如何準(zhǔn)確的測量顏色？標(biāo)準(zhǔn)的顏色測量方法是采用光譜光度測色儀，通過測量樣品的三刺激值，從而得到樣品的顏色。目前，基于各種原理的顏色識別傳感器有兩種基本類型：其一是RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，檢測的是三刺激值；其二是色差傳感器，檢測被測物體與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色差。本文介紹了顏色測量的原理和方法以及顏色測量程中的影響因素。

顏色的基本特性：

顏色可分為彩色和非彩色兩類。非彩色指白色、黑色及它們之間過渡的灰色系列，稱為白黑系列。純白色反射比為100%，純黑色為0。非彩色只有明度的差異。彩色是指白黑系列以外的各種顏色。彩色除了有明度差異，還有色調(diào)和飽和度的差異。明度是人眼對物體表面的明暗感覺，光反射比越高，明度越高。色調(diào)是彩色彼此相互區(qū)分的特性，即：紅、黃、綠、藍(lán)、紫等。飽和度是指彩色的純潔性，彩色含灰的成份越多，則飽和度越低。實驗證明，每一種顏色都能用三個選定的原色按適當(dāng)比例混合而成，稱顏色匹配。三原色可以任意選定。與待測色達(dá)到顏色匹配時所需要的三原色的數(shù)量，稱三刺激值。

顏色測量原理和方法：

標(biāo)準(zhǔn)的顏色測量方法是采用光譜光度測色儀，通過測量樣品的三刺激值，從而得到樣品的顏色。目前，基于各種原理的顏色識別傳感器有兩種基本類型：其一是RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，檢測的是三刺激值；其二是色差傳感器，檢測被測物體與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色差。

1.RGB顏色傳感器

RGB顏色傳感器對相似顏色和色調(diào)的檢測可靠性較高。它的測量原理示意圖如下圖所示。

在三個光電二極管上貼上三基色濾色片，三種光通過同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)物體反射，根據(jù)測出的數(shù)據(jù)求出顏色的成分。由于這種顏色檢測法是通過測量構(gòu)成物體顏色的三基色實現(xiàn)顏色檢測的，所以精密度極高，能準(zhǔn)確區(qū)別極其相似的顏色，甚至相同顏色的不同色調(diào)。RGB顏色傳感器有兩種測量模式：一種是分析紅、綠、藍(lán)光的比例。因為檢測距離無論怎樣變化，只能引起光強(qiáng)的變化，而三種顏色光的比例不會變，因此，即使在目標(biāo)有機(jī)械振動的場合也可以檢測；第一種模式是利用紅綠藍(lán)三基色的反射光強(qiáng)度實現(xiàn)檢測目的，利用這種模式可實現(xiàn)微小顏色判別的檢測，但傳感器會受目標(biāo)機(jī)械位置的影響。無論應(yīng)用哪種模式，大多數(shù)RGB顏色傳感器都有導(dǎo)向功能，使其非常容易設(shè)置。這種傳感器大多數(shù)都有內(nèi)建的某種形式的圖表和閥值，利用它可確定操作特性，利用全色色敏器件及相關(guān)分析手段可以較精確地測定顏色，一般來說，它至少需要三個光電二極管以及三個相應(yīng)的濾光器，以獲得顏色的三刺激值，因此結(jié)構(gòu)和電路都比較復(fù)雜。

2.色差傳感器

在一些實際應(yīng)用中（如分揀、質(zhì)量監(jiān)控等行業(yè)），并不需要確切了解被測物的具體顏色，而只需要對兩個物體的色差進(jìn)行識別與判斷，區(qū)別出從一種顏色到另一種顏色的變化。例如，對家用電器、汽車外殼的色彩管理，對紙漿、油漆、彩色鋼板等色彩進(jìn)行讀取和控制，只要檢測出兩種顏色存在一定的色差，就能將它們區(qū)分開來。色差傳感器已發(fā)展出硅雙結(jié)、光纖、有機(jī)材料等多種，由于其價格便宜，動態(tài)響應(yīng)效果好，能實現(xiàn)在線實時測量，所以除染色等特殊行業(yè)外，工業(yè)上一般都采用色差傳感器。

