其周圍環(huán)境，以及負(fù)責(zé)感知并轉(zhuǎn)化刺激信號(hào)為顏色感知的檢測器。要實(shí)現(xiàn)顏色感知，必須配備具備這種功能的檢測器。這類檢測器可以是人眼，也可以是色度計(jì)、分光光度計(jì)等專業(yè)儀器。

人類的感官反應(yīng)與色彩識(shí)別，需要眼睛和大腦協(xié)同工作來感知并處理外界刺激以辨別顏色。眼睛由角膜、瞳孔、虹膜和晶狀體構(gòu)成，共同形成眼球的前房。晶狀體將前房與后房（玻璃體）分隔開來，后房內(nèi)含有視網(wǎng)膜和視神經(jīng)。眼睛的工作原理與相機(jī)類似：光線穿過瞳孔，經(jīng)晶狀體聚焦后投射到視網(wǎng)膜上。虹膜則像相機(jī)快門一樣運(yùn)作，在光線較暗時(shí)開啟以增加進(jìn)光量，在強(qiáng)光環(huán)境下收縮以限制光線進(jìn)入。

視網(wǎng)膜是感知光線的細(xì)胞器，其感光細(xì)胞分為視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。視桿細(xì)胞不敏感于顏色，但能感知從黑到灰再到白的視覺光感；而視錐細(xì)胞則對可見光的顏色敏感（圖3.1）。根據(jù)對光譜的峰值響應(yīng)范圍，視錐細(xì)胞可分為藍(lán)、綠、紅三種類型。因此，當(dāng)光線進(jìn)入眼睛時(shí)，視桿細(xì)胞負(fù)責(zé)檢測明暗刺激，視錐細(xì)胞則負(fù)責(zé)識(shí)別藍(lán)、綠、紅三種光譜。這種對藍(lán)、綠、紅光譜的感知能力被稱為眼睛的三色視覺功能。這些視覺信息隨后通過視神經(jīng)傳遞至大腦，在大腦中經(jīng)過處理后，最終形成對物體的視覺感知。因此，眼睛與大腦的復(fù)雜互動(dòng)是顏色感知的形成基礎(chǔ)。這一過程受多種因素影響，可能扭曲顏色感知，尤其是顏色的檢測方式及其處理機(jī)制。要確定顏色，需要一種能夠捕捉這些信息的檢測器。

信息獲取是必要的。然而，并非所有眼睛都具備同等的光感檢測和色彩感知能力。以紅綠色盲為例，部分人群存在這種先天缺陷。雖然光譜本身能產(chǎn)生色彩感知，但眼睛無法有效識(shí)別，大腦也無法正確處理這些視覺信號(hào)。因此，任何色彩測量都必須確保檢測器官正常運(yùn)作——就像人類色彩感知系統(tǒng)那樣——這樣才能準(zhǔn)確檢測紅綠色盲等色彩識(shí)別障礙。目前網(wǎng)絡(luò)上已有專門用于檢測色盲的標(biāo)準(zhǔn)化測試表。

需要說明的是，人眼或其他機(jī)械裝置并不會(huì)“看見"顏色，它們只是捕捉 來自物體（如肉類）的反射光波長（圖3 . 2）， 而人眼則將這些感官信息 傳遞給大腦進(jìn)行解析。

肉類或其他物體的顏色，實(shí)際上是光線、視覺系統(tǒng)（即感光器官）與被觀察物體相互作用的結(jié)果。光線對色彩感知至關(guān)重要——沒有光線，就既沒有顏色也談不上視覺?？梢姽馐请姶挪ㄗV的一部分 ，該波譜由不同波長的能量定義 ，涵蓋廣播波、雷達(dá)波、紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線及宇宙射線。但人類只能感知波長在390至750納米之間的可見光。在這個(gè)狹窄的電磁波譜范圍內(nèi)，人眼具備將波長區(qū)分為不同顏色的能力，而大腦則擁有將這些波長歸類為特定顏色的處理能力。例如，紅色通常對應(yīng)波長約650至700納米的光線。

