顏色特性是個(gè)三變量的函數(shù)，可以通過(guò)顏色的三要素來(lái)描述：明度、色調(diào)、色飽和度。人們觀測(cè)物體顏色必須有三個(gè)條件：照明光源、物體和眼睛。同樣，對(duì)于測(cè)色儀器要得到測(cè)試結(jié)果，必須有三個(gè)條件：照明光源、被測(cè)樣品和傳感器。那么，物體的顏色怎么測(cè)定？物體顏色測(cè)定的光電儀器有哪些？本文為大家做了詳細(xì)的介紹，對(duì)顏色測(cè)量知識(shí)感興趣的朋友可以了解一下！

物體的顏色怎么測(cè)定？

顏色是一個(gè)心理物理量。人們對(duì)于顏色的感知是通過(guò)人眼接收物體反射或透射的光信號(hào)來(lái)認(rèn)識(shí)的。顏色特性是個(gè)三變量的函數(shù)，可以通過(guò)顏色的三要素來(lái)描述：明度、色調(diào)、色飽和度。光源顏色是由光源的光譜分布決定的。物體顏色由物體表面的光譜特性決定。但是，人眼對(duì)于物體表面光譜特性相同的物體通常并不一定有相同的顏色感覺(jué)，另外一個(gè)影響人眼顏色感覺(jué)的關(guān)鍵因素是物體表面光空間分布的幾何特性。幾何特性的描述較為復(fù)雜，不同行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)不同，也采用不同的描述和測(cè)量方法。

光線入射至物體表面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和透射，其中反射有兩種情況：鏡面反射和漫反射，鏡面反射在物體表面發(fā)生，沒(méi)有在物體內(nèi)部傳播，所以不包含物體信息。漫射光經(jīng)過(guò)在物體內(nèi)部傳播，攜帶了物體光譜信息。顏色測(cè)量大多是對(duì)反射色進(jìn)行測(cè)量。

如上圖所示，當(dāng)光入射至物體表面時(shí)，一部分光在物體表面反射了鏡面反射，沒(méi)有進(jìn)入物體內(nèi)部。鏡面反射光的多少取決于物體材料的折射率和光的入射角度，遵循菲涅爾定律。

鏡面反射光的方向取決于物體表面的光滑程度。表面粗糙程度不同，鏡面反射光會(huì)產(chǎn)生如下圖所示不同的空間分布。對(duì)于鏡面反射光，由于沒(méi)有在物體內(nèi)部發(fā)生傳播，就沒(méi)有產(chǎn)生相應(yīng)的吸收。所以，鏡面反射光的光譜分布和入射光是一致的。進(jìn)入物體內(nèi)部的光線為折射光束，在物體內(nèi)部傳播的方向遵循折射定律。折射光在物體內(nèi)部產(chǎn)生多次的反射和折射。光線在物體內(nèi)部進(jìn)行傳播時(shí)，由于物體對(duì)光譜的選擇性吸收，從而體現(xiàn)出于物體對(duì)應(yīng)的顏色。一部分光經(jīng)過(guò)物體表面返回到空氣中的光線成為漫反射光，另外一部分光透過(guò)物體到達(dá)下表面，成為漫，透射光。漫反射光和漫透射光與光源光譜不同。鏡面反射光和漫反射光一起被人眼接收，如果人眼接收到的光信號(hào)中鏡面反射光的比例過(guò)大，會(huì)“沖淡”物體表面本身顏色，使人眼感覺(jué)顏色亮度偏高，飽和度偏低。

人們觀測(cè)物體顏色必須有三個(gè)條件：照明光源、物體和眼睛。同樣，對(duì)于測(cè)色儀器要得到測(cè)試結(jié)果，必須有三個(gè)條件：照明光源、被測(cè)樣品和傳感器。物體測(cè)色儀器發(fā)展至今，都是通過(guò)測(cè)量材料表面的光譜特性來(lái)進(jìn)行顏色數(shù)據(jù)的測(cè)量。

要客觀、定量的表示一個(gè)顏色，需要計(jì)算物體或光源的顏色所占匹配刺激三原色的份量多少，即根據(jù)現(xiàn)代色度學(xué)原理計(jì)算此顏色的三刺激值。三刺激值的計(jì)算方法是用樣品的光譜反射值、所用標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對(duì)光譜功率分布和所采用CIE推薦的2°或10°視場(chǎng)的色匹配函數(shù)，用等波長(zhǎng)間隔法，在可見(jiàn)光光譜范圍計(jì)算出顏色的色度參數(shù)。

物體顏色測(cè)定的光電儀器的類(lèi)型：

根據(jù)對(duì)以上過(guò)程實(shí)施方法的不同，可以把顏色測(cè)量?jī)x器分為兩類(lèi)：光電積分式測(cè)色儀器和光譜式測(cè)色儀器。

光電積分式測(cè)色儀器在可見(jiàn)光范圍內(nèi)采用傳感器通過(guò)積分測(cè)量測(cè)得樣品顏色的三刺激值X、Y、Z。其光探測(cè)器為硅光電二極管或光電倍增管。一般采用有色玻璃構(gòu)造濾光片對(duì)探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度進(jìn)行修正。

