2013 颜色测量及仪器

当将样品放在样品光路内时，两条光束相等的状态被破坏，探
测器检测到判别，得到该波长上样品的透射 比或反射比。
光度学与色度学基础
(一)、比较法测量

比较法测量：分光光度计测量光谱透射比或光谱反射比都是采用比较法 通过定量地比较某些已知光谱特性的标准(参照物)和样品在同一波长上 透射或反射的单色辐射功率，从而测出样品的光谱透射比或光谱辐亮度 因数。 一般测量透射样品时选用空气作为参照标准，空气是理想透射体，在整 个可见光谱范围内透射比均为1。测量反射样品时，用完全反射体作为 参照标准。完全反射漫射体的反射比在各波长上均为1。实际工作中，



光度学与色度学基础
三刺激值的计算式：
X S ( ) ( ) x( )d


Y S ( ) ( ) y ( )d


Z S ( ) ( ) z ( )d


S()为光源的光谱分布； ()物体的光谱辐亮度因数；x ( ), y ( ), z ( ) 为标准观察者光谱三刺激值。它们是求取颜色三刺激值所必需的。 * 颜色 测量仪器即一定的途径求得三刺激值的工具。
光度学与色度学基础

还有一类仪器--密度计，不是标准的颜色测量仪器，其响应与标 准观察者的响应并无严格的对应关系。它具有红、绿、蓝响应 响应，因为人的视觉系统有红、绿、蓝响应的感受器，故彩色
密度计的响应和人类观察者的响应之间也存在着一定的关系。
在某些情况下能给出颜色测量的近似值。

密度计能十分精确地探测到颜色和色差的变化，不论该变化是


色度计则不同，它的响应很象人眼的视觉系统，通过直接测得 与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值，直接换算出颜色的 三刺激值。色度计获得三刺激值的方法是由仪器内部光学模拟 积分来完成的，即用滤色镜来校正仪器光源和探测元件的光谱 特性，使输出的电信号大小正比于颜色的三刺激值。分目视色 度计、光电色度计。
光度学与色度学基础

② YQ-Z-48白度颜色测定仪

YQ-Z-48白度颜色测定仪由浙江光学仪器厂生产。国内外同 类型有瑞士Datacolor Elrepho2000型分光测色计、温州仪
器厂WS-SD d／0智能实时色度白度计、d／0条件标准分光测
色计。

该仪器用于测定印刷品或其他物质的分光反射或透射比、色

1、分类：按照明受光的几何条件，有多色漫射照明和单色漫 射照明分光光度计两种（见图8-2、图8-3）。上述两种形式 分光光度计得到的测色结果，对于非荧光色相同，而对荧光 色泽则曲线不同（见图8-4）。
光度学与色度学基础
图8-2
光度学与色度学基础
图8-3
光度学与色度学基础
图8-4
光度学与色度学基础
之间的夹角不应超过8˚ ，观察光束在观察中也应遵守同样的限
制。

b. 垂直／45˚缩写为0／45˚）。照明光束的光轴和样品表面的法
线间的夹角不应超过10˚，照明光束的任一光线和其光轴之间的
夹角不超过8˚，观察光束也应遵守同样的限制。
光度学与色度学基础

c. 漫射/垂直（缩写d/0）。用积分球照明样品，样品的垂直线 和光测轴之间的夹角不应超过10˚ ，积分球的直径可以任意大小， 其开孔的总面积不能超过积分球内部反射总面积的10％，观察
光度学与色度学基础
二、分光测色仪器及测色方法

分光光度计是颜色测量中最基本的仪器。其测量原理：测量样 品的反射特性和透射特性，经过计算求得样品颜色的三刺激值。 现代分光光度计由照明光源，提供单色光的系统(单色仪)和对通

过仪器的光辐射进行测量的探测器系统组成。

通常在仪器内部将由系统产生的单色光辐射分成样品光束和参 考光束两条光路。
射率
值。
光度学与色度学基础
光度学与色度学基础

微机只读存储器已经固定了标准白板的绝对反射率
板的实测反射率信号值 时，即进行 存储器中，再输入试样的反射率信号值 算，并将结果打印输出。 时，进行
，当输入标准白
的
的计算，其结果存入随机
运算，求得试样的绝对反射率，然后微机按照有关色度公式进行一系列运 测量及计算的内容有：绝对反射率值 lg ； 或绝对透射率 ；吸收率
析光学材料、矿物质的性质，会通过测量颜色色度数据来评价
材料或产品的质量，通过光谱颜色分析物质、大气等的成分等 等。
光度学与色度学基础