綠色對應(yīng)波長范圍約490-575納米，藍(lán)色對應(yīng)455-490納米（圖3.1）。

有趣的是，其他動(dòng)物，比如蜜蜂，可以在紫外范圍內(nèi)看到，蝙蝠可以感知電磁輻射在超聲波范圍內(nèi)的光譜。

要檢測顏色 ， 光必須從被觀察物體反射回來并返回眼睛 。要產(chǎn)生顏色，照射物體的光必須具有光譜范圍

人眼能夠感知并由大腦解析為顏色的對應(yīng)波長，取決于光的反射特性。因此，當(dāng)完整的可見光譜入射時(shí)，理論上可以產(chǎn)生無限種顏色。當(dāng)光線照射到物體表面時(shí)，會(huì)經(jīng)歷吸收、反射或散射三種過程。被物體吸收的光波長無法被肉眼察覺，因?yàn)檫@些光線被物體（如肉類）吸收（見圖3.2）。而反射回來的光線則會(huì)被眼球捕獲，傳遞至大腦進(jìn)行處理。由于人眼具有三色視覺 ， 大腦會(huì)解析 藍(lán)、綠、紅三種顏色的光強(qiáng)度，最終將這些信息整合為我們所感知的顏色。

因此，要準(zhǔn)確判斷肉類顏色，光源必須包含能有效反射肉表面的波長，否則肉色將無法被肉眼或儀器檢測器識(shí)別。在感官和儀器檢測肉類時(shí)，光源必須標(biāo)準(zhǔn)化?？傮w而言，要讓人類準(zhǔn)確觀察物體的真實(shí)顏色，應(yīng)使用平衡光源。舉例來說，使用白熾燈（圖3 . 2和3 . 3）會(huì)使新鮮肉類呈現(xiàn)更鮮艷的紅色，而 紅外輻射輸出較低的5000K熒

光燈（圖3 . 3）則會(huì)呈現(xiàn)較暗的紅色。

除了光檢測、色彩生成與感知涉及的物理原理外，多種物理?xiàng)l件還會(huì)影響肉品色澤。本文

重點(diǎn)探討同一肉塊在不同條件下如何產(chǎn)生差異化的色彩感知，而非深入分析肉品本身的色素構(gòu)成或化學(xué)成分。 影響色澤的關(guān)鍵因素包括：光源特性 、觀察者個(gè)體差異、肉塊尺寸差異、表面光滑度（例如使用鋒利刀具與鈍刀切割）、背景環(huán)境差異以及觀察角度差異。

肉類反射的光線波長決定了顏色的感知效果 ， 因此光源 對顏色的呈現(xiàn)與感知起

著關(guān)鍵作用。 光源 有多種類型 ， 包括自然光 、 熒光燈 、 白熾燈 等，即便同一種光

源，不同設(shè)備的發(fā)光特性也可能大相徑庭。每種光源都具有獨(dú)特的光譜組成。圖3.3展示了兩

種光源的光輸出對比。

所謂平衡光源，是指能均勻輸出不同波長光線的光源（例如自然光）。正因如此，肉類在零

售展示柜中可能呈現(xiàn)理想色澤，但在商店照明下（例如，許多商店在展示冷藏柜中使用熒光燈，因?yàn)檫@種燈泡發(fā)熱量極低且比白熾燈更節(jié)能——后者會(huì)損失超過70%的能量為熱量）反而會(huì)失去誘人外觀。因此，在選擇照明設(shè)備時(shí)

要準(zhǔn)確比較肉品顏色，必須保持光源類型和照明條件恒定。肉品觀察常用豪華暖白熒光燈作為光源。除了光源類型，光照強(qiáng)度對顏色感知同樣關(guān)鍵——肉品觀察時(shí)既不能過亮也不能過暗。比較肉品顏色時(shí)通常采用約1630勒克斯的光照強(qiáng)度。圖3 . 4展示了三塊新鮮肉品在冷白熒光燈照射下的實(shí)際反射波長。這些光譜正是消費(fèi)者肉眼所感知和評估的。該燈泡在靛藍(lán)、綠色和橙色區(qū)域有明顯峰值（與圖3.3中的5000K白熾燈相似），但紅色區(qū)域亮度極低；因此消費(fèi)者小組將牛肉、豬肉和雞肉切塊判定為棕色。相比之下，當(dāng)使用白熾燈（反射光譜與圖3 . 2所示及圖3 . 4中2800K白熾燈 相似）照射時(shí)，肉品呈現(xiàn)的色澤則截然不同。3 )， 消費(fèi)者小組的評分 更多是粉色/紅色。