修正方法為：結(jié)合照明光源的相對(duì)光譜分布和探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度，計(jì)算出所需濾光片的相對(duì)光譜透過(guò)率。使儀器的相對(duì)光譜響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值函數(shù)x（λ）、y（λ）、z（λ）相同。儀器的相對(duì)光譜靈敏度決定了儀器的性能。

但是由于有色玻璃的品種有限、加工工藝和過(guò)程比較復(fù)雜，所以濾光片往往存在一定程度的光譜匹配誤差，使得儀器相對(duì)光譜響應(yīng)與CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值函數(shù)之間有較大偏差。尤其在測(cè)量不同樣品的顏色時(shí)存在較大誤差。

所以，光電積分式測(cè)色儀器在儀器性能上存在一定局限性，但是其成本相對(duì)較低，在一些對(duì)顏色數(shù)據(jù)絕對(duì)精度要求不高，或測(cè)試樣品的色調(diào)比較單一的應(yīng)用領(lǐng)域還有普遍的應(yīng)用，大多應(yīng)用于對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)監(jiān)測(cè)中。

另一類(lèi)顏色測(cè)量?jī)x器為光譜測(cè)色儀器，也就是分光測(cè)色儀。技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法和光電積分測(cè)色儀器不同。光譜測(cè)色儀器通過(guò)測(cè)量被測(cè)物體表面的光譜反射率來(lái)計(jì)算顏色信息。被測(cè)物體表面光譜反射率可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，在各個(gè)波長(zhǎng)處的測(cè)量誤差差別不大，在測(cè)量不同表面光譜反射率的被測(cè)樣品時(shí)，誤差相對(duì)均衡。得到了被測(cè)樣品的表面光譜反射率后，可以計(jì)算其在不同標(biāo)準(zhǔn)光源下的顏色三刺激值和其它色度參數(shù)。

光譜顏色測(cè)量?jī)x器可以分為光譜掃描法和同時(shí)測(cè)量全部可見(jiàn)光波段的分光法兩種。

光譜掃描法通常采用單色儀作為照明光源，用單色儀中的分光色散系統(tǒng)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的單色光，分別對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量材料表面的反射光光輻射能量，和標(biāo)準(zhǔn)參比物進(jìn)行對(duì)比計(jì)算出被測(cè)樣品在特定波長(zhǎng)處的光譜反射率。單色儀一般采用機(jī)械結(jié)構(gòu)控制光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，得到不同波長(zhǎng)的單色光，可以達(dá)到較高的光譜分辨率，也可以實(shí)現(xiàn)較高的信噪比。光譜掃描法顏色測(cè)量?jī)x器波長(zhǎng)分辨率可達(dá)0.1nm甚至更高，在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)白板時(shí)可以達(dá)到測(cè)量重復(fù)性△E≤0.001，實(shí)現(xiàn)高精度的顏色測(cè)量。作為最高精度的測(cè)試方法，光譜掃描法顏色測(cè)量仍然在標(biāo)準(zhǔn)傳遞和高精度測(cè)色中發(fā)揮著不可替代的作用。但是，光譜掃描法掃描整個(gè)可見(jiàn)光波段需要的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，工作效率較低，不適用工業(yè)應(yīng)用中現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的需求。

同時(shí)測(cè)量全部可見(jiàn)光波段的分光法是目前便攜式顏色測(cè)量?jī)x器的主流技術(shù)。和光譜掃描法類(lèi)似，這種方法同樣是通過(guò)測(cè)量被測(cè)樣品表面的反射光譜率來(lái)計(jì)算顏色數(shù)據(jù)的。分光法顏色測(cè)量?jī)x器波長(zhǎng)間隔通常為10nm，在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)白板時(shí)可以達(dá)到測(cè)量重復(fù)性△E≤0.01。和光譜掃描法相比，波長(zhǎng)分辨率和測(cè)量重復(fù)性都稍差一些。但是，分光法的測(cè)量速度較快，儀器的體積小，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的需求。

分光法測(cè)色儀器在基于分光法的儀器設(shè)計(jì)中，通常使用在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有充足分布的氙燈、鹵鎢燈作為照明光源，采用陣列探測(cè)器作為傳感器，光柵作為色散器件。照明光源發(fā)出的光照在被測(cè)樣品上，反射光進(jìn)入分光色散系統(tǒng)，分光色散系統(tǒng)將反射光以一定波長(zhǎng)分辨率分開(kāi)投射在陣列傳感器上，使陣列傳感器獲得整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光譜分布。由于替代了傳統(tǒng)的機(jī)械掃描式分光色散結(jié)構(gòu)，分光法的測(cè)試時(shí)間很短，大大降低了對(duì)照明光源的工作時(shí)間和光源穩(wěn)定性的要求，兼顧了儀器的測(cè)量速度、光譜分辨率和測(cè)量重復(fù)性等指標(biāo)。