人眼是最古老的颜色测量工具，对微小的颜色差别有很敏锐的辨 别能力，人们长期利用目视比较法来判别产品的颜色质量。 目视比较法测量结果带有主观性，受到视觉适应性、各人眼睛光 谱响应差异、测量时人的身体状况(_疲劳程度)等因素的影响。在 颜色分析和标定中目视比较法和目测量仪器都有不少缺陷。 在工业生产中，色度测量是对眼睛功能的一种扩展，但它决不会 取代眼睛，因为眼睛只有具有主观评判的功能。不过仪器能够产 生量化的数据，它可以用运到任何场合，进行颜色的交流。颜色 测量就要用到测量仪器，要遵循一定的方法进行测量。 CIE标准色度系统的建立，为人们客观地测量物体的颜色奠定了 基础，可通过对物体颜色三刺激值的测量来确定颜色。
镜（圆板状或者横板状）。 按入射光束分类，有单光束或者双光束。

光度学与色度学基础
2、 测色分光光度计的测色原理

根据CIE的表色方法，任何一个颜色都可以用三刺激值X、Y、Z 或者色度坐标x、y的数字表示。三刺激值由下式计算：

色度坐标由下式计算：
光度学与色度学基础

从上式中看，除反射率 样品色的 品色的光谱反射率
否能被人眼觉察出。

彩色密度计是颜色和颜色处理过程中进行质量控制的极有用的 仪器，尤其在照相和书画印刷业。
光度学与色度学基础
目视测色


既然有仪器测色，这里为什么还要谈目视测色呢？很简单的一 个道理，如果一个客户发现他的电视或数码相机偏色、他要的 一批印刷品的颜色不是他满意的，在看了仪器的数据后他能改 变主意吗？不会。因为视觉是人眼观察的结果，测色仪器的颜 色数据也是以人眼的特性为基础的。因此，目视测色是很重要 的一个测色内容。 标准照明和观察条件是目视测色的重要内容。 目视测色首先要确定照明条件。一般应在比色箱中进行，比色 箱内壁应该是黑色的。标准的照明条件应该是在标准照明光源 下进行观察。例如在D50或D65光源下。另外要注意的是周围光线 的影响，周围应该是无光泽的，或者是中性颜色的。
外，其余都是常数，因此只需测定
，即可以计算求得三刺激值和色度坐标。待测样 可在分光光度型测色仪中精确测得，方
法是将标准光源的光谱通过单色器（分光光栅）得到400-700nm
波长范围的连续单色光，在分光光路中装置了以10nm间隔的移 动挡板，通过挡板上的狭缝分别对标样和试样进行照射，由于 标样和试样对此单色光的吸收和反射（或透射）不同。测后的 单色光强度随之变化，再将变化后的光信号经积分球充分漫射 后由光电元件收集，转换为相应的电信号，经测试电路与接口 电路进行模数变换后输入微机，可以计算出测试样品的绝对反
例如纺织品涂料、颜料等色度、白度、黄度、色差、色光强
度、变色牢度、沾色牢度、光谱反射率、光谱透射率等近 100个颜色参数值。

采用 CIE 0／d、0／t或 d／0、t／0照明观察条件, 2˚、
10˚视场，A、C、D65标准光源，波长范围400-700nm、380780nm、380-1100nm，测光准确度≤0.4％，测色准确度△X、 △y、△Z≤0.5。
颜色测量与测量仪器
主 要 内 容

分光测色仪器- -分光光度计； 色度计；
光度学与色度学基础
一、颜色测量

前面讲过颜色的表达最精确的方法是用数据来表示，我们可以 通过颜色的光谱功率分布、颜色的三刺激机值、色度、或者其 它的指标对颜色进行表达或评价。在实践中，就会有很多地方 要进行颜色测量。例如印刷、印染中会测量四色油墨、染料的 密度来控制印刷印染颜色的深浅，也会通过一些颜色指标来分

b.单色器和滤光片：在简易的仪器中，一般用滤光片来获得一
定波长范围的光辐射，它不是真正的单色器，因为它获得的光 辐射的波长范围比单色器的要大几倍至几十倍。
度值、色差、白度等。