觀察者差異是影響顏色感知的另一個(gè)關(guān)鍵因素。每個(gè)人的視覺敏感度在顏色感知上存在細(xì)微差異，這可能是所有影響顏色感知的因素中最難 控制的。通過顏色視覺篩查測試，可以篩選出能夠準(zhǔn)確辨別肉品顏色差異的評審專家（參見色盲測試表；Wiegand和Waloszek，2003）。需要特別注意的是，若未對屏幕進(jìn)行完整校準(zhǔn)，使用電腦呈現(xiàn)這些測試表時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)偏差。

肉塊的大小差異也會(huì)影響顏色的感知，因?yàn)榉瓷涞窖劬Φ墓饩€的數(shù)量。對于較大的肉塊，反射到眼睛的光線更多，顏色通常被感知為更明亮和更鮮艷。

背景差異同樣會(huì)影響色彩感知。當(dāng)在明亮背景前觀察切片時(shí)，顏色往往顯得暗淡無光；而在深色背景前觀察時(shí)，切片則顯得更加鮮亮。為確保色彩對比的準(zhǔn)確性，需統(tǒng)一背景標(biāo)準(zhǔn)。

在肉類攝影中，背景色尤為重要——淺色背景容易造成顏色暗淡或蒼白的視覺錯(cuò)覺，而深色

背景則能更好地呈現(xiàn)肉質(zhì)的鮮艷色澤。

此外，觀察切面的角度和光源入射角都會(huì)影響顏色感知。當(dāng)出現(xiàn)光澤時(shí)尤其重要，這可能妨礙觀察樣品。對于虹彩現(xiàn)象等條件，觀察者的入射角會(huì)決定該現(xiàn)象的可見性。應(yīng)避免背光照明，建議使用頂光。設(shè)置燈光時(shí)，需用光度計(jì)對亮度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測量。

圖3.4. 新鮮肉塊在冷白熒光燈下呈現(xiàn)的相對亮度對比。需注意該燈具在靛藍(lán)、綠色和橙色區(qū)域存在明顯色溫峰值。由于光源在可見光譜末端的亮度較弱，導(dǎo)致牛肉和豬肉切塊的紅色調(diào)難以清晰呈現(xiàn)。本文轉(zhuǎn)載自《肉類科學(xué)》第59卷第2期S·巴布特（S. Barbut）發(fā)表的《照明光源對鮮肉切塊外觀的影響》（2001年，第187-191頁），經(jīng)愛思唯爾出版社授權(quán)使用。

B. 肉類的色彩感知

當(dāng)光線照射到肉品表面并反射回檢測器（眼睛或儀器）時(shí)，處理器（大腦或微處理器）就會(huì)解析顏色信息。顏色傳達(dá)其實(shí)頗具挑戰(zhàn)性。為此，人們開發(fā)了專門工具來幫助解讀色彩語言。美國藝術(shù)家A·H·芒塞爾發(fā)明的芒塞爾系統(tǒng)，通過色卡進(jìn)行顏色混合與比對。

1931年，國際照明委員會(huì)（CIE）制定了XYZ三刺激值（圖3.5），并于1976年推出CIE L*a*b*色空間（圖3.6）。之所以開發(fā)CIE L*a*b*系統(tǒng)，是因?yàn)閄YZ色度測量法中各顏色間的距離，并不能準(zhǔn)確反映人眼感知到的顏色差異。例如，綠色與黃綠色的色差相對較大，而藍(lán)色與紅色的色差卻微乎其微。為解決這個(gè)問題，CIE在1976年推出了三維Lab色空間（又稱CIELAB 色空間）。在這個(gè)系統(tǒng)中，人眼感知到的顏色差異，與色度測量法得出的距離完整對應(yīng)。a 軸從綠色（-a）到紅色（+ a），b 軸從藍(lán)色（-b）到黃色（+ b）。亮度(L)從三維模型的底部到頂部增加（圖3.6）。

