色差儀是模擬人眼的視覺系統(tǒng)，根據(jù)儀器的模擬積分光學(xué)系統(tǒng)，將光譜光度數(shù)據(jù)的三刺激值進(jìn)行轉(zhuǎn)換和計算，得出L*、a*和b*值及對比色色差的光學(xué)分析儀器，被廣泛的應(yīng)用于與顏色相關(guān)的行業(yè)。本文對色差儀測色原理及影響因素做了介紹。

色差儀的測色原理：

色差儀是一種通過計算顏色差值來識別和比較顏色的光學(xué)設(shè)備，其工作機制實際上是對人眼識別顏色過程的部分模擬。在人眼視覺系統(tǒng)中，顏色判斷是依據(jù)進(jìn)入眼睛可見光的進(jìn)行的，這種光線來自物體表面輻射、反射或者物體內(nèi)部的透射，類似的在一個測色系統(tǒng)中，實際需要分析檢測的就是進(jìn)入儀器檢測窗口的可見光。與人類視覺系統(tǒng)使用生物組織視網(wǎng)膜來識別光譜類似；在機器中這種顏色識別功能通常通過感光器件來完成的。人類比對顏色是在大腦中完成的，是對不同顏色信號的比較；色差儀則是在獲得樣本顏色數(shù)值后與記憶體中的顏色數(shù)值進(jìn)行比較。

對色差儀而言，要獲得待測可見光的首要條件是必須有能夠反映待測樣本顏色特征的光線。在顏色恒常性的部分闡述我們知道，特定環(huán)境中觀察物體顏色時，依賴于當(dāng)前光照條件的顏色譜系分布是確定的，但是一旦改變光照背景，機器傳感器獲得的顏色感應(yīng)值發(fā)生變化，那么顏色的判斷就不是恒常的了，這也就是機器視覺不具備顏色恒常性的原因。要解決這個問題，需要在一個和測量環(huán)境無關(guān)的顏色譜系空間中獲取樣本的反射光線，所以測色儀器中都會使用統(tǒng)一的內(nèi)置光源來刺激物體表面，這樣就相當(dāng)于將所有待測物體都置于一個跟機器相關(guān)的系統(tǒng)光照條件下，而這系統(tǒng)光照條件下的顏色譜系分布也是確定的了。

在色差儀內(nèi)有一個光源，每次測量時，光源使用單色白光多次照射樣本，或者使用單色LED分組多次照射樣本，在照射的同時使用CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）感光陣列獲得反射可見光的信息，然后經(jīng)過后期的去噪、平均后獲得樣本顏色的系統(tǒng)顏色空間坐標(biāo)值。需要補充的是在色差儀能夠測色之前需要將標(biāo)準(zhǔn)顏色庫信息裝載到色差儀當(dāng)中，并且使用純黑或純白色的系統(tǒng)顏色空間參考點同標(biāo)準(zhǔn)顏色庫的標(biāo)準(zhǔn)顏色空間進(jìn)行比對計算，從而求出兩個顏色空間的映射關(guān)系，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)照明體選定時，其是一個常數(shù)。

在顏色空間映射參數(shù)確定的條件下，一旦測得的系統(tǒng)樣本顏色值被計算出來后，就可以在與映射參數(shù)計算從而得出和具體機器、硬件系統(tǒng)、光照條件無關(guān)的L*a*b*值。所以當(dāng)系統(tǒng)要測量未知顏色時，這個樣本L*a*b*空間坐標(biāo)值就可以用來尋找最接近的標(biāo)準(zhǔn)顏色；反之，如果查看樣本顏色是否符合落在期望顏色偏差的閾值內(nèi)，則將樣本的L*a*b*值與期望顏色的L*a*b*值作為選定色差公式的輸入來計算色差距離△E，從而進(jìn)行色差判斷。

