颜色测量的基本原理是什么？色差仪是怎么测色的？

颜色可以通过颜色仪器测量，一般所说的颜色测量仪器是指经过一定的途径求的被测物体的三刺激值的工具。。根据获得三刺激值的不同方式，其可分分光测色仪和色差仪。本文对颜色测量的基本原理及色差测色的方法做了介绍，对颜色测量知识感兴趣的朋友不妨了解一下！

颜色测量的基本原理：

根据色度学知识，颜色可以通过仪器测量。一般所说的颜色测量仪器是指经过一定的途径求的被测物体的三刺激值的工具。根据获得三刺激值的不同方式，其可分为分光度测色仪器和光电积分式测色仪器。前者属于高档类一起，后者属于物美价廉、量大面广的仪器。

分光光度测量从测定物体的基本光度特性着手，测量物体的光谱功率分布或物体本身的光度特性，然后再由这些光谱测量数据以及CIE标准色度观察者光谱，三刺激值x（λ）、y（λ）、z（λ），通过下式计算而得到物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。这种方法可以获得很高的精度，但由于需要光谱扫描，因此所需时间长，数据处理量大，系统要配备结构复杂的分光元件，体积庞大且对工作环境要求高。

分光光度仪有两种类型：滤光片式及光谱分散式。它的测量原理亦类似分光色度仪。可见光光谱利用窄带滤色镜（滤光片式）或衍射光栅（分散式）分为各小分段。滤光片式仪器使用上与密度仪相近，只不过分光光度仪内有更多滤色镜，能够在光谱上得出更高的分辨率。此外，由于仪器设计简单，滤光片式分光光度仪非常坚固，能够承受日常生产的恶劣环境。而分散式分光光度仪对碰撞较为敏感，易碎而昂贵，不适合携带及生产中使用，适合在实验室环境里操作。

光电积分法是通过把传感器的光谱响应匹配成所需的CIE标准色度观测者光谱三刺激值曲线，或某一特定的光谱响应曲线，来对被测量的光谱功率进行积分测量。它不像分光光度法测量一次仅测量某一波长的色刺激，而是在整个测量波长范围内进行一次积分测量。它的特点是速度快，因为不必像分光光度发那样先测量光谱分布，也省掉了在整个可见光谱范围内的大量积分计算。而且只要传感器的匹配精度足够好，那么光电积分发也具有相当的测量精度。

光电积分法测量反射物体的颜色，基于RGB三原色原理设计的。RGB颜色传感器对相似颜色和色调的检测可靠性较高。在三个光电二极管上贴上三原色滤色片，三种光通过同一透镜发射后被目标物体反射，根据测出的数据求出颜色的成分。由于这种颜色检测法是通过测量构成物体颜色的三原色实现颜色检测的，所以精密度极高，能准确区别极其相似的颜色，甚至相同颜色的不同色调。

色差仪是怎么测色的？

色差仪是一种通过计算颜色差值来识别和比较颜色的光学设备，其工作机制实际上是对人眼识别颜色过程的部分模拟。在人眼视觉系统中，颜色判断是依据进入眼睛可见光的进行的，这种光线来自物体表面辐射、反射或者物体内部的透射，类似的在一个测色系统中，实际需要分析检测的就是进入仪器检测窗口的可见光。与人类视觉系统使用生物组织视网膜来识别光谱类似；在机器中这种颜色识别功能通常通过感光器件来完成的。人类比对颜色是在大脑中完成的，是对不同颜色信号的比较；色差仪则是在获得样本颜色数值后与记忆体中的颜色数值进行比较。

对色差仪而言，要获得待测可见光的首要条件是必须有能够反映待测样本颜色特征的光线。在颜色恒常性的部分阐述我们知道，特定环境中观察物体颜色时，依赖于当前光照条件的颜色谱系分布是确定的，但是一旦改变光照背景，机器传感器获得的颜色感应值发生变化，那么颜色的判断就不是恒常的了，这也就是机器视觉不具备颜色恒常性的原因。要解决这个问题，需要在一个和测量环境无关的颜色谱系空间中获取样本的反射光线，所以测色仪器中都会使用统一的内置光源来刺激物体表面，这样就相当于将所有待测物体都置于一个跟机器相关的系统光照条件下，而这系统光照条件下的颜色谱系分布也是确定的了。

在色差仪内有一个光源，每次测量时，光源使用单色白光多次照射样本，或者使用单色LED分组多次照射样本，在照射的同时使用CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）感光阵列获得反射可见光的信息，然后经过后期的去噪、平均后获得样本颜色的系统颜色空间坐标值。需要补充的是在色差仪能够测色之前需要将标准颜色库信息装载到色差仪当中，并且使用纯黑或纯白色的系统颜色空间参考点同标准颜色库的标准颜色空间进行比对计算，从而求出两个颜色空间的映射关系，当标准照明体选定时，其是一个常数。

在颜色空间映射参数确定的条件下，一旦测得的系统样本颜色值被计算出来后，就可以在与映射参数计算从而得出和具体机器、硬件系统、光照条件无关的L*a*b*值。所以当系统要测量未知颜色时，这个样本L*a*b*空间坐标值就可以用来寻找最接近的标准颜色；反之，如果查看样本颜色是否符合落在期望颜色偏差的阈值内，则将样本的L*a*b*值与期望颜色的L*a*b*值作为选定色差公式的输入来计算色差距离△E，从而进行色差判断。