色差傳感器有三種主要類型：

（1）硅雙結(jié)型顏色傳感器短路電流比與光強(qiáng)無關(guān)，幾乎只與入射光波長相關(guān)。但色敏器件的輸出電流很小，很容易受外界的干擾，因此需要對放大電路進(jìn)行屏蔽。

（2）液晶顏色傳感器是利用紅外玻璃濾色片濾掉入射光中的紅外成分，改變液晶兩端的電壓，可以改變液晶層中的非常光折射率ne，從而改變光強(qiáng)I（λ）。光電二極管檢測到光強(qiáng)與存儲在計算機(jī)中的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可知所測物體的顏色。

（3）光纖顏色傳感器利用光纖束解決了普遍存在的光能量和光源散熱問題，結(jié)構(gòu)小而緊湊，便于安裝，可實現(xiàn)在線檢測，傳感頭高度密封，適于惡劣條件，具有可靠的抗干擾措施。

顏色測量的影響因素：

物體顏色信息十分廣泛，顏色的確定需要色調(diào)、明度和飽和度三大要素或三原色（紅綠藍(lán)）的刺激值。影響顏色檢測準(zhǔn)確度的參數(shù)主要有：照射光、物體反射、光源方位、觀測方位和傳感器性能等，任何一個參數(shù)發(fā)生變化都會導(dǎo)致觀察到的顏色發(fā)生變化。

1.光源的影響

照射光包含有太陽光和外界雜散光，太陽照射角度、云層厚度和其它天氣條件都會導(dǎo)致照射光發(fā)生變化，從而導(dǎo)致被測物體顏色發(fā)生變化。

CIE（國際照明委員會）推薦了幾種標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源，制定了標(biāo)準(zhǔn)照明條件、測量條件和白色標(biāo)準(zhǔn)，以便各國的顏色參數(shù)能夠交流、對比。照明光源的光譜功率分布與物體呈現(xiàn)的顏色有密切的關(guān)系。同一物體，在不同的光源照明下具有不同的顏色。

為了較為準(zhǔn)確和規(guī)范地描述色調(diào)，CIE制定了4種標(biāo)準(zhǔn)光源，以統(tǒng)一色調(diào)值。這4種標(biāo)準(zhǔn)光源的名稱見下表，在這4種標(biāo)準(zhǔn)光源中，常用C光源和D65光源，我國以D65為標(biāo)準(zhǔn)光源。

2.光源方位和觀測方位的影響

光源方位，也就是被測物體指向光源的法線方向，它決定了有多少太陽光或外界雜散光作為入射光。觀測方位是指被測物體指向傳感器的法線方向。它決定了反射到傳感器中的光強(qiáng)。光源方位和觀測方位都是影響測量結(jié)果的因素。此外，照明光束的孔徑和測量光束的孔徑大小對顏色測量結(jié)果也有影響。將照明幾何狀態(tài)、照明光束的孔徑、測量光束的孔徑統(tǒng)稱為照明和測量條件。在色度學(xué)中CIE推薦了45/0、0/45、d/0、0/d四種照明觀測條件，國家標(biāo)準(zhǔn)局又增加了t/0、0/t兩種照明觀測條件，同一顏色物體在不同照明觀測條件的儀器上測量結(jié)果是不一致的。

3.被測物表反射狀況的影響

照明幾何狀態(tài)對測量結(jié)果會有很大的影響，絕大多數(shù)待測物體不是完全的漫反射體，表面有部分的規(guī)則反射。照射在物體上的輻射通量一部分被吸收，一部分可能透射過去，其余部分被有方向性地反射出來。被吸收的輻射通量轉(zhuǎn)化為熱能，透射部分朝著離開眼睛的方向傳播，這兩部分輻射通量對眼睛都不起作用，只有由物體從一定方向反射而進(jìn)入到眼睛的那部分輻射通量才構(gòu)成顏色刺激。因而同樣的物體在不同的方向上有不同的反射或透射。

傳感器探頭與被測物之間的距離影響著輸出信號，可能會造成不同顏色信號的交叉，形成測量誤差，所以存在某一最佳距離對輸出特性影響最小，以保證顏色與輸出信號的一一對應(yīng)關(guān)系。被測物表而的較明顯凹凸區(qū)域也會給輸出信號帶來較大的誤差，為此，有人先后提出了反射模型以彌補(bǔ)測量誤差。