色度的测量及其仪器

色度的测量及其仪器

色度（chromaticity），颜色是由亮度和色度共同表示的，而色度则是不包括亮度在内的颜色的性质，它反映的是颜色的色调和饱和度。人的视觉系统对色彩的感知是错综复杂的，为了可以量化地描述色彩，国际照明协会根据实验，将人的视觉系统对可见光内不同波长的辐射能所引发的感觉用红、绿、蓝三原色的配色函数来加以纪录。色度学中所应用的方法和工具，都是以目视颜色匹配定律和国际上一致采用的标准为基础的。国际照明委员会（CIE），通过其色度学委员会，推荐了色度学方法和基本的标准。

在红、绿，蓝三原色系统中，红。绿、蓝的刺激量分别以R、G、B表示之。由于从实际光谱中选定的红、绿、蓝三原色光不可能调(匹)配出存在于自然界的所有色彩，所以，CIE 于1931年从理论上假设了并不存在于自然界的三种原色，即理论三原色，以X，Y，Z表示，以期从理论上来调(匹)配一切色彩。形成了XYZ测色系统。X原色相当于饱和度比光谱红还要高的红紫，Y原色相当于饱和度比520毫微米的光谱绿还要高的绿，Z原色相当于饱和度比477毫微米的光谱蓝还要高的蓝。这三种理论原色的刺激量以X，Y，Z表示之，即所谓的三刺激值。三刺激值的公式如下：

测量色度的仪器有多种：

一、分光测色仪

特点：测量物体的光谱反射或光谱透射特性，并不直接测量颜色的三刺激值。选用CIE 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。国内首创的分光测色仪就是杭州彩谱的CS-600系列分光测色仪。

现代分光光度计由照明光源、提供单色光的色散系统和对通过仪器的光辐射进行测量的探测器系统组成。分光光度计根据其结构特征可分为单光束分光光度计和双光束分光光度计两种。在全自动快速光谱分析中，多采用双光束分光光度计，双光束分光光度计又有不同结构及工作原理，最常见的是双光束光学自动平衡系统和双光束电学平衡系统。如下图：

双光束光学自动平衡系统

双光束电学平衡系统

分光光度计测量光谱透射比或光谱反射比都采用比较法，通过定量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，测出样品的光谱透射比或光谱辐亮度因数。

颜色测量条件必须标准化，测量结果才有可比性！

1.测量样品三刺激值时，照明光源选择标准照明体，A,C,D65；

2.选用标准观察者，小视场选用CIE1931标准色度观察者，大视场选用CIE1964标准补充色度观察者；

3.标准照明观察条件。透射样品测量，采用对样品表面垂直方向照明，透射方向探测。反射样品测量，CIE1931推荐四种：

1. 0/45 垂直/45

2. 45/0 45/垂直

3. 0/d 垂直/漫射

4.d/0 漫射/垂直

分光测色仪器的组成：照明光源；单色器；光度计量部分；输出装置等。

测色分光光度计的特点：测反射样品为主，兼顾透射样品；常规测色局限为可见光范围；对仪器波长精度和分辨率要求较低，对光度准确度要求较高；测量光路必须满足测量颜色对样品的照明观察条件的规定；数据处理复杂，常由软件计算颜色参数。

分光测色仪分为两大类：目视分光测色仪器和光电分光测色仪器，彩谱的CS系列分光测色仪就是光电分光测色仪器。

二、色度计

特点：通过直接测得与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值，换算出颜色的三刺激值，其响应类似人眼视觉系统。色度计由仪器内部光学模拟积分获得三刺激值，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。

光电色度计的组成：照明光源；校正滤色器（关键所在）和探测器。

卢瑟（Luther）条件：当校正滤色器的光谱透射比满足卢瑟条件时色度计才能实现光学模拟的目的。

三、光谱辐射计

测量对象是光源，因此对波长准确度和波长分辨率要求高

比较测量的标准不是标准白板和空气，而是经过精确定标的已知光谱分布的标准光源（黑体、钨带灯、钨丝灯等）

测量光源光谱分布的标准：初级标准：各种温度的黑体；次级标准：通过黑体标定的钨带灯和专用钨丝灯。其中钨带灯可与黑体进行比较定出其光谱辐亮度值而作为测量光谱辐亮度的标准；而专用钨丝灯则可与黑体进行比较定出其光谱辐照度值，从而作为测量光谱辐照度的标准。

光谱辐射计的组成有入射部分、单色仪、光度计量部分和输出装置。

白度的测量

一般来说，当物体表面对可见光谱内所有波长的反射比都在80%以上，可认为该物体的表面为白色。

白度的表达式：

一、单波段白度公式

W=G

W=B

W=R457（ISO白度）

二、多波段白度公式

Taube公式：W=4B-3G

黄度指数：W=(A-B)/G

A,G,B对应于红、绿、蓝区的反射比，使用相应的滤色片修正的红、绿、蓝探测器测量出的反射比值，它们与三刺激值之间的关系式为

X=fXAA+fXBB，Y=G，Z=fZBB

以明度L（或光反射比Y）和纯度表示的白度公式：

W=(Y-KPc2)1/2

与色差概念有关的白度公式

亨特白度：

CIE1964 W*U*V*色空间：

基准白：理想漫反射体（未使用荧光增白剂FWA）

CIE(1982)白度公式

白度W和白色泽TW

其中W或W10应大于40和小于(5Y-280)或(5Y10-280)；TW或TW10应大于-3和小于+3

白度的测量：

1、测量样品的三刺激值：分光测量法测光谱辐亮度因数来计算或用光电色度计直接读出三刺激值。对荧光样品测量时要注意不仅要考虑可见光范围内符合标准照明体的光谱分布，还必须注意能引起荧光激发的整个紫外区域内也要符合标准照明体的光谱分布

2、通过建立在三刺激值基础上的白度公式计算出白度值。彩谱CS系列的分光测色仪均能测量白度。