光谱测色仪原理

分光测色仪一般利用棱镜、光栅、干涉过滤器、可调的或不连续的系列单色光源来实现分光，然后根据色散原理分析单一色彩信息，实现色彩数字。分光测色仪可以根据内部设置的色度空间和计算公式最终显示色度信息，并以数字的形式输出。另外，[url=http://www.xrite.cn/categories/portable-spectrophotometers/][color=#000000]分光测色仪[/color][/url]也可以根据色度数据分析潜在的光谱数据信息。其中我们最常用的是Lab或LCH等色度数据分析，但其实它们都是由光谱数据通过仪器内部转换而来的，当下如何能够直接通过光谱数据进行颜色在不同系统中的映射匹配与评价已是未来研究趋势。

印刷行业的[url=http://www.xrite.cn/categories/][color=#000000]测色仪[/color][/url]更多指的是分光测量原理的颜色测量仪器，和色度计很类似，只是将RGB三色滤色片替换成了更多的滤色镜（一般为31块滤色镜，或者光栅），获取全光谱的数据。分光光度计的有不同的大小（有手持和台式的），还有在线检测的，他们都可以评估不同光源下的颜色表现，所以能够很好的评估同色异谱现象。因此它比色度计应用更加广泛。

测色仪，顾名思义，测量颜色的仪器，市场上有各种各样的选择，他们可以叫色差计、色差仪、比色计、分光测色仪、色度仪、色泽仪等等，我们该如何区分他们并挑选到我们需要的设备呢？第一课，我们先了解一下测色仪的原理。在没有测色仪之前，颜色的辨别只能通过人眼来判断，但大家都知道，看颜色的结果受三个要素的影响：光源、物体、观察者。它们中任一个变化都会导致结果的变化，所以必须有一个标准的、客观的设备或仪器来得出量化的数据。CIE国际照明委员会将此量化，即把光源、物体反射率或透射率、标准观察者用数字来表示，替代人眼造成的不客观性。1、光源通常是被认为发光的物质，但色度学概念中，光源是各种不同的能量光谱组成的照明体，它是一个在不同波段（如400nm）有自己特定能量的图谱。通常人眼能观测的电磁光谱中可见光的范围是400-700nm，但最新CIE（国际照明委员会）发现并规定360-780nm才是最新的可见光范围。而大家知道，光源的不同会导致看颜色的不同，那是和光源本身特性相关的，也就是说，不能能量分布的光源照明体会导致看颜色的结果不同。我们国家常用的光源有D65光源，C光源，A光源，TL84光源，CWF光源，U30光源等等，他们的能量图谱都不同。2、物体就是我们通常说的待测样品，它可以是你的标样也可以是你的试样。各行业的样品完全不同，但它们都有相同的特性，样品本身的着色剂（染料、颜料等等）对光有吸收，继而带来反射或透射的不同。3、观察者，你可以认为是人眼或者是仪器的检测器，但在色度学概念中，我们叫2度或10度视角，这是因为随着医学及生物学的发展，科学家在1931年及1964年分别发现人眼视网膜上有对颜色敏感的杆体及椎体细胞负责明暗和颜色视觉，而这些细胞的分布与瞳孔及物体所形成的夹角是2度和10度，所以我们通称为标准观察者。测色仪是模拟并替代人眼观察颜色，并给出结果的客观仪器，它的光源现在技术一般是模拟D65光源，多为闪光氙灯，好的仪器的光源是D65光源模拟日光的时候，其中UV（紫外）部分也模拟得非常像，而且如果够标准的话都会配紫外和可见光比例校正板给客户，这样，光源是足可以放心了。但还有观察者和其它很多因素决定着一台测色仪器的优劣。测色仪从结构上来看分为两种：积分球和45°/0°或0°/45°。积分球结构业内一般叫d/8°结构，d是diffuse的缩写，由一束光照在积分球内壁上在积分球里混合后形成入射光，积分球涂层是白色的高反射物质，这些物质必须长年不变化，保持高反射和稳定才会使光源稳定。