顏色特性是個三變量的函數(shù)，可以通過顏色的三要素來描述：明度、色調(diào)、色飽和度。人們觀測物體顏色必須有三個條件：照明光源、物體和眼睛。同樣，對于測色儀器要得到測試結(jié)果，必須有三個條件：照明光源、被測樣品和傳感器。那么，物體的顏色怎么測定？物體顏色測定的光電儀器有哪些？本文為大家做了詳細(xì)的介紹，對顏色測量知識感興趣的朋友可以了解一下！

物體的顏色怎么測定？

顏色是一個心理物理量。人們對于顏色的感知是通過人眼接收物體反射或透射的光信號來認(rèn)識的。顏色特性是個三變量的函數(shù)，可以通過顏色的三要素來描述：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，另外一個影響人眼顏色感覺的關(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)注點不同，也采用不同的描述和測量方法。

光線入射至物體表面時會發(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，沒有在物體內(nèi)部傳播，所以不包含物體信息。漫射光經(jīng)過在物體內(nèi)部傳播，攜帶了物體光譜信息。顏色測量大多是對反射色進(jìn)行測量。

如上圖所示，當(dāng)光入射至物體表面時，一部分光在物體表面反射了鏡面反射，沒有進(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，鏡面反射光會產(chǎn)生如下圖所示不同的空間分布。對于鏡面反射光，由于沒有在物體內(nèi)部發(fā)生傳播，就沒有產(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，由于物體對光譜的選擇性吸收，從而體現(xiàn)出于物體對應(yīng)的顏色。一部分光經(jīng)過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中鏡面反射光的比例過大，會“沖淡”物體表面本身顏色，使人眼感覺顏色亮度偏高，飽和度偏低。

人們觀測物體顏色必須有三個條件：照明光源、物體和眼睛。同樣，對于測色儀器要得到測試結(jié)果，必須有三個條件：照明光源、被測樣品和傳感器。物體測色儀器發(fā)展至今，都是通過測量材料表面的光譜特性來進(jìn)行顏色數(shù)據(jù)的測量。

要客觀、定量的表示一個顏色，需要計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)原理計算此顏色的三刺激值。三刺激值的計算方法是用樣品的光譜反射值、所用標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布和所采用CIE推薦的2°或10°視場的色匹配函數(shù)，用等波長間隔法，在可見光光譜范圍計算出顏色的色度參數(shù)。

物體顏色測定的光電儀器的類型：

根據(jù)對以上過程實施方法的不同，可以把顏色測量儀器分為兩類：光電積分式測色儀器和光譜式測色儀器。

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

修正方法為：結(jié)合照明光源的相對光譜分布和探測器的相對光譜靈敏度，計算出所需濾光片的相對光譜透過率。使儀器的相對光譜響應(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。尤其在測量不同樣品的顏色時存在較大誤差。

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

另一類顏色測量儀器為光譜測色儀器，也就是分光測色儀。技術(shù)實現(xiàn)方法和光電積分測色儀器不同。光譜測色儀器通過測量被測物體表面的光譜反射率來計算顏色信息。被測物體表面光譜反射率可以實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，在各個波長處的測量誤差差別不大，在測量不同表面光譜反射率的被測樣品時，誤差相對均衡。得到了被測樣品的表面光譜反射率后，可以計算其在不同標(biāo)準(zhǔn)光源下的顏色三刺激值和其它色度參數(shù)。

光譜顏色測量儀器可以分為光譜掃描法和同時測量全部可見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)生不同波長的單色光，分別對于每個波長測量材料表面的反射光光輻射能量，和標(biāo)準(zhǔn)參比物進(jìn)行對比計算出被測樣品在特定波長處的光譜反射率。單色儀一般采用機(jī)械結(jié)構(gòu)控制光柵轉(zhuǎn)動，得到不同波長的單色光，可以達(dá)到較高的光譜分辨率，也可以實現(xiàn)較高的信噪比。光譜掃描法顏色測量儀器波長分辨率可達(dá)0.1nm甚至更高，在測量標(biāo)準(zhǔn)白板時可以達(dá)到測量重復(fù)性△E≤0.001，實現(xiàn)高精度的顏色測量。作為最高精度的測試方法，光譜掃描法顏色測量仍然在標(biāo)準(zhǔn)傳遞和高精度測色中發(fā)揮著不可替代的作用。但是，光譜掃描法掃描整個可見光波段需要的時間相對較長，工作效率較低，不適用工業(yè)應(yīng)用中現(xiàn)場快速檢測的需求。

同時測量全部可見光波段的分光法是目前便攜式顏色測量儀器的主流技術(shù)。和光譜掃描法類似，這種方法同樣是通過測量被測樣品表面的反射光譜率來計算顏色數(shù)據(jù)的。分光法顏色測量儀器波長間隔通常為10nm，在測量標(biāo)準(zhǔn)白板時可以達(dá)到測量重復(fù)性△E≤0.01。和光譜掃描法相比，波長分辨率和測量重復(fù)性都稍差一些。但是，分光法的測量速度較快，儀器的體積小，適用于現(xiàn)場快速檢測的需求。

分光法測色儀器在基于分光法的儀器設(shè)計中，通常使用在可見光范圍內(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分辨率分開投射在陣列傳感器上，使陣列傳感器獲得整個可見光范圍內(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)，分光法的測試時間很短，大大降低了對照明光源的工作時間和光源穩(wěn)定性的要求，兼顧了儀器的測量速度、光譜分辨率和測量重復(fù)性等指標(biāo)。