影響色差儀測色結(jié)果的因素：

1.光源的選擇

色差儀的照明體是一個固定的燈泡如能量穩(wěn)定的鎢燈或壽命較長的氬燈。但是同一塊顏色樣板，在不同的光源下儀器顯示出來的結(jié)果是不一樣的。這是因為不同的光照到樣板上被吸收和反射的光線不同，造成了人眼和儀器在看顏色時的差別。一般在建筑用卷鋼涂料的應(yīng)用中采用的是D65光源，D65光源相當(dāng)于平均日光，因為建筑用卷鋼涂料大部分被用于戶外，而在戶外太陽光被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)光源。而家電卷鋼涂料由于其使用性質(zhì)決定大部分用于室內(nèi)，根據(jù)室內(nèi)燈光而采用A標(biāo)準(zhǔn)光源來對樣板進(jìn)行測色，它是一個精心規(guī)定的鎢光源。其他的光源如熒光燈光源，在許多類型下都可使用。例如有些織物廠就采用熒光燈光源。所以根據(jù)實際的使用情況和用戶要求，選擇合理的光源作為雙方認(rèn)可的測量方式，一旦雙方認(rèn)可，必須在相同的條件下，對顏色進(jìn)行測量，以減少不必要的系統(tǒng)誤差和人為錯誤，達(dá)到最佳結(jié)合點。

2.儀器的幾何構(gòu)造及特點

色差儀的幾何結(jié)構(gòu)決定了儀器的光源、樣品面和檢測器的配置。通常有兩大類幾何構(gòu)造的儀器：定向的（0°/45°）和漫射型的（積分球）分光光度色差儀。

0°/45°的幾何構(gòu)造是0°角垂直于樣板照明，光線照到樣板后漫反射，在45°角的地方測量。測量時在45°角有多只光源接受器以達(dá)到最佳的測量效果。用這種儀器測量的結(jié)果與由于顏色和表面光澤變化在視覺上引起的外觀變化相符合。它用于質(zhì)量控制時效果非常好，與人眼觀察物體的方式相一致，結(jié)果也與人眼最接近。

典型的積分球構(gòu)造儀用一內(nèi)壁涂白的球漫射照明樣品，在8°角測量。這種測量方法忽略了表面特性和光澤對顏色的影響，提供的測量僅符合顏料/染料等顏色的變化，所以我們在電腦配色系統(tǒng)中選擇這種儀器。

3.顏色的表示方法

為了對顏色進(jìn)行判別，目前我國普遍使用的方法還是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)色卡或來樣樣板來作對比。這種比較只能現(xiàn)場對比，是一種感性的比較。為了解決這個問題，人們想出了用三維空間坐標(biāo)數(shù)值化，孟塞爾顏色系統(tǒng)，光譜反射率曲線等多種方法來表示顏色。我國也于1994年制訂了《中國顏色體系樣冊》來標(biāo)定顏色。

在分光光度色差儀中我們用CIE（國際照明委員會）L*、a*、b*，CIEL*、C*、h*，HunterL、a、b，x、Y、Z，L*、C*、h*，Y、x、z等多種方法來表示顏色的色度坐標(biāo)。在實際應(yīng)用中Hunter L、a、b和CIEL*、a*、b*是兩種比較廣泛使用的顏色空間，他們都是x、Y、Z值進(jìn)行算術(shù)推導(dǎo)得出來的。不過，由于計算公式的不同，測量后的數(shù)值是不等同的。HunterL、a、b在顏色空間的藍(lán)色部分是收縮的，而CIEL*、a*、b*在顏色空間的黃色部分是過度擴張的。在實際使用過程中，小編想提醒大家的是一定要注意L*、a*、b*和L、a、b的區(qū)別，兩者不能混為一談，小編就看到過把L*、a*、b*當(dāng)作L、a、b的情況，數(shù)據(jù)差別很大，以為是儀器出了問題，實際是把色度坐標(biāo)弄錯了。