如何準(zhǔn)確的測(cè)量顏色？標(biāo)準(zhǔn)的顏色測(cè)量方法是采用光譜光度測(cè)色儀，通過(guò)測(cè)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(shí)別傳感器有兩種基本類(lèi)型：其一是RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，檢測(cè)的是三刺激值；其二是色差傳感器，檢測(cè)被測(cè)物體與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色差。本文介紹了顏色測(cè)量的原理和方法以及顏色測(cè)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(lèi)。非彩色指白色、黑色及它們之間過(guò)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(duì)物體表面的明暗感覺(jué)，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(shí)驗(yàn)證明，每一種顏色都能用三個(gè)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(cè)色達(dá)到顏色匹配時(shí)所需要的三原色的數(shù)量，稱三刺激值。

顏色測(cè)量原理和方法：

標(biāo)準(zhǔn)的顏色測(cè)量方法是采用光譜光度測(cè)色儀，通過(guò)測(cè)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(shí)別傳感器有兩種基本類(lèi)型：其一是RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，檢測(cè)的是三刺激值；其二是色差傳感器，檢測(cè)被測(cè)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(duì)相似顏色和色調(diào)的檢測(cè)可靠性較高。它的測(cè)量原理示意圖如下圖所示。

在三個(gè)光電二極管上貼上三基色濾色片，三種光通過(guò)同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)物體反射，根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)求出顏色的成分。由于這種顏色檢測(cè)法是通過(guò)測(cè)量構(gòu)成物體顏色的三基色實(shí)現(xiàn)顏色檢測(cè)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(cè)量模式：一種是分析紅、綠、藍(lán)光的比例。因?yàn)闄z測(cè)距離無(wú)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(huì)變，因此，即使在目標(biāo)有機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合也可以檢測(cè)；第一種模式是利用紅綠藍(lán)三基色的反射光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的，利用這種模式可實(shí)現(xiàn)微小顏色判別的檢測(cè)，但傳感器會(huì)受目標(biāo)機(jī)械位置的影響。無(wú)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(cè)定顏色，一般來(lái)說(shuō)，它至少需要三個(gè)光電二極管以及三個(gè)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(shí)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(cè)物的具體顏色，而只需要對(duì)兩個(gè)物體的色差進(jìn)行識(shí)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(duì)家用電器、汽車(chē)外殼的色彩管理，對(duì)紙漿、油漆、彩色鋼板等色彩進(jìn)行讀取和控制，只要檢測(cè)出兩種顏色存在一定的色差，就能將它們區(qū)分開(kāi)來(lái)。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(jià)格便宜，動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果好，能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)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(lèi)型：

（1）硅雙結(jié)型顏色傳感器短路電流比與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，幾乎只與入射光波長(zhǎng)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(duì)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(cè)到光強(qiáng)與存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可知所測(cè)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(wèn)題，結(jié)構(gòu)小而緊湊，便于安裝，可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，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(cè)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(cè)準(zhǔn)確度的參數(shù)主要有：照射光、物體反射、光源方位、觀測(cè)方位和傳感器性能等，任何一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化都會(huì)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(yáng)光和外界雜散光，太陽(yáng)照射角度、云層厚度和其它天氣條件都會(huì)導(dǎo)致照射光發(fā)生變化，從而導(dǎo)致被測(cè)物體顏色發(fā)生變化。

CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）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(cè)量條件和白色標(biāo)準(zhǔn)，以便各國(guó)的顏色參數(shù)能夠交流、對(duì)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(jiàn)下表，在這4種標(biāo)準(zhǔn)光源中，常用C光源和D65光源，我國(guó)以D65為標(biāo)準(zhǔn)光源。

2.光源方位和觀測(cè)方位的影響

光源方位，也就是被測(cè)物體指向光源的法線方向，它決定了有多少太陽(yáng)光或外界雜散光作為入射光。觀測(cè)方位是指被測(cè)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(cè)方位都是影響測(cè)量結(jié)果的因素。此外，照明光束的孔徑和測(cè)量光束的孔徑大小對(duì)顏色測(cè)量結(jié)果也有影響。將照明幾何狀態(tài)、照明光束的孔徑、測(cè)量光束的孔徑統(tǒng)稱為照明和測(cè)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(cè)條件，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局又增加了t/0、0/t兩種照明觀測(cè)條件，同一顏色物體在不同照明觀測(cè)條件的儀器上測(cè)量結(jié)果是不一致的。

3.被測(cè)物表反射狀況的影響

照明幾何狀態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有很大的影響，絕大多數(shù)待測(cè)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(guò)去，其余部分被有方向性地反射出來(lái)。被吸收的輻射通量轉(zhuǎn)化為熱能，透射部分朝著離開(kāi)眼睛的方向傳播，這兩部分輻射通量對(duì)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(cè)物之間的距離影響著輸出信號(hào)，可能會(huì)造成不同顏色信號(hào)的交叉，形成測(cè)量誤差，所以存在某一最佳距離對(duì)輸出特性影響最小，以保證顏色與輸出信號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。被測(cè)物表而的較明顯凹凸區(qū)域也會(huì)給輸出信號(hào)帶來(lái)較大的誤差，為此，有人先后提出了反射模型以彌補(bǔ)測(cè)量誤差。