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颜色是大脑对进入人眼的光线的主观感知。 一般人眼能感知的波段为380~780nm。 颜色大致可分为反射色、透射色、光源色和结构色，前三种最为常见。 DUT 的反射/透射颜色取决于 DUT 的光谱反射率/透射率、参考光源和观察条件。 光源颜色取决于光源光谱。 结构色与物体表面特殊的衍射结构有关。

传统的测色方法是通过人眼直接观察的。 该方法简单灵活，但结果取决于观察者的经验和心理、生理等主观因素以及观察条件的影响。 因此，测量结果的准确性和公平性往往受到影响。 受到质疑，已经被光谱测色技术所取代。

测量原理

反射物体色谱测量

自然界中所有的颜色都分为黑白和彩色系列。 除黑色和灰色外的所有颜色均为色系，如红、橙、黄、绿、蓝、蓝、紫等，其波长范围为380 -780µm。 颜色具有三个特性，即明度（又称亮度纯度）、色调（又称主波长或补色主波长）、色纯度（又称饱和度）。 物体的颜色可以用 CIE1976 (L*a*b*) 颜色空间来表示。 L*代表颜色的明度，正a*值代表红色，负a*值代表绿色，同样正b*值代表黄色，负b*值代表蓝色。 L*a*b*值可由样品（物体）的CIE三刺激值X、Y、Z与标准光源的三刺激值Xn、Yn、Zn推导出来，CIE三刺激值X、Y , 物体颜色的Z为标准光源的相对功率P、物体的反射率R（或透射率T）与CIE标准观测函数X(λ)、Y(λ)、Z相乘得到(λ)（2 度或 10 度）。 三刺激值可以通过在可见光范围内的波长上对获得的值进行积分来获得。 标准光源的三刺激值Xn、Yn、Zn是恒定的，只取决于所选标准光源的类型。 专业测色软件，测量L*a*b*值与参考色，即可得到色差()。

光谱比色法是利用光谱仪获取光源发出的或物体透射和反射的可见光波段的光谱进行分析。 根据比色学理论，任何一种颜色都可以用人眼的三个颜色三刺激值来表示，所以获得颜色三刺激值是比色仪器的目的。 颜色三刺激值可以通过颜色刺激函数分别与 CIE 光谱三刺激值相乘，并且这些乘积在整个可见光谱中分别积分。 计算如下：

其中，φ(λ)为颜色刺激函数，由光源的辐射特性或物体的透反特性决定； X(λ)、Y(λ)、Z(λ)为标准观察者的光谱三刺激值； k 是归一化统一系数。 X、Y 和 Z 是颜色三刺激值，尽管它们定量地描述了颜色。

辐射-光源色谱测量

辐射光能可以量化为辐射通量，这是一种表征每秒从光源发出的辐射能量 (W) 量的指标。 辐射测量一般需要使用已知光谱能量分布的标准光源，对光谱仪系统进行绝对辐射校准，从而通过定量参数进行辐射测量。 辐射能量与人的视觉（光度学）有关，可以得到CIE定义的表征观察者平均视力的光谱发光效率函数。 因此，辐射测量定义了辐射参数、光度参数和色度参数。 辐射参数主要有辐照度μW/cm2、辐射亮度μWatt/sr、辐射通量μWatt和光子数μMol/s/m2、μMol/m2、μMol/s和μMol，光度参数Lumens、照度Lux、光强度Candela、比色参数X、Y、Z、x、y、z、u、v、色温、CRI显色指数等。

辐射测色是光谱仪的一个重要应用。 LED可以通过辐射测色进行分选（分选标准：功能好坏、颜色亮度标准等），确保产品的一致性和质量稳定性。 辐射也可以用来校准屏幕的显色性，以确定是否在标准范围内。 辐射颜色测量在园艺中也有很大的用途，因为 LED 是植物研究和温室光源的主要部分，在生物医学应用中，例如 NASA 的一个项目，其中 LED 用于刺激细胞生长。