在報(bào)告研究用色度計(jì)值時(shí)，作者必須注明使用的是CIEL*a*b*值還是CIELab值。（星號(hào)的存在或缺失反映了 這些值的計(jì)算方式的細(xì)微數(shù)學(xué)差異。）可感知的顏色具有色相、明度和飽和度三個(gè)特性。色相是 我們用語言描述顏色時(shí) 所用的詞匯（紅色 、 黃色 、 綠色 、 藍(lán)色 、等等）。色相由肉品表面反射回檢測器的特定波長決定。明度描述顏色的明暗程度 ，而飽和度則反映顏色的鮮艷或暗淡程度。目前已有多種標(biāo)準(zhǔn)化方法用于顏色的測量與描述。

XYZ三刺激值及其對應(yīng)的Yxy色空間為顏色描述提供了范式6（圖3.5）?；诖耍瑖H電

工委員會(huì)（CIE）開發(fā)了x、y色度圖。該圖示將無色系（如淺色或暗淡色，飽和度較低）置于圖中心，色度值則向圖外圍遞增

（色彩更鮮艷、飽和度更高）。在色環(huán)外圍，紅色、綠色和藍(lán)色作為原色，對應(yīng)著這些顏色的可見光波長。色度圖通過坐標(biāo)系繪制x軸和y軸的色值，從而確定顏色的色調(diào)和飽和度。

CIE L*a*b*色空間的后續(xù)發(fā)展使得顏色能夠以三維空間形式呈現(xiàn)（圖3.6）。由于人眼對藍(lán)、綠、紅三種顏色的視覺反應(yīng)特性，相關(guān)計(jì)算將這些反應(yīng)轉(zhuǎn)化為L*、a*和b*三個(gè)數(shù)值。當(dāng)這三個(gè)數(shù)值結(jié)合時(shí)，便構(gòu)成了三維色空間。在該色空間中，a*值位于X軸，b*值位于Y軸，L*值位于Z軸（圖3.6）。色空間中心為中性灰。沿a*軸方向，正值表示紅色，負(fù)值表示 綠

色（紅色范圍 為+ 60至綠色范圍 的-60）。沿Y軸 ，正b *表示黃色，負(fù)b*表示藍(lán)色（紅色范圍為+ 60至藍(lán)色范圍的-60）。第三個(gè)維度L*的數(shù)值范圍為100代表白色，0代表黑色（圖3.6）。在此色空間中，通過繪制a*和b*的數(shù)值可確定肉樣顏色或色調(diào)（圖3.7）。通過L*值可測定樣品的明度或暗度。因此，

圖3.7. 色度圖中色相角與色度C*（飽和度指數(shù)）的示意圖。點(diǎn)A是CIEa*（47.63）和CIEb*（14.12）的圖。

通過三角函數(shù)計(jì)算，可以確定樣品偏離X軸的入射角，進(jìn)而計(jì)算出樣品的色相角（即顏色），同時(shí)通過計(jì)算樣品與XYZ坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離來確定其飽和度或鮮艷度。色相角的計(jì)算。圖片由Konica Minolta Sensing Americas提供。

公式為h=arctan（b*/a*）。例如，當(dāng)樣品的CIEb*值為14.12，CIEa*值為47.63 6時(shí)，其色相角為16.51度。因此，a*和b*值點(diǎn)與對應(yīng)角度的坐標(biāo)圖，能夠完整呈現(xiàn)樣品的顏色特征。由于顏色在色域邊緣的鮮艷度逐漸增強(qiáng)，a*和b*坐標(biāo)點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，顏色的鮮艷度就越高。此外，色度（飽和度指數(shù)）也可通過公式（a*+b*）計(jì)算得出。例如，當(dāng)a*值為47.63，b*值為14.12時(shí)，12 ，色度（飽和度指數(shù)）將為49. 68。有了這些數(shù)據(jù) ， 可以計(jì)算和比較色差 。這些計(jì)算將在以下章節(jié)中進(jìn)一步討論。

