如何準確測色，顏色測量的原理和方法

如何準確的測量顏色？標準的顏色測量方法是采用光譜光度測色儀(yi) ，通過測量樣品的三刺激值，從(cong) 而得到樣品的顏色。目前，基於(yu) 各種原理的顏色識別傳(chuan) 感器有兩(liang) 種基本類型：其一是RGB（紅綠藍）顏色傳(chuan) 感器，檢測的是三刺激值；其二是色差傳(chuan) 感器，檢測被測物體(ti) 與(yu) 標準顏色的色差。本文介紹了顏色測量的原理和方法以及顏色測量程中的影響因素。

顏色的基本特性：

顏色可分為(wei) 彩色和非彩色兩(liang) 類。非彩色指白色、黑色及它們(men) 之間過渡的灰色係列，稱為(wei) 白黑係列。純白色反射比為(wei) 100%，純黑色為(wei) 0。非彩色隻有明度的差異。彩色是指白黑係列以外的各種顏色。彩色除了有明度差異，還有色調和飽和度的差異。明度是人眼對物體(ti) 表麵的明暗感覺，光反射比越高，明度越高。色調是彩色彼此相互區分的特性，即：紅、黃、綠、藍、紫等。飽和度是指彩色的純潔性，彩色含灰的成份越多，則飽和度越低。實驗證明，每一種顏色都能用三個(ge) 選定的原色按適當比例混合而成，稱顏色匹配。三原色可以任意選定。與(yu) 待測色達到顏色匹配時所需要的三原色的數量，稱三刺激值。

顏色測量原理和方法：

標準的顏色測量方法是采用光譜光度測色儀(yi) ，通過測量樣品的三刺激值，從(cong) 而得到樣品的顏色。目前，基於(yu) 各種原理的顏色識別傳(chuan) 感器有兩(liang) 種基本類型：其一是RGB（紅綠藍）顏色傳(chuan) 感器，檢測的是三刺激值；其二是色差傳(chuan) 感器，檢測被測物體(ti) 與(yu) 標準顏色的色差。

1.RGB顏色傳(chuan) 感器

RGB顏色傳(chuan) 感器對相似顏色和色調的檢測可靠性較高。它的測量原理示意圖如下圖所示。

在三個(ge) 光電二極管上貼上三基色濾色片，三種光通過同一透鏡發射後被目標物體(ti) 反射，根據測出的數據求出顏色的成分。由於(yu) 這種顏色檢測法是通過測量構成物體(ti) 顏色的三基色實現顏色檢測的，所以精密度極高，能準確區別極其相似的顏色，甚至相同顏色的不同色調。RGB顏色傳(chuan) 感器有兩(liang) 種測量模式：一種是分析紅、綠、藍光的比例。因為(wei) 檢測距離無論怎樣變化，隻能引起光強的變化，而三種顏色光的比例不會(hui) 變，因此，即使在目標有機械振動的場合也可以檢測；第一種模式是利用紅綠藍三基色的反射光強度實現檢測目的，利用這種模式可實現微小顏色判別的檢測，但傳(chuan) 感器會(hui) 受目標機械位置的影響。無論應用哪種模式，大多數RGB顏色傳(chuan) 感器都有導向功能，使其非常容易設置。這種傳(chuan) 感器大多數都有內(nei) 建的某種形式的圖表和閥值，利用它可確定操作特性，利用全色色敏器件及相關(guan) 分析手段可以較精確地測定顏色，一般來說，它至少需要三個(ge) 光電二極管以及三個(ge) 相應的濾光器，以獲得顏色的三刺激值，因此結構和電路都比較複雜。

2.色差傳(chuan) 感器

在一些實際應用中（如分揀、質量監控等行業(ye) ），並不需要確切了解被測物的具體(ti) 顏色，而隻需要對兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 的色差進行識別與(yu) 判斷，區別出從(cong) 一種顏色到另一種顏色的變化。例如，對家用電器、汽車外殼的色彩管理，對紙漿、油漆、彩色鋼板等色彩進行讀取和控製，隻要檢測出兩(liang) 種顏色存在一定的色差，就能將它們(men) 區分開來。色差傳(chuan) 感器已發展出矽雙結、光纖、有機材料等多種，由於(yu) 其價(jia) 格便宜，動態響應效果好，能實現在線實時測量，所以除染色等特殊行業(ye) 外，工業(ye) 上一般都采用色差傳(chuan) 感器。

