色差仪的色度参数与色彩测量原理

摘要：色差仪，依托色度学原理，是精确测量色彩的光学分析仪器。本文将简述其核心色度参数，包括45/0和d/8度测量角度、SCI与SCE光谱色差仪、2°和10°观察角度，以及L*a*b*和XYZ/Yxy色彩模型，旨在帮助用户理解这些参数在色彩测量中的重要性。

色差仪，依托色度学原理，是精确测量色彩的光学分析仪器。本文将简述其核心色度参数，包括45/0和d/8度测量角度、SCI与SCE光谱色差仪、2°和10°观察角度，以及L*a*b*和XYZ/Yxy色彩模型，旨在帮助用户理解这些参数在色彩测量中的重要性。

CIELab颜色空间

色差仪光路设计45/0与d/8角度配置

光路结构的优化对于色差仪的精确度至关重要。色差仪通过模拟人眼对物体颜色的感知，将自然界中的红、绿、蓝光色转化为数字化的颜色数据。在这一过程中，光源、物体和探测头构成了色彩识别的三个基本要素，它们之间的不同组合会直接影响最终的测量结果。因此，业界普遍采用45/0和d/8两种标准角度配置以确保测量的一致性。

45/0配置中，探测器垂直于被测材料的表面，而光源则以45度角照射，探测器接收反射光并将其转换为RGB/LAB数值，从而完成颜色的测量。

d/8配置的色差仪则采用积分球技术，通过一个测量光圈均匀照亮球体内部，使得光源经过多次反射和折射后变得均匀。探测器在8度偏离中轴的角度接收光线，利用颜色差异公式进行计算。积分球是色差仪的核心部件，其质量直接影响测量精度和仪器的使用寿命。高质量的积分球不仅能提高测量的准确性，还能延长仪器的维护周期，降低长期运营成本。

SCI与SCE的测量模式

在色差仪的应用中，SCI（Specular Component Include）和SCE（Specular Component Exclude）是两种不同的测量模式，它们在处理镜面反射光方面有着本质的区别。

①SCE模式排除镜面反射光

SCE模式通过排除镜面反射光来测量颜色，这种方法得到的测量结果更接近于人眼在自然条件下观察到的颜色。人眼在观察物体时，主要接收的是物体的漫反射光，而镜面反射光往往会导致视觉干扰。SCE模式通过滤除这些干扰光，提供了一个更真实的颜色视图。然而，这种模式下测量的结果可能会受到物体表面结构和粗糙度的显著影响，因为这些因素会改变光线的反射特性。

②SCI模式包含镜面反射光

与SCE模式相对，SCI模式在测量颜色时包含了所有的表面反射光，包括镜面反射和漫反射。这种全面的测量方法能够提供一个物体外表颜色的客观表示，不受物体表面结构和粗糙度的影响。SCI模式特别适用于颜色质量监测和计算机配色，因为它能够提供一个全面的颜色数据，包括物体的光亮程度，这对于颜色的精确匹配和质量控制至关重要。

SCI模式提供了一个包含所有反射光的全面颜色视图，而SCE模式则提供了一个更接近人眼自然观察的颜色视图，两者各有优势，适用于不同的应用场景。

观察者角度——2°和10°

在色彩测量领域，观察者角度是影响颜色感知的关键因素之一。2°和10°视场的观察者角度，分别对应于不同的色彩观察条件和应用场景。

2°标准观察者的概念源于1931年，基于一组标准观察者的配色函数，这些函数是通过统计分析正常色觉观察者的数据得出的，与人眼结构紧密相关。CIE1931-XYZ色彩空间就是基于2°视场的中央观察条件建立的，主要涉及人眼的中央凹椎体细胞。这种视场适用于10-4°的观察范围，但对于小于1°的极小视场或大于40°的视场，CIE1931-XYZ标准观察者不再适用。

为了适应更广泛的视场需求，1964年在2°观察者的基础上发展出了10°标准观察者。10°观察者拥有更广泛的统计基础，因为它是基于更多正常色觉观察者的数据构建的。CIE1964-XYZ色彩系统考虑了更大的视场，覆盖了视网膜中心的椎体细胞和周围的杆体细胞，适合于10°视场的颜色观察。在2°视场条件下，人眼识别物体颜色的能力相对较低，而在10°视场条件下，颜色判断的精度和重现性更高。因此，当前的颜色测量大多采用10°视场。

颜色空间L*a*b*和Lab的客观描述

CIEL*a*b*（CIELAB）是一个广泛认可的色彩模型，旨在描述人眼可见的所有颜色。在这个模型中，L、a和b后面的星号（*）是名称的一部分，分别代表L*、a*和b*。Lab通常指的是Hunter Lab色彩空间，它基于颜色对立理论构建，使用不带星号的L、a、b表示。这两种色彩空间系统都基于颜色对立理论，并且在实际应用中较为广泛，因此区分它们是有意义的。

Hunter Lab和CIELAB颜色体系的计算方法存在差异。尽管两者都是从X、Y、Z三刺激值通过数学转换得到的，但它们在色度量取值上有所不同。例如，对于同一瓷砖的黄色，Hunter Lab体系给出的参数值为L=61.42，a=+18.11，b=+32.23；而CIELAB体系的参数值则为L*=67.81，a*=+19.56，b*=+58.16。

两个色彩空间在视觉感官的均匀性方面都有所不足。尽管CIELAB被CIE推荐为一个较为均匀的颜色空间，它在模拟人眼对色彩的感知时仍然存在不均匀性。例如，在CIELAB空间中，不同颜色区域（如红色与绿色）内同等距离的两个色样点，它们在视觉上的色彩差异并不相等，表明在不同颜色区域，色彩的感知宽容度是不同的。

色度系统XYZ和Yxy的客观描述：

CIEXYZ颜色空间，亦称作CIE1931颜色空间，是由国际照明委员会（CIE）提出的一种色彩模型。该模型旨在通过三个分量（X，Y，Z）来描述人眼能够感知的所有颜色。在这一模型中，X和Z分量代表颜色的色度，而Y分量则代表颜色的亮度。

CIEXYZ颜色空间广泛应用于色彩测量仪器，如测色仪和数字色彩分析器，为这些设备提供了分析样本所需的透射或反射的三色光信号。尽管CIEXYZ颜色空间在化学分析等领域有着广泛的应用，但其表示的颜色与人类视觉感知并不完全一致，这导致在不同颜色对比中可能存在一定的局限性。因此，CIEXYZ颜色空间通常被用作向其他颜色空间转换的中间色彩空间。

XYZ三刺激值对于定义颜色至关重要，但其结果不易于直接视觉解读。为了解决这一问题，CIE在1931年引入了Yxy色空间。Yxy色空间允许在二维图表上描述颜色，且与亮度无关。Y值代表物体的反射比，以百分比表示，与理想漫反射的100%反射比相比较。Y值对应于颜色三要素中的明度，其数值等同于三刺激值中的Y值。色度坐标x和y分别对应于颜色三要素中的色调和彩度。x和y色度坐标的计算公式如下：