市场上的美国HunterLab和X-Rite的积分球用的物质都是最好的物质，比传统BaSO4要耐候的多。积分球的尺寸ASTM也有规定，6.5英寸，相当于165mm直径的积分球，而市场上的很多手提式或便携式测色仪只不过是为了方便而已，并不是标准的可信赖的仪器。45/0结构仪器是45度角入射到样品，0度角接收，照明方式和人眼看的方式接近，不考虑镜面反射光的影响，所以测量结果也会和人眼看的很接近。现在颜色的演变日新月异，经常有最新技术出现，像干涉颜料，效果颜料，通常说变色龙颜料，珠光漆，金属漆等。市场上多角度测色仪有好几款，但基本上都是光源、物体、检测器三点处于同一平面。对于颜色变化很大的当前样品来说，如果要间隔更小角度，很显然，固定角度的多角度测色仪是无法解决的。而且现在的颜料技术更是朝着不同平面颜色不同的效果上发展，这样就需要多平面多角度测色，更高技术可以选择配色，配出来后的颜色在不同角度上和标准样很接近，△E可以到0.2。韵鼎公司的ISOGON可以最多测量6000个角度，是这个领域内非常高非常高的的技术了。从分光原理上来看，分为两种，三刺激值和分光原理，前者通过模拟红绿蓝三原色，大概估计出颜色，但对计算其它颜色指数非常不精确-它没有反射率或透射率，它只有三个点参与计算，它没有标准观察者和视角。分光原理测色仪就理想很多了，通过光照射到样品上，经过反射到光栅分光，然后光信号转换成电信号，最终转算成数字信号。其中光源、光栅、光信号放大装置、光电转换器等等环节都要求非常高，计算过程是从光源光谱能量*反射率（透射率）*观察者（2度/10度视角-xyz值）*系数的积分值得到相应的XYZ三刺激值，然后通过转换得到Hunter Lab或CIE L*a*b*及其它指数或色度标尺。所以最关键的就是如上说的光源等等设备里的元件，很多分光原理测色仪的优劣在这里就可以见高下了。 第二课，测色仪校准和颜色空间我们很难跟大家交流里面元器件的内容，但如果你有兴趣，倒也可以交流一下。但我们可以提供一个简易的方法来测试，那就是用标准板来校准仪器。很多客户买的仪器都自带了标准白板、黑光镜或黑板、绿板等，甚至还有客户配备了12块标准色块板，大家都用这些标准板来校准。测色仪的标准板和你的手表与北京时间天天对时一样，是要溯源的，并不是厂家自己定义的。行业里的标准白板和绿板一般都是溯源到NPL或者NIST的，但据我们观察，市场上除了美国HunterLab公司的测色仪以外几乎没有厂家将溯源数据提供给客户，换句话说，仪器校准是个不太准的过程。举例来说，如果你身边正好有一台仪器，你把白板换成白纸或者弄脏，你看能校准通过吗？绿板也一样，大家不妨做这个试验，你会发现校准并非那么可信。这个行业通用的一个指标叫L a b色空间，这个刚看到以为是实验室Lab的小东西其实在颜色领域非常非常知名，L值代表了颜色的明亮度-Lightness，a值代表了颜色的红绿方向，b值代表了颜色的黄蓝方向，Hunter Lab和CIE L*a*b*在色度空间上都是不均匀的，而且在黄蓝方向二者还有差别。L a b色空间很直观，两个颜色一比较，看看在三个值上的差别就知道色差怎样了，创立L a b色空间的科学家我们应该知道并记住，Richard.S.Hunter，麻省理工的双博士，他还创立了Hunter白度，Hunter黄度，对颜色领域的贡献不可谓不大。我们通常认为仪器经过校准以后仪器就准确了。但并非如此。我们在中国农科院为专家们做了一个实验，市场上一个品牌的两台仪器，都用自己的白板校正，这样我们认为仪器是准确的，用来测量样品是放心的，但把两台仪器互测白板，问题出现了，L值差了0.5.总色差当然至少0.5了。他们觉得问题很大，很长时间论文、研发的数据都基于此，但发现这个问题后，该怎么办？当然，我们提供了最让专家们信服的方法。 第三课：如何选择适合你的测色仪、色差仪？