顏色問題越來越受到現(xiàn)代工業(yè)制造者的重視，其測量儀器也日受青睞。顏色測量儀器是根據(jù)人眼視覺特性，對顏色進行客觀度量的工具，是顏色復制、傳遞、交流的一種載體。本文介紹顏色測量的原理及顏色測量過程中的常用儀器類型，對色度學及儀器知識感興趣的朋友可以了解一下！
顏色怎么測量？
1.顏色測量的原理
顏色是光的屬性，是外界光投射到物體上，經(jīng)過顏色物質對光有選擇的吸收后，其反射（或透射）光對人眼的輻射作用結果。人眼只能看到 380～780nm的光，即可見光。人眼對不同波長光的感受性是不一樣的。雖然不同的人對同一外界光刺激的主觀感受不盡一致，但人的生理視覺對可見光的感受卻呈現(xiàn)著共性的規(guī)律。人們根據(jù)這共性規(guī)律，制定了一個“標準人眼”。它是我們在顏色測量和評價中所遵循的生理學依據(jù)。
現(xiàn)代顏色測量采用 CIE（國際照明委員會）所規(guī)定的一套顏色測量原理、數(shù)據(jù)和計算方法、稱為CIE標準色度學系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以兩組基本視覺實驗數(shù)據(jù)為基礎。一組數(shù)據(jù)叫做"CIE1931標準色度觀察者”，或叫做“CIE1931-XYZ 系統(tǒng)”；另一 組叫做"CIE1964補充標準色度觀察者”，或叫做“CIE1964－X10Y10Z10系統(tǒng)”，前者適于2°視場的測量，后者適于10°視場的測量，每組數(shù)據(jù)即相當于“標準人眼”，是由三條曲線組成，根據(jù)這三條曲線，我們便可以通過各種手段、測得顏色的三刺激值XYZ（X10Y10Z10）。具體公式為：
式中x（λ）、y（λ）、z（λ）即為“標準人眼”的三條曲線，稱之為CIE光譜三刺激值：φ（λ）為顏色刺激函數(shù)，對于自發(fā)光體（如光源），φ（λ）=S（λ），S（λ）為待測發(fā)光體的相對光譜功率分布：對于透射物體，p（λ）=τ（λ）S（λ），τ（λ）為待測物體的光譜透過率；對于反射物體，φ（λ）=B（λ），B（λ）為待測物體的光譜反射率因數(shù)。式中 K 為常數(shù)。
Se（λ）是所采用的標準照明體的相對光譜功率分布，XYZ（X10Y10Z10）是表征顏色的最基本參數(shù)。它們是假定的理想三原色。測色儀器的目的就是要測出被測對象的XYZ（X10Y10Z10）值，色度學中其它各種表色數(shù)據(jù)都是由這三個參數(shù)換算而來的。
2.顏色測量標準照明體
在顏色測量中，光源是至關重要的，不同的光源照射會得到不同的測量結果。為了規(guī)范顏色的評價和測量.CIE 推薦了四種標準照明體A、B、C、D（D又分為D55、D65、D72）。標準照明體是指其特定的光譜功率分布而言，而能實現(xiàn)這特定光譜功率分布的物理發(fā)射體則稱為標準光源。
D65是目前最普遍使用的照明體，C照明體在過去的儀器中較多采用，現(xiàn)已逐漸被D65所取代。
3.顏色測量照明觀測條件
在我們觀測顏色時，由于顏色物體材料的光度特性影響，隨著照明方向和觀測角度的變化，會產(chǎn)生不同的結果，所以，CIE在顏色測量中，對照明和觀測條件做了規(guī)范。
CIE1971年推薦的四種標準照明觀測條件是：0/45 條件（垂直照射/45°接收），45/0條件（45°照射/垂直接收），0/d 條件（垂直照射/漫反射接收），d/0條件（漫射照射/垂直接收）。