照明和观看条件

漫反射、镜面反射和逆反射

漫反射：指入射光投射到物体表面时，光以等能量向各个方向反射。

镜面反射：又称正反射、定向反射。 这意味着如果反射光在某个方向很强，则经常会出现眩光。

逆反射：又称逆反射。 指与入射光线的路径正好相反的反射光线。

表面结构对比色测量的影响：理想的哑光面、光面、金属面等。

漫反射

半反射镜面反射

定向投影和漫透射

定向透射：当入射光投射到透明物体表面时，光线穿过物体并继续沿原方向出射。

漫透射：是指从透射物体发出的透射光在各个方向具有相同的强度。

具有不同透射特性的材料：彩色滤光片、照相透明胶片、玻璃、磨砂胶片、磨砂玻璃

定向透射 漫透射

CIE 标准颜色测量几何

1.测量几何（双向几何避免镜面反射，使测量与目测一致）

45°/0°：45°照射物体表面，0°（垂直）方向观察和采集光线。

0°/45°：以0°（垂直）照射物体表面，以45°观察和采集光线。

0°/0°：垂直照度，透射方向测量，包括漫透射和正透射。

d/0°：用漫射光照射物体表面，在0°（垂直）方向观察和收集光线。

0°/d：以0°（垂直）照射物体表面，在漫射光中观察和采集光线。

垂直照明漫射白板 常规透射黑陷阱漫射漫射白板 全透射

2.积分球

用于漫射照明和测量的积分球是一个直径十几厘米的空心金属球体，内表面涂有硫酸钡、聚四氟乙烯等高漫反射物质。 开口的总面积小于球内表面的10%。 可以测量样品的全反射光纤光谱仪 积分，包括漫反射和镜面反射（部分）。

测色法

测色包括光源测色和物体测色。 物体颜色测量又分为荧光物体测量和非荧光物体测量。 在实际生产和日常生活中，涉及大量非荧光物体的测色方法分为目视测色和仪器测色两大类。 其中，仪器测色包括密度法、光电积分法和分光光度法。 光源测色也可分为目视测色和仪器测色两大类。 仪器测色主要包括分光光度法和光电积分测色。

CIE1976 (L*a*b*) 色彩空间

CIE标准色度体系的建立，为客观测量物体和光源的颜色奠定了基础。 无论物体的颜色还是光源的颜色，都可以在CIE标准色度系统下通过测量它们的三刺激值来确定颜色。

测量的基本任务是确定颜色刺激函数 φ(λ)。 对于光源的测量，实际上是确定光源的相对光谱功率分布P(λ)； 对于物体颜色的测量，就是测量物体的光谱光度特性。 如反射物体的光谱辐射系数β(λ)和光谱反射率P(λ)，透射物体的光谱透射率τ(λ)等。测量颜色刺激函数φ(λ)后，CIE三刺激值根据色度三个基本方程可得到被测颜色的X、Y、Z，并可调整所选标准光源的Y值。 到 100。

1、视觉法

视觉法是一种传统的颜色测量方法。 它是一种完全主观的评价方法，也是最简单的方法。 它直接将印刷品与标准样张进行比较，以评估印刷品与标准样张之间的色差。 同时，还用放大镜观察各色网点的形状和套印情况，对网点的色调值做出定性评价。 它的本质是一种视觉测光法。 其原理是利用加法混色定律，将各组分的未知颜色相加在一起来描述得到的未知颜色。 虽然最可靠的颜色评价方法是用人眼，而且简单灵活，但由于观察者的经验和心理、生理因素的影响，这种方法可变因素太多，无法定量描述，从而影响评估的准确性和可靠性。

2、密度检测法

密度测量实际上并不直接测量密度值，而只是测量反射光量和入射光量。 假设反射光与密度计提供的光之差为光吸收量，即印刷面尺寸上墨层吸收的光量。 密度测量考虑了整个反射光谱的整体光量特性，本质上是评估印刷表面上每种颜色的亮度因子，与色调无关。 在彩色印刷中，印刷油墨的颜色实际上是油墨印在反射率高的白纸上，从照射在其上的光线中选择性地吸收一部分波长的光，而反射其余的光。 密度反映了油墨对光波的吸收特性。

