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色差仪的工作原理是怎样的?色差仪是怎么测色差值的?

文章出处: 人气:145发表时间:2023-10-10

色差仪可以准确的测出两个色源之间的颜色差异,并给出相应的色差值,用于产品质量的检测与分析,是一种操作简便,价格便宜,在工业生产、科研实验、质检、商检和计量部门有着广泛应用的光学分析仪器。那么,色差仪的工作原理是怎样的?色差仪是怎么测色差值的?本文为大家作了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

手持式的色差仪

色差仪的工作原理:

根据CIE(国际照明委员会)的表色方法,对任何一种给定物体色,它的特性都可以用三刺激值X、Y、Z,CIE 2°(1931)或X10、 Y10、Z10,CIE 10°(1964)色度坐标来表示。

观察者根据光谱三刺激值可描绘出三刺激值曲线。X、Y、Z曲线分别代表匹配各波长等能光谱刺激值所需要的红、绿、蓝三原色的量。

1964年经补充,形成X10、Y10、Z10光谱三刺激值。由于后者视场更大,对颜色辨别的精度更高,且符合人们实际观察颜色的情况,因此被广泛采用。例如三恩时NH310高品质便携式电脑色差仪采用的就是CIE1964表色系统。

由三刺激值X10、Y10、Z10可以得出色品坐标:

色品坐标

得出了色品坐标,再将它与参照光源的色度坐标(色差仪内部给定)进行比较,就可以得出样品颜色的三属性(色相、饱和度、明度),几乎一切色度的计算都是以X10、Y10、Z10三刺激值为基础,因此,只要测出X10、Y10、Z10就可以测出物体的颜色。


色差仪测色差值的方法:

色差仪是一种通过计算颜色差值来识别和比较颜色的光学设备,其工作机制实际上是对人眼识别颜色过程的部分模拟。在人眼视觉系统中,颜色判断是依据进入眼睛可见光的进行的,这种光线来自物体表面辐射、反射或者物体内部的透射,类似的在一个测色系统中,实际需要分析检测的就是进入仪器检测窗口的可见光。与人类视觉系统使用生物组织视网膜来识别光谱类似;在机器中这种颜色识别功能通常通过感光器件来完成的。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;色差仪则是在获得样本颜色数值后与记忆体中的颜色数值进行比较。

对色差仪而言,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。在颜色恒常性的部分阐述我们知道,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,但是一旦改变光照背景,机器传感器获得的颜色感应值发生变化,那么颜色的判断就不是恒常的了,这也就是机器视觉不具备颜色恒常性的原因。要解决这个问题,需要在一个和测量环境无关的颜色谱系空间中获取样本的反射光线,所以测色仪器中都会使用统一的内置光源来刺激物体表面,这样就相当于将所有待测物体都置于一个跟机器相关的系统光照条件下,而这系统光照条件下的颜色谱系分布也是确定的了。

在色差仪内有一个光源,每次测量时,光源使用单色白光多次照射样本,或者使用单色LED分组多次照射样本,在照射的同时使用CMOS感光阵列获得反射可见光的信息,然后经过后期的去噪、平均后获得样本颜色的系统颜色空间坐标值。需要补充的是在色差仪能够测色之前需要将标准颜色库信息装载到色差仪当中,并且使用纯黑或纯白色的系统颜色空间参考点同标准颜色库的标准颜色空间进行比对计算,从而求出两个颜色空间的映射关系,当标准照明体选定时,其是一个常数。

在颜色空间映射参数确定的条件下,一旦测得的系统样本颜色值被计算出来后,就可以在与映射参数计算从而得出和具体机器、硬件系统、光照条件无关的L*a*b*值。所以当系统要测量未知颜色时,这个样本L*a*b*空间坐标值就可以用来寻找最接近的标准颜色;反之,如果查看样本颜色是否符合落在期望颜色偏差的阈值内,则将样本的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,从而进行色差判断。


色差仪有哪些常见类型?

1.按测量精度分类

根据性能参数、精度范围和使用要求,色差仪可分为3种:第一种是手持式色差仪,又称色彩色差计,其能直接读取数据,不用连接电脑,不配带软件,使用方便,价格便宜,但精度较低,在颜色管理的一般领域使用广泛;第二种是便携式色差仪,又称便携式分光色差仪,其除了能直接读取数据外,还能连接电脑,配带软件,体积较小,便于携带,精度较高,价格适中;第三种是台式色差仪,又称台式分光测色配色仪,其具有读数窗口,连接电脑时需要使用测色、配色软件,具有高精度的测色和配色功能,体积较大,性能稳定,价格较高。

2.按测量原理分类

色差仪按照按测量原理可分为三刺激值型色差仪和分光型色差仪。三刺激值型色差仪是利用反射或者透射方式获取可见光范围内被测物的所有波长信息,然后经过一次性积分得到被测物的三刺激值,再计算出相应的颜色参数。而分光型色差仪和三刺激值型色差仪不同,其并不是直接测量待测物的三刺激值,而是通过测量待测物的反射或者透射光谱,然后根据国际照明委员会推荐的某种颜色计算标准,进行计算得到待测颜色的三刺激值和其他颜色参数。

3.按光路结构分类

色差仪按照光路结构的不同可以分为d/8°结构和45/0°结构,也就是我们所说的d/8°积分球色差仪和45/0°环形照明式色差仪。d/8°积分球结构色差仪不仅能测量不透明样品的颜色,还可以测量透明样品的颜色。而45/0°环形照明式色差仪是完全不包括镜面反射光的,测得的数据与人眼观察一致,另外这种仪器只能测量不透明样品的颜色。

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