测色仪如何测量颜色

比色法颜色测量的科学，被广泛地应用在商业，工业和实验室来表达数字的形式和色彩来衡量样本之间的色差。应用包括油漆，油墨，塑料，纺织品和服装，食品和饮料，药品和化妆品，显示器以及反映或传播颜色的其他部件和产品。

随着全球制造和加工的增加，比色法的使用和重要性也在增长。例如，当在一个大陆生产的塑料汽车装饰件必须与在另一个大陆上涂漆的金属表面相匹配时，客观和精确地描述颜色成为**的必要条件。

不幸的是，人类颜色的感知变化很大，受照明，样本大小，周围颜色和观察角度的影响。比色仪器提供了一套有助于确保一致性和重复性的标准化条件。

虽然术语比色法通常用于一般意义上是指颜色测量，但它不同于分光光度法，相关但不同的颜色测量方法。

在比色法中，颜色的量化是基于颜色视觉的三组分理论，其中指出人眼具有三原色（红色，绿色和蓝色）的受体，并且所有颜色被视为这些颜色的混合物初选。在比色法中，这些组件被称为XYZ坐标。色差计基于这种颜色感知理论，使用三个光电池作为受体，以与人眼大致相同的方式看到颜色。

另一方面，分光光度法使用更多的传感器（在一些分光光度计中为40或更多）将反射或透射光束分解成其分量波长。它测量可见光谱连续谱上每个波长的物体的光谱反射率。分光光度法提供高精度，通常用于研究和配色应用。色差仪通常用于生产和质量控制应用。

色差仪的解剖学

测色仪包括光源，固定几何观察光学元件，与G际上建立的标准观察者相匹配的三个光电管，以及到处理器/显示单元或计算机的车载处理器或电缆连接。

在操作中，比色计的传感器透镜通常直接放置在要测量的样品的区域上，例如，一块染色布或彩色塑料芯片。对于必须测量透射光的液体或有色胶片样品，将样品放置在仪器的透光室或特殊样品架中。接下来，操作者激活从样本反射并通过三个光电管的光源，这三个光电管确定红色，绿色和蓝色分量，并将数据传送到微型计算机。微机计算XYZ三刺激值并捕获显示或打印的数据。

 

虽然三刺激值对于定义颜色很有用，但它们不容易显示颜色。因此，在G际法委员会（CIE）的主持下，已经开发了一些数学模型和绘图方法。这些概念化被称为颜色空间。颜色空间更加紧密地表示诸如亮度/黑暗，饱和度（色度）和色相之类的颜色的相对属性。它们在测量和比较两个样品之间的色差方面特别有用 - 例如，必须在生产过程中重复再现的目标颜色。

图1：与人眼对应的光谱灵敏度（1931年标准观察者的色彩匹配功能） 图2： 1931 X，Y色度图

色调是用于颜色的一般分类的术语 - 可见光谱（380**700nm）的区域，其中发生**大的反射率。感觉为蓝色的色调倾向于反射光谱低端的光线，中部区域呈绿色，向**红色。图1显示了与人眼对应的光谱灵敏度。

亮度/黑度可以独立于色相测量。例如，柠檬的亮度可以与樱桃的亮度进行比较。饱和度描述了感知颜色的鲜明/黯淡，而且像亮度一样可以独立于色相测量。

用于定义和数学表达这些属性的**广泛使用的颜色空间是CIE的Yxy颜色空间，建立于1931年; 1976 L * a * b *颜色空间; 和L * C * h色彩空间。还有其他色彩空间，如CIELUV，Hunter Lab，Richard S. Hunter开发的，以及Munsell彩色符号系统。

从那时起，颜色空间表示已经被改进，以更接近地对应于由持续的实验和统计平均定义的人眼的色差感知。

XYZ值和Yxy颜色空间

较早的色彩空间表示之一是CIE 1931 X，Y色度图，如图2所示。该图用于颜色的二维图形，与亮度无关。X和Y是从三刺激值XYZ计算的色度坐标。在该图中，无彩色朝向中心，色度朝向边缘增加。色度坐标为X = 0.4832和Y = 0.3045的比色测量红苹果可以位于A位置（蓝色圆圈）的此颜色空间中。

图3： a *，b *色度图

也被称为CIELAB，L * a * b *颜色空间于1976年颁布，以调整原始Yxy色彩空间的一个问题。X，Y色度图上的等距离并不对应于同样感知的色差。在L * a * b *图中，球面色固体L *表示亮度，a *和b *是色度坐标。这里a *和b *表示颜色方向（+ a *是红色方向，-a *是绿色方向）。

L * C * h颜色空间使用与L * a * b *颜色空间相同的图，但采用圆柱形而不是直角坐标。L *与L * a * b *图的L *相同。C *是色度，h是色调角。C *的值在中心处为无色的颜色为零，并且根据距离中心的距离而增加。色调角（h）被定义为在+ a *轴处开始，并且随着色度轴逆时针旋转而以度数表示。

来自色差仪的测量输出用测量样品的XYZ值表示，以及以其他可接受的均匀色彩空间为单位表示。通过将目标颜色的测量与样本样本进行比较，用户不仅可以获得颜色的数值描述，还可以表示两个测量样本之间的色差的性质。色差仪指出了目标和样品之间的亮度，色度和色调的差异。

在一个位置进行的颜色测量并以给定色彩空间为单位表示，然后可以与在另一个位置或在另一个时间进行的测量进行比较，并以G际公认的语言进行传达。以这种方式，比色测量消除了颜色感知和色差判断的主观性。

如今的色差计

现在可以使用各种三刺激色差计进行颜色采样，检测和色彩质量控制。许多是便携式，电池供电的设备，允许在生产车间或远程位置进行客观的颜色测量。它们具有针对特定应用的各种孔径和照明/观察几何形状，各种级别的数据处理能力以及众多附件。

显微镜配置中的色差计用于精确测量小物体，如药丸和药物试剂。非接触式色差仪在生产线上提供纺织品，纸张和涂层线圈的在线颜色测量。小型掌上仪器甚**被设计用于非常具体的应用，如烘烤，油炸和加工食品的对比度测量。

 

通过密切监测生产和加工操作中颜色的一致性，企业和行业大大降低了废物和产品排放的成本，同时提高了运营的效率和生产率。