C. 光的物理性質(zhì)與儀器色彩測量

儀器套裝主要分為兩大類用于顏色測量：色度計(jì)和分光光度計(jì)。這兩類設(shè)備都配備專用光源

和特定照明條件（例如A、C或D型光源 ）。可選用不同類型的光源（如鎢絲燈或氘燈）.在選擇光源時(shí)，光源的光譜特性、燈泡成本等因素都會(huì)成為重要考量。不同儀器在測量反射光的方式上存在差異。三刺激法使用光源照射樣品，光線經(jīng)紅、綠、藍(lán)濾光片后投射到光電探測器（圖3.8）。微處理器可將反射值轉(zhuǎn)換為XYZ或CIE L*a*b*值。分光光度計(jì)則通過掃描（通過單色儀）或光電二極管陣列同步讀取（圖3.9）的方式獲取反射波長。這些數(shù)據(jù)傳輸至微處理器后，既可呈

現(xiàn)為反射光譜，也可轉(zhuǎn)換為如圖3.9所示的XYZ值或CIE L*a*b*值 。

部分反射光譜分光光度計(jì)采用衍射光柵技術(shù)，通過掃描表面反射的波長（即顏色）進(jìn)行檢

測，而另一些則通過檢測反射光的特定波段來工作。

通過使用光電二極管陣列（例如一種能根據(jù)工作模式將光轉(zhuǎn)換為電流或電壓的光電探測器）

實(shí)現(xiàn)這一功能。衍射光柵本質(zhì)上是一種帶有大量平行且間距緊密的狹縫的固體板，或是帶有眾多平行反射凹槽的板。值得注意的是，肉表面本身也能充當(dāng)衍射光柵。完好肉塊表面呈現(xiàn)的虹彩效應(yīng)，源于肌纖維內(nèi)部肌原纖維的高度有序結(jié)構(gòu)。當(dāng)表面被切割時(shí)，會(huì)形成類似反射凹槽的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，入射光會(huì)被衍射（類似棱鏡的原理），形成多種色調(diào)。

然而，分光光度計(jì)的衍射光柵能比棱鏡更有效地分離不同顏色的光，其色散效應(yīng)更為顯著。即便是單一波長的光也能被進(jìn)一步衍射。光電二極管陣列的設(shè)計(jì)初衷是同步測量不同波長的光信號(hào)。部分光電二極管陣列的分辨率可能僅有2至10納米，因此當(dāng)需要檢測非常尖銳的反射峰或谷時(shí)，掃描反射光譜儀可能是更優(yōu)選擇。但隨著光電二極管陣列技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種優(yōu)勢可能會(huì)逐漸消失。相較于三刺激測量法，這種高分辨率特性在色素分析中更為關(guān)鍵。需要特別注意，掃描反射光譜儀在目標(biāo)可見光波長范圍內(nèi)采集反射數(shù)據(jù)的速度，遠(yuǎn)低于二極管陣列的采集速率。

此外，需要特別注意肉類具有多重色相特性。以鮮紅肉為例，其主色調(diào)為紅色，但實(shí)際光譜反射中還包含其他色相成分。通過光譜反射曲線分析，可精準(zhǔn)測定其他色相的存在及其強(qiáng)度。而對于色素形態(tài)的檢測，光譜反射數(shù)據(jù)能有效評估色素含量。由于非破壞性檢測特性，色度計(jì)和分光光度計(jì)都是追蹤肉類顏色變化的理想工具。需要特別說明的是，不同測色儀器的設(shè)計(jì)差異顯著，這些差異會(huì)直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。關(guān)于儀器設(shè)計(jì)的詳細(xì)討論，本文不再展開。