色差仪是颜色测量领域常用的一种测色工具，它是仿照人眼观色的原理研制的，可以给出样品的色度值和色差值，对样品颜色进行数字化的分析。本文对色差仪工作测色原理及几何结构做了介绍。

色差仪是什么类型的仪器？

色差仪是典型的光电积分式物体颜色测量仪器，它广泛应用于工业领域颜色产品的品质管理中。色差仪利用仪器内部的标准光源照明被测物体，经过透射或反射测出物体的三刺激值和色品坐标；在需要测量两种接近的颜色时，可以根据不同的色差公式计算出两种颜色的色差。该类仪器一般都配置专用微机系统，可以对被测颜色样品进行信号采集、数据处理以及测试结果显示打印等输出操作。

在系统结构上，色差仪通常由照明光源、光电探测器、信号放大、数字显示和打印、数据处理单元等几大部分组成。其中光电探测器常用硅光电器件，并且分别带有三个修正滤光片组，使其光谱响应与CIE光谱三刺激值曲线：x（λ）、y（λ）和z（λ）相匹配。

上图所示为一种能测量反射或透射颜色样品的色差计的俯视图和侧视图，其照明与观察条件是0/d。光源的光束经过会聚透镜（和透射样品），以及45°反射镜投射到反射样品上，积分球收集样品表面反射（或透过透射样品）的辐射通量。积分球的内壁涂有中性白色漫反射材料，如氧化镁（MgO）或硫酸钡（BaSO4）。光电探测器X、Y、Z分别安装在球壁的三个测量孔上，它们可以同时接收样品的反射或透射辐射通量。测量透射样品时，在样品测量孔上放置氧化镁或硫酸钡中性白板。这类仪器可用于测量在某种CIE标准光源（如D65、C等）照明下，反射或透射颜色样品的三刺激值和色品坐标；如果需要测量荧光物体的荧光相关特性，则应该采用具有紫外辐射的CIE标准照明体D65作为照明光源（一般为模拟D65照明），这样才能真实反映荧光物体的颜色特性。

色差仪的工作及测颜色原理：

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。

色差仪的几何结构类型：

为满足各种实际测量需求，色差仪结构设计有各种形式。如下图所示，这是便携式色差仪的测量部件。其照明与观察条件为d/8方式，X、Y、Z探测器被漫射照明，标准色板或被测样品的镜面反射组分被光泽陷阱所吸收。该系统特别适用于对纺织品等的颜色测量，因为纺织品的经纬线对不同方向的人射光的反射特性不同，当样品在测量孔上旋转时会造成反射光的变化，而采用积分球收集反射光的方式，则可以减小这些影响。

下图为采用45/0照明与观察几何条件的测量部件示意。该结构利用空腔反射的效果，把氙灯的光进行均匀混合，并在45°方向上照射被测样品，样品表面的反射经过光导纤维1照明X、Y、Z光电探测器，光导纤维2用以监视氙灯发光强度的变化，并对光源波动进行修正。