在我們使用各種測色儀器測得的顏色數(shù)據(jù)時，首先應知道它是采用哪種標準照明體，是2°視場還是10°視場，是在哪種照明觀測條件下測得的。這一點很重要，否則可能會造成不必要的混亂。
顏色測量過程中的常用儀器類型：
根據(jù)獲得三刺激值的方式不同，測色儀器可分兩大類：分光式測色儀器和光電積分式測色儀器。
1.分光式儀器
這類儀器不是直接測量顏色的三刺激值本身，而是測量物體的光譜反射或透射特性，也就是測得物體的光譜輻亮度因數(shù)或光譜透射比，再選用CIE推薦的標準照明體和標準觀察者，通過積分計算求得顏色的三刺激值。
在實際測量中，它一般以5~20nm 的等距波長間隔，在380~780nm的波段內(nèi)測得各波長的光譜反射（或透射）率。由于這類儀器測得的是最基本的顏色光學數(shù)據(jù)，所以它可用計算的方法靈活地得出顏色物體在各種條件下（如D65、C、A照明體）的三刺激值XYZ 和X10Y10Z10。
根據(jù)光譜信號采集的方式，分光式儀器可分為單通道掃描式和多通道采集式。單通道掃描式主要由電源、單色器、光電探測器、數(shù)據(jù)處理和輸出裝置幾部分組成，光源一般為穩(wěn)定性光源（如鹵鎢燈、氙燈）；單色器是整個儀器的核心，其形式有棱鏡分光式、光柵分光式和濾光片分光式等；探測器為光電倍增管、光電管，由于儀器的掃描機構和光路較復雜，使得儀器的體積較大。多通道采集式主要由光源、色散裝置、探測器、信號采集電路、數(shù)據(jù)處理和輸出裝置幾部分組成，光源多用脈沖光源，即脈沖氙燈；光電傳感器陣列為光電二極管陣列或CCD；色散元件常為衍射光柵。
分光式儀器是顏色測量中的權威儀器，測量精度較高，傳統(tǒng)的分光光度計體積較大成本也較高，使得它的使用受到很大的局限：一般僅適于實驗室使用。新一代分光光度計的出現(xiàn)，由于它采用了先進的技術和新的器件，使得儀器的結構大大簡化，體積大為縮小，這將使其使用范圍產(chǎn)生巨大的變化。
2.光電積分式儀器
光電積分式儀器是模擬人眼的三刺激值特性，用光電積分效應，直接測得顏色的三刺激值。這類儀器使用顏色濾光片，對所用的光電探測器的光譜響應進行濾色修正，使它與CIE標準觀察者相一致。同時對照明光源也加以濾色修正，使之符合標準照明體的相對光譜功率分布（實際中均把這兩種濾色修正混成一組來設計），光電積分式儀器其總的光學條件應符合盧瑟條件。
在實際的濾色修正中，我們不可能做到儀器完全符合盧瑟條件，只能近似符合。近似的程度決定了儀器的精度。光電積分式儀器在測量原理上存在誤差，其精度自然比不上分光式儀器。
這類儀器一般都由光源、探測器、數(shù)據(jù)處理器和輸出單元幾部分組成。光源多為穩(wěn)定性光源，較多使用的是鹵素燈。探測器為三個或四個經(jīng)過濾色修正的硅光電池或光電管。在結構形式上一般有臺式和便攜式兩種。由于光源的光譜功率分布和光電池的光譜靈敏度直接影響到光學模擬的結果，所以它們的穩(wěn)定性和一致性在儀器制造中是十分重要的。
光電積分式儀器對顏色的絕對測量精度不高，但對顏色的相對測量，尤其對中色差測量還是比較常見的。所以在很多場合中，我們稱之為測色色差計。
分光光度計和測色色差計是測色領域中兩大基本儀器。前者屬高檔類儀器，后者屬價廉物美、量大面廣的儀器。另外，白度測量儀器也屬于測色儀器的一種，由于歷史的原因，白度有其特定的評價方法，而且很多，這使它的測量與目前的顏色測量有些區(qū)別，因而白度測量儀器屬于測色儀器中特殊的一類。