色差傳(chuan) 感器有三種主要類型：

（1）矽雙結型顏色傳(chuan) 感器短路電流比與(yu) 光強無關(guan) ，幾乎隻與(yu) 入射光波長相關(guan) 。但色敏器件的輸出電流很小，很容易受外界的幹擾，因此需要對放大電路進行屏蔽。

（2）液晶顏色傳(chuan) 感器是利用紅外玻璃濾色片濾掉入射光中的紅外成分，改變液晶兩(liang) 端的電壓，可以改變液晶層中的非常光折射率ne，從(cong) 而改變光強I（λ）。光電二極管檢測到光強與(yu) 存儲(chu) 在計算機中的顏色數據進行比較，就可知所測物體(ti) 的顏色。

（3）光纖顏色傳(chuan) 感器利用光纖束解決(jue) 了普遍存在的光能量和光源散熱問題，結構小而緊湊，便於(yu) 安裝，可實現在線檢測，傳(chuan) 感頭高度密封，適於(yu) 惡劣條件，具有可靠的抗幹擾措施。

顏色測量的影響因素：

物體(ti) 顏色信息十分廣泛，顏色的確定需要色調、明度和飽和度三大要素或三原色（紅綠藍）的刺激值。影響顏色檢測準確度的參數主要有：照射光、物體(ti) 反射、光源方位、觀測方位和傳(chuan) 感器性能等，任何一個(ge) 參數發生變化都會(hui) 導致觀察到的顏色發生變化。

1.光源的影響

照射光包含有太陽光和外界雜散光，太陽照射角度、雲(yun) 層厚度和其它天氣條件都會(hui) 導致照射光發生變化，從(cong) 而導致被測物體(ti) 顏色發生變化。

CIE（國際照明委員會(hui) ）推薦了幾種標準照明體(ti) 和標準光源，製定了標準照明條件、測量條件和白色標準，以便各國的顏色參數能夠交流、對比。照明光源的光譜功率分布與(yu) 物體(ti) 呈現的顏色有密切的關(guan) 係。同一物體(ti) ，在不同的光源照明下具有不同的顏色。

為(wei) 了較為(wei) 準確和規範地描述色調，CIE製定了4種標準光源，以統一色調值。這4種標準光源的名稱見下表，在這4種標準光源中，常用C光源和D65光源，我國以D65為(wei) 標準光源。

2.光源方位和觀測方位的影響

光源方位，也就是被測物體(ti) 指向光源的法線方向，它決(jue) 定了有多少太陽光或外界雜散光作為(wei) 入射光。觀測方位是指被測物體(ti) 指向傳(chuan) 感器的法線方向。它決(jue) 定了反射到傳(chuan) 感器中的光強。光源方位和觀測方位都是影響測量結果的因素。此外，照明光束的孔徑和測量光束的孔徑大小對顏色測量結果也有影響。將照明幾何狀態、照明光束的孔徑、測量光束的孔徑統稱為(wei) 照明和測量條件。在色度學中CIE推薦了45/0、0/45、d/0、0/d四種照明觀測條件，國家標準局又增加了t/0、0/t兩(liang) 種照明觀測條件，同一顏色物體(ti) 在不同照明觀測條件的儀(yi) 器上測量結果是不一致的。

3.被測物表反射狀況的影響

照明幾何狀態對測量結果會(hui) 有很大的影響，絕大多數待測物體(ti) 不是完全的漫反射體(ti) ，表麵有部分的規則反射。照射在物體(ti) 上的輻射通量一部分被吸收，一部分可能透射過去，其餘(yu) 部分被有方向性地反射出來。被吸收的輻射通量轉化為(wei) 熱能，透射部分朝著離開眼睛的方向傳(chuan) 播，這兩(liang) 部分輻射通量對眼睛都不起作用，隻有由物體(ti) 從(cong) 一定方向反射而進入到眼睛的那部分輻射通量才構成顏色刺激。因而同樣的物體(ti) 在不同的方向上有不同的反射或透射。

傳(chuan) 感器探頭與(yu) 被測物之間的距離影響著輸出信號，可能會(hui) 造成不同顏色信號的交叉，形成測量誤差，所以存在某一最佳距離對輸出特性影響最小，以保證顏色與(yu) 輸出信號的一一對應關(guan) 係。被測物表而的較明顯凹凸區域也會(hui) 給輸出信號帶來較大的誤差，為(wei) 此，有人先後提出了反射模型以彌補測量誤差。