色度计基础（三）常见测色方法和仪器

正文

目视测色：

在某些特定的行业和环境中，依然保留着目视测色法，即通过人眼去判断颜色是否与预期存在误差，有时会用到标准光源或标准色样。

目视测色法*依赖观察者的经验和敏锐的分辨力来判断颜色的差别，且速度较慢。

图 1 左：一种常见于纺织和服装设计的比色卡

         右：一种判断溶液中物质浓度的标准比色液

光电积分测色：

将入射光分别通过滤光片透射率-探测器联合响应曲线满足CIE标准三刺激值谱线(也有可能是某一特定谱线)的三条或四条通道（因为针

对红光，在CIE三刺激标准中有两个峰，很难在一片滤光片做出吻合度很好的透射率曲线，有些设计中会做成四个通道），再经过信号

放大与模数转换电路，获得样品在标准光源下的三刺激值。这种测色方式，获得的三刺激值大小，与光电探测器上接受到的光强成比

例。这种测试方法速度快，可以获得满足大部分情况的色坐标准确度。各种色度计（或称作光电积分测色仪、比色计或色差计）普遍采

用这种结构。缺点是无法获得样品的光谱信息。

图 2荷兰Ademesy公司高速高精度色度计结构示意图

这是一类仿人眼结构的测试设备，即用光电二极管和三色（也有可能是四色）滤光片模拟人眼中的三种色觉感受细胞，在不考虑系统电

子系统稳定性、精度和环境等因素的情况下，测色结果的准确度，主要跟滤光片-探测器组成的通道的光谱响应曲线和CIE标准谱线的吻

合程度有关，即卢瑟条件。该条件还指出三个线性无关的原色，经过混合能够表示任意一种颜色，故可以用在仪器做测色结果的校准，

在相机和色度计中常见。

图 3 左：Hyperion色度计谱线与标准CIE-XYZ体系谱线比较

     右：颜色校准矩阵

分光测色:

（1）光谱扫描测色：

这种工作方式的分光光度计往往将光源集成在设备内，通过分光器件和单色器，将光源发出的光分成一路或两路单色光（两路光路居

多），将经过样品透射或反射后的光谱，与空样品池或标准白板做对比，获得样品的透射（或反射）光谱曲线。直接获得的是样品的光

谱信息，需再经数据处理，才能获得样品的三刺激值。

因为采用参比法测量物体透射（反射）光谱，消除了光源不稳定、光学器件效率等一些干扰因素。且往往这类设备体积较大，测试环境

稳定，光学器件精密，故这种方法获得的样品光谱信息尤为准确，但速度较慢，且常受限于测试场景和样品尺寸，使用成本较高。

（2）多通道平行测色

光源发出的光照射在样品上，经样品透射（或反射）后，通过狭缝进入设备。设备中分光器件将不同波长的光线分到不同的方向角上，

经凹面反射镜聚焦到线性ccd上，CCD将光强转换为电信号，每一个CCD单元获取的光能量，对应样品光谱中某一波长范围的光谱能

量，从而获得样品的透射（反射）光谱。

图 4  左：Rhea光谱仪的结构示意图

 右：测得某样品的光谱图

这样获得的样品光谱实际上是一系列底边较窄的柱状图，是一种实际光谱的近似，通过计算样品每一小段波长的光能量，对CIE标准下

的XYZ三刺激值产生的作用并求和，就可以获得样品的三刺激值。

这样的设备，将经过标准光源校准后的数据存储在设备中，在测量光源，发光屏时不需要额外的参考光路，这要求设备有较好的稳定性

和光谱准确度。这样的测试方法容易获得较为准确的色坐标值，且测试速度较快。

测色标准相关器件：

归根结底，颜色是物体对光源光谱的选择性透射和反射，需要评价样品的颜色，就必须要建立标准，在相同条件下获得的样品光谱或色

坐标，才具有可比性。除了测色仪器本身以外，我们还需要用到这些器件：如标准光源、积分球和标准白板等。这些仪器的搭配使用，

也拓展了测色仪器的使用场景。

1. 标准光源：

标准光源有固定的光谱，和很好的稳定性。可以用于测试仪器的标定，也可以用做样品的照明，常用的有A光源，C光源，D65光源。

2. 标准白板

将标准白板属于全反射漫射体，波长选择性低，反射比接近1，常见的涂覆层材料有硫酸钡（BaSO4）、碳酸钙（CaCO3）、氧化镁

（MgO）等。常放置于双光路分光光度计的参比光路中，作为反射测量的标准参照，可以用于仪器的校定，也可以用来和样品做对比

来获得样品色度信息。

3. 积分球

积分球为一种内壁涂有低光谱选择性的高反射材料的球体，光在积分球中经过漫反射可以变得均匀。

（1）可以让标准光源发出的光变成均匀光，这对仪器标定，样品照明都很重要；

（2）可以在积分球上加光陷阱，吸收不需要的样品反射光（如吸收样品镜面反射光）。