色差仪：数字色彩的神秘解码器

在当今社会，商品生产领域竞争日益激烈，产品的内在质量和外观美化成为至关重要的条件。颜色作为外在感观，对吸引消费者起着重要作用。为了将颜色进行量化，需要使用专业测色仪器，其中常见的就是色差仪。那么，色差仪是干什么的仪器呢？你对色差仪的了解有多少呢？下文将对色差仪进行介绍。

色差仪是一种常见的光电积分式测色仪器。它利用仪器内部的标准光源照射被测物体，在整个可见波长范围内进行一次积分测量，直接获得透射或反射物体色的三刺激值和色品坐标，并通过专用微机系统计算出两个被测样品之间的色差值。这种仪器具有操作简单、价格低廉的特点，广泛应用于工业生产、科研实验、质检、商检和计量部门等领域的光学分析。

色差仪根据其性能参数、精度范围和使用要求，可以分为三种类型。第一种是手持式色差仪，也被称为色彩色差计，它可以直接读取数据，无需连接电脑或配备软件。这种仪器使用方便且价格低廉，但其精度较低，广泛应用于一般颜色管理领域。

第二种是便携式色差仪，又称为便携式分光色差仪。除了能够直接读取数据外，它还可以连接电脑并配有软件。它的体积较小，便于携带，具有较高的准确性和适中的价格。

第三种是台式色差仪，又称为台式分光测色配色仪。该仪器具有读数窗口，在连接电脑时需要使用测色和配色软件。它具备高精度的测色和配色功能，体积较大但性能稳定，价格相对较高。

至于色差仪的测色原理，需要进一步说明。

色差仪是一种光学设备，通过计算颜色差值来识别和比较颜色。其工作机制部分模拟了人眼识别颜色的过程。在人眼视觉系统中，颜色判断是基于进入眼睛的可见光进行的，这种光线来自物体表面的辐射、反射或内部透射。类似地，在一个测色系统中，需要分析检测的是进入仪器检测窗口的可见光。与人类视觉系统使用视网膜来识别光谱相似，机器中的颜色识别功能通常通过感光器件来完成。人类比对颜色是在大脑中完成的，是对不同颜色信号的比较；而色差仪则是将获得的颜色样本数值与记忆中的颜色数值进行比较。

在色差仪的应用中，要获得待测可见光的首要条件是必须有能够反映待测样本颜色特征的光线。根据颜色恒常性的理论，我们在特定环境中观察物体颜色时，依赖于当前光照条件的颜色谱系分布是确定的。然而，一旦改变光照背景，机器传感器获得的颜色感应值就会发生变化，导致颜色判断不再是恒常的。这就是机器视觉不具备颜色恒常性的原因。为了解决这个问题，我们需要在一个与测量环境无关的颜色谱系空间中获取样本的反射光线。因此，在测色仪器中都会使用统一的内置光源来刺激物体表面，相当于将所有待测物体置于一个与机器相关的系统光照条件下。在这个系统光照条件下，颜色谱系分布也是确定的。

色差仪内设有一个光源，每次测量时，该光源会使用单色白光或单色LED分组多次照射样本。在照射过程中，CMOS感光阵列会被用于捕捉反射可见光的信息。随后，这些信息经过去噪和平均处理，最终得到样本颜色的系统颜色空间坐标值。需要注意的是，在使用色差仪进行颜色测量之前，必须将标准颜色库信息加载到仪器中。同时，还需使用纯黑或纯白色的系统颜色空间参考点与标准颜色库的标准颜色空间进行比对计算，以确定两个颜色空间之间的映射关系。一旦选定了标准照明体，其值将保持不变。

在确定颜色空间映射参数的情况下，一旦系统样本颜色值被计算出来，就可以根据映射参数计算得到与具体机器、硬件系统和光照条件无关的L*a*b*值。因此，当系统需要测量未知颜色时，可以使用样本的L*a*b*空间坐标值来寻找最接近的标准颜色；相反，如果需要检查样本颜色是否落在期望的颜色偏差阈值范围内，可以将样本的L*a*b*值与期望颜色的L*a*b*值作为选定色差公式的输入来计算色差距离△E，并进行色差判断。

色差仪是一种用于测量颜色差的设备，主要由测头、数据处理器（包括显示器和打印机）、直流电源以及附件组成。测头由照明光源、滤色器、硅光电池、隔热玻璃、凸透镜、导光筒、挡板和积分球等部件组成。其中：

1）积分球是色差仪的重要构成部分，它在很大程度上决定了色差仪的使用寿命、测量精度和长期重复性。

"2）数据处理系统主要包括放大器、模数转换器、中央处理器、显示器和打印机等输出设备。该系统利用微控制器进行数据处理，并通过液晶显示器和打印机输出各种色度数据。

3）内部光源照明系统采用低能耗的专用发光管，经过修正后作为测色用的标准照明体D65。为确保光源发光的稳定性，系统提供220V+22V，50Hz+1Hz的稳定电压。测色仪内部照明光源通常为标准A光源。然而，在实际应用中，需要测量物体在标准D65和C光源下的色度值。因此，系统需模拟出D65光源，以使仪器的总光谱灵敏度符合D65下的卢瑟条件。

4）光谱三刺激值方面，系统采用CIE1964补充观察者10°视角的数据。仪器的照明几何条件设定为0/d。"

色差仪的发展趋势：

智能化是色差仪发展的主要趋势。

由于微电脑技术的发展，目前国内外普遍采用带有微处理器的传感器，这些传感器具有检测和信息处理功能。这些传感器通过微电子加工技术将传感器功能、逻辑功能和存储功能集成在半导体片基上，使传感器具备自动校正、自动补偿、数据处理、图像识别、存储和记忆等功能。

这些传感器还具有小型化和便携式的特点。通过采用大规模集成电路，将所有测量和计算集成在一个集成块中，并采用液晶显示和干电池供电，使得许多测色仪的体积类似于傻瓜相机的大小，重量仅为1.5Kg左右。

为了提高测量的速度和精度，这些传感器还采取了一系列的技术措施。例如，在积分球的入射面上采用了钡处理，并使用双光束反馈系统进行参比监控，同时还可以对特殊情况进行补偿等操作。从测量到计算再到显示的过程通常只需要几毫秒的时间。

这些传感器还支持多种制式的转换。

可以采用ISO标准或DIN标准，在SCI（包括反射镜面）和SCE（排除镜面反射）之间进行切换选择；SCI提供与样本比较的效果，而SCE则提供接近于视觉效果相当于一个熟练观察者的效果。可以在XYZ、Yxy、L*a*b*、L*C*H°、L*u*v*、Hunter-Lab、Munsell之间选择数据转换。这些功能得益于微处理器的计算能力，使转换变得非常便利。

可以利用个人电脑扩展测色仪器的功能。一般便携式色差仪内部的存储器可储存超过1000个数据和50多个标准色样，用于多种测量的比较和计算。通过特定的接口，色差仪可以与个人电脑实现对接，实现数据的双向传输，充分利用计算机的功能。例如，目前市场上的测色仪器利用RS-232C接口，可以与一般的个人电脑连接。

由于与个人电脑的结合以及彩色软件系统的不断推出，软件功能日益丰富。这大大提高了个人电脑的使用效率。