色密度计的基本组成

习惯上的“色密度”是指通过红、绿、蓝三色滤光片测量黄色、品红色、青色油墨的密度。 密度只是物理吸收性能的量度，仅表示黑色或灰色的程度。 从这个意义上说，色浓度的测量只是黑度的测量，它是同一油墨饱和度的相对值的反映。 密度测定中使用的密度计既有透射型也有反射型。 透射密度计测量透过薄膜的光量，或透射率，而反射密度计测量从测试表面反射的光量，或反射率。 由于印刷品上墨膜层的反射光强度随湿态和干态不同，密度测量存在一定误差，带有偏光滤光片的密度计可以克服因干燥引起的密度变化和墨膜的润湿。 . 彩色反射密度计已成为印刷车间不可或缺的工具。 它直观地反映了C、M、Y、K四色印刷的密度、网点百分比、油墨套印率等，被广泛用于颜色与墨层厚度之间的控制。

黑度与透光率的关系

理想墨水光谱分布

实际墨水光谱分布

3、光电积分法

长期以来，密度法在测色中占据着较高的地位，但随着CIE1976L*的应用，a*、b*逐渐普及，并遍及从印前到印刷、密度测量的整个工作流程已经不足以满足印刷或其他行业的需要，人们越来越意识到色度的重要性，现代比色学的快速发展也为光电积分仪器客观评价颜色奠定了基础。

光电积分法是20世纪60年代仪器测色常用的方法。 它不测量某一波长的色刺激值，而是在整个测量波长范围内通过积分测量测量样品的三刺激值X、Y、Z，进而计算出样品的色品坐标等参数。样本。 通常使用滤光片覆盖检测器，将检测器的相对光谱灵敏度S(λ)校正为CIE推荐的光谱三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ) . 当使用这样的三个光电探测器接受光刺激时，一次积分就可以测量出样品的X、Y、Z三刺激值。 滤波器需要满足路德条件才能精确匹配光电探测器。 路德条件如下：

这类仪器的测色精度直接关系到仪器满足路德条件的程度，要完全满足上述条件是非常困难的。 在实际的滤色片校正中，由于有色玻璃品种有限，仪器不能完全满足路德条件，只能通过应用部分过滤方法。 小于2%，y(λ)曲线匹配积分误差小于0.5%。

光电积分仪不能准确测量色源的三刺激值和色品坐标，但能准确测量两种色源的色差，所以又称为色差仪。 国外色度计从1960年代开始大量生产。 我国在20世纪80年代初开始研制此类仪器，但与国外相比，我国研制的不同色度计的一致性还不够。 彩色亮度计也是一种光电积分仪器，通过望远镜系统测量远距离目标的颜色参数。

4.分光光度法（Spectrometer）

分光光度法也称为比色分光光度计。 它将样品反射（透射）的光能与标准品反射（透射）的光能在相同条件下进行比较，得到样品在各波长下的光谱反射率，然后使用提供的标准观察器和标准光源由CIE根据以下公式计算，从而得到三刺激值X、Y、Z，然后根据CIEYxy、CIELab等公式从X、Y、Z计算出色品坐标x y 、CIELAB色度参数等

它通过检测样品的光谱成分来确定颜色参数，不仅可以给出X、Y、Z的绝对值和色差值△E，还可以给出物体的光谱反射率值，并可以绘制物体颜色反射率曲线的光谱。 因此，它被广泛用于配色和色彩分析。 使用该类仪器可实现高精度测色，校准光电积分测色仪器，建立色度标准。 因此，分光仪器是显色仪器。 测量领域的权威仪器。

分光光度计工作过程图

测量透射样品时，一般采用空气作为标准样品进行比较。 由于大气对光谱的吸收作用在近距离内可以忽略不计，因此空气是一种理想的透射率体，其光谱透射率或在整个可见光谱范围内的光谱透射率约为1。