采用脉冲氙灯——积分球构成d／0的瞬时照明，光导纤维— —凹面光栅双单色仪形成双光路快速测量，波长范围400—
700nm、 =20nm。
光度学与色度学基础

③ WLG-100型光谱测色计 WLG-100型光谱测色计由北京康光光电子联合开发公司生产，用 于测定各种反射物体的反射率，透明体透射率及三刺激值、色

射方向探测。照明光束的光轴与样品表面法线的夹角不超过10，
照明光束中任一光线与光轴的夹角不应超过5 ，此几何条件不 适合漫透射物体色的测量。
光度学与色度学基础
分光光度计适用的照明和观察条件

2、反射样品(不透明物体) 测量中，采用反射分光光 度计，在整个可见光谱范 围内，用于测量来自一种 不透明样品和同样被照射 的白色样表面反射光的比 率的仪器。这种比率按照
光度学与色度学基础

由获得三刺激值的方式不同，测色仪器主要可分为：分光测色 仪器和色度计。
分光测色仪器是颜色测量最基本的仪器。这类仪器不是直接测 量颜色有三刺激值本身，而是测量物体的光谱反射或光谱透射 特性，即测量物体的光谱辐亮度因数或光谱透射比。再选用CIE 推荐的标准照明体和标准观察者，通过积分计算求得颜色的三 刺激值。

函数值；绝对反射率的平均值；三刺激值X、Y、Z；色度
坐标x、y；均匀颜色空间坐标值
；表色值C、H；色差△H、△L、
△C以及其他一系列可以计算的扩展数值。
光度学与色度学基础
3、 常见测色分光光度计

① WSF型颜色测量系统

WSF型颜色测量系统由北京光学仪器厂生产，国外同类型号 为美国Macbeth 1500型测色仪，用于测量各种物体的颜色。

按照明光源种类来分，有单独采用卤素钨丝灯或用卤素钨丝灯 与滤色镜结合，有氙闪光灯或氙快速弧光灯。 按比较用的白色标准来分，有用适当的白板或用计算机贮存的
源自文库
标准白板计算其绝对反射率。

按对镜面反射光的措施来分，有用光泽吸收井切断镜面反射光 或用计算方法去除。

按分光计来分，有用衍射光栅或用干扰滤色镜或连续干扰滤色
度坐标、明度值、色调及色差。

采用0／d、d／0观察条件、 D65标准关源； 2˚、 10˚视场表色系 统； ， ，L、a、b三种均匀颜色空间；光栅分
光、
=10-20nm、测量准确度反射比≥0.3％。
光度学与色度学基础
(四)、透射分光光度计

适用于色光分析测量的是紫外-可见光吸收光谱法的分光光度计， 其基本任务是测量溶液、胶片的吸光度或透光率。
CIE规定又称为反射率系数。
CIE1931下工推荐四种用于 光谱测量的标准照明和观 察条件(如图)：
图 8-1
光度学与色度学基础

a. 45˚/垂直（缩写45˚/0）。样品可以被一束或多束光照明，照 明光束的轴线与样品表面的法线成45˚±5˚，观察方向和样品的 法线之间的角度不超过10˚，照明光束的任一光线和照明光束轴

选择与完全漫射体接近的材料作为工作标准，常采用白陶瓷板等作为参
照物，易制造、价格便宜。

采用单光路，进行先后替代比较法测量。 采用双光束法，将单色光分成现束，一束通过参照物，另一束通过样品。 双光束系统最基本的要求是保持两光路的对称，光学特性一致。
光度学与色度学基础
(二)、测量的几何条件

测量的几何条件：颜色测量时，光源照明和探测器悼念光能的 几何条件很重要，几何条件不一致会造成测量结果的差异。 1、在透射样品测量中，一般采用对样品表面升起方向照明，透
光束的任一光线和观察轴之间的尖角不应超过5˚。

d. 垂自/漫射（缩写0／d）照明光束的光轴和样品垂线之间不 超过10˚，反射通量借助于积分球来聚集，照明光轴和任一照明
光束的光线之间的夹角不应超过5˚，积分球的直径可以是任意的，
其开孔的面积不应超过积分球内部反射总面积的10%。
光度学与色度学基础
(三)、 测色分光光度计分类及测色原理

透射分光光度计的仪器构成

透射分光光度计的分类
光度学与色度学基础
1、透射分光光度计仪器构成 分光光度计一般由照明光源、单色器、吸收池、光度计量部分、输 出装置等组成。

a.光源：常见的光源有白炽光源和气体放电光源。前者指钨丝
灯或碘钨灯。后者指低压氢或氙放电灯，它们在180-375nm波长
区域产生连续光谱。而且氙灯比氢灯寿命长，产生的连续光谱 强3-5倍。