测量液体样品时，一般用相同浓度的溶剂作为标准样品，已知溶剂的光谱透过率系数或光谱透过率。

测量反射样品时，无论分光光度计还是色度计，都应以各波长下光谱辐射率或光谱反射率约为1的物体作为标准样品进行比较。 虽然全反射漫射体的反射率在每个波长下为1，是一个理想的参考标准，但实际材料很难达到这样的特性，只能选择与其性能接近的材料作为工作标准。 颜色测量中使用的反射标准有硼酸钡（BaSo4、）、氧化卤代烷（MgO）、碳酸钙（CaCo3）和陶瓷。

分光光度计光路组成图

4、光电积分比色法（光源颜色）

光源的颜色特​​性有两层含义：一是人眼直接观察光源时所看到的颜色光纤光谱仪 积分，与一般物体颜色相似，可以用三刺激值和色度坐标来表示； 另一种是评价物体在光源照射下的颜色。 所呈现的色彩效果由显色指数来标识。 光源的颜色特​​性与一般物体的颜色相似，只取决于光源辐射的光谱分布。

分光辐射计的光路结构与上述分光光度计相似，只是照明结构比分光光度计减少。 但由于测量对象是光源而非一般物体，因此分光辐射计与比色分光光度计相比具有以下特点：

对波长精度和波长分辨率要求高。 由于光源的光谱分布可能存在线谱，要准确测量线谱，需要具有较高的波长精度和分辨率。

比较测量的标准不是标准的白板和空气，而是精确校准的具有已知光谱分布的标准光源。 常用的标准光源有黑体、钨条灯和钨丝灯。

应用领域

色彩在生产和生活中扮演着重要的角色。 颜色控制已成为评价许多产品的外部和内部质量的最重要因素之一。 目前主要应用于：

农产品加工：肉类、果蔬品质分级

照明行业：LED色彩分析

纺织行业：纺织品色差的鉴别

造纸行业：纸张颜色控制

化学工业：油漆、涂料等的质量控制。

医学检测：血迹检测

LED颜色测量

化学变色反应测量

人体血液、油漆、酱油反射率的光谱测量

典型配置

反射 - 颜色测量

反射测量（积分球）

辐射 - 光源颜色测量

辐照度测量

LED颜色测量

颜色测量由三个基本要素组成：参考光源、参考标准源和光谱采集装置。 常用的参考光源是钨卤灯或氙灯。 参考标准源一般采用漫反射标准板。 光谱采集装置由光纤光谱仪及配套附件组成。 光谱仪必须覆盖可见光波段，并具有足够的灵敏度和稳定性。 配套附件包括光纤探头和积分球。

Layson Optics光谱仪具有体积小、稳定性高、支持软件二次开发、配件丰富等特点。 已成功广泛应用于玻璃、高分子材料等行业的检测。 光纤光谱仪采用光纤光路，解决了光路在仪器集成中的局限性。 而莱森光学为用户提供基于光谱仪的光谱测量设备。 利用这些配置丰富的设备，可以构建各种通用的光谱测量系统。

当我们测量物体的透射率时，光谱仪的选择很重要，但是附件的选择也很重要。 完整解决方案的每一部分都与测量结果的可靠性和准确性密切相关。 接下来我们详细分析透射测量解决方案（光谱配件、探头等）。

光源：

iLight-HAL、iLight-HAL-HP、LS-UV-HAL卤钨灯、紫外增强卤钨灯

iLight-DH-ADJ 氚卤素组合光源

iLight-DHc、iLight-Xe 氙气灯

Xe 灯的典型发射光谱分布 汞灯的典型发射光谱分布

光纤：

采用高纯度进口石英纤芯，光纤类型采用多模光纤，数值孔径为0.22，也可为用户提供NA=0.12、0.15/0.26/0.37等数值孔径的多模光纤。

积分球：

主要实现强漫散射材料的光学透射/反射测量（SMA905分光或标准BNC检测器方式可根据需要切换），主要适用于手机屏幕、显示屏、玻璃镜片、胶水、油墨、镀膜镜片等透光率测量，特别适用于IR油膜孔洞透光率测量。

标准反射积分球 iSphere-C3-REF 标准辐射积分球 iSphere-C3-TMS

镜片：

LS-FOL 光纤准直聚焦透镜