色度測量的類型及儀器
發布時間：2024-09-18 點擊：131
一、兩種色度測量方法比較
密度測量也是一種對色彩進行測量的重要形式。密度計本身有其獨特的優點，這主要是對印刷過程控制而言。密度計價格便宜、讀數迅速，在許多方面超過其它精密制作測量儀器，例如在控制墨層厚度中應用，它們還被用在一些簡單而有意義的測量中。但密度計有下列缺點：
①儀器之間的一致性差，這是由于光源、光電倍增管和濾色片之間光譜特性上的差異造成的。然而，技術上的進步也提高了密度計的使用價值。現在已經出現帶有頻閃氙光源、光電二極管傳感器和不接觸樣本面進行測量的聯機密度計；裝有微處理器的密度計還可作簡單的計算（如計算油墨疊印率）。
②密度計不能提供與人眼靈敏度相關的心理物理測量，其分析測量能力是有限的。
③密度測量不能以某種形式跟cie表色系統相關聯，而cie表色系統卻是公認的色彩語言。
新型色度計和分光光度計已經使印刷工業認識到色度測量的潛力，這種測量跟人眼的光譜靈敏度密切相關并提供cie表色系統參數。
色度測量方法主要有兩種。第一種方法是利用光電色度計測色的方法，光電色度計在原理上非常類似于密度計，其外觀、操作方法及價格也跟密度計相近。光電色度處在接顯示三刺激值x（λ）、y（λ）、z（λ），大多數還把三刺激值轉換成為勻色空間標度，例如轉換成為cielab標度，但大多數只有一或二種照明，所以用光電色度計測得的色彩并不總是表現視覺色彩，另外，cielab色彩空間對印刷復制來說并不是最好的表色系統，因為它不能像cieluv那樣計算飽和度。光電色度計的精度在確定色差方面肯定是足夠的，可以在印刷車間用作色差比較的測量。許多光電色度計的精度也高到足以進行絕對色彩和相對色差的測量，但是一般說來，人們更喜歡用分光光度計去完成上述各項任務。
色度計可以看成是一個反射率計，或一個不帶對數變換器但帶有一套專門濾色片的密度計。當然，這是一種能完成色度測量的方法。附加一套濾色片的目的是根據cie光譜三刺激值在色度計的每個通道中給光譜的各個波長加權。但色度計不同于密度計，它涉及的主要是反射率問題而不是一個對數問題，但反射率很容易轉換成密度，反之也是可以的。色度計的光譜成分被認為跟人的視覺靈敏度有良好的線性關系。但事實上這是不可能的（涉及到盧瑟條件問題），因此光電色度計在原理上存在誤差。
第二種方法是利用分光光度計測量色彩的方法。正像三濾色片光電色度計可看成是一個專門的反射率測量儀器一樣，分光光度計也可以這樣看，但它與光電色度計不同，分光光度計測量的是一個物體的整個可見反射光譜，分光光度計是在可見光譜域逐點測量，即在一些離散點上進行測量，通常每隔10或20nm測量一個點，在400～700mm的范圍內測量16～31個點。有些分光光度計是連續地對光譜進行測量，而三濾色片光電色度計只對三個點進行測量，所以杜光光度計能提供的信息要多得多，至少是對16個點進行測量。
分光光度計把色彩作為一種不受觀察者支配的物理現象進行測量。為了獲得三刺激值它可以對反射光譜進行積分，可以把色彩作為視覺響應加以解釋，它是一種最靈活的色彩測量儀器。
對于非熒光材料來說，分光光度計提供的測量結果可以不依賴于所用的照明，可以在熒光燈下、白熾燈下及日光下評價調墨效果，因為分光光度計測量的是反射光譜，它可以自動地、客觀地對調墨效果進行評價。事實上，如果兩個色樣的反射光譜是匹配的，那么就可以認為這兩個物體具有相同的色彩，而在什么光源下進行觀察是無關緊要的。
熒光材料在印刷工業中是常用的，許多紙張含有熒光材料（如增白劑），許多黃油墨也會產生一定程度的熒光，熒光對印刷材料的色彩是有影響的。
印刷工藝中的某些現象如紙上網點覆蓋率、油墨強度等本質上就是在窄波段范圍內發生的物理現象，當然最好還是用窄帶測量進行評價。但是應當指出，窄密度測量（如a狀態密度）不能用于測量視覺色彩，但分光光度測量能解決這個問題。因為它所作的測量是窄帶測量，它對光譜的抽樣是充足的，所以可以做與視覺一致的色彩測量。為了進行預期類型的測量（窄帶或寬帶），可以為分光光度計預先編寫計算程序。許多新型分光光度計包含有計算機，根據程序去完成標準的印刷復制質量控制和窄帶測量都是合適的，但它明顯的比密度計昂貴。
眾所周知，對顏色進行測量展最基本的方法是主觀目視法。這種方法是根據色譜中的顏色用目視匹配未知的顏色，用分光光度計測得的色彩數據比人眼的分辨能力要精細，這對分析顏料的濃度是有用的，只需要根據一些公式進行計算，便可以分析和控制原材料的份量。
根據分光光度計的測量數值可以計算密度值和色度值（但反向計算是不正確的）；可以分析同色異譜現象；新型分光光度計還可以把分光光度測量數據直接轉換成其它表色系統的參數，轉換方法與色度計是一樣的。[next]
二、色度測量標準化的三要素
照明、觀測的幾何條件、標準白是實現色彩測量近漁業到三個主要因素。
各表色系統參數值的計算取決于照明種類。a、b、c和d65光源分別是模擬白熾燈、中午時分的日光、陰天的日光或多云的中午日光，特別是d65光源，它的輻射分布是對不同時間、不同氣候和不同地點的目光光譜作了許多測量之后，經過復雜的求平均值過程得出來的。c光源和d65光源對印刷工業是最有用的。
標準光源c在紫外線區的功率很小，對于不發熒光的色彩來說，這是無關緊要的。但對于發熒光的色彩而言，采用c光源照明時，該色彩發生的熒光就比在真實的日光中發出的熒光少。伴隨著熒光添加劑在白色顏料中的廣泛應用，很需要一種更能表達日光，包括紫外線區的光源，因此cie于1963年推薦了標準光源d65。為d65定義的光譜范圍是300～830nm，色溫6500k，是一系列d光源中的一種。因為許多油墨和紙張呈現熒光，所以對于印刷工業來說d65光源是重要的，如果不需要紫外光，可用濾光片除去。
通過表2－2可以說明熒光對測量結果帶來的影響。雖然紙和黃墨表現出較明顯的熒光性質，但對總的測量結果沒有產生太大的影響。當光源中含紫外線成分時，正如預料的那樣，紙張和黃墨顯得更藍一些，紙張的l值也稍微大一些，這種變化傾向是正確的，但黃墨的l微微下降，表現出錯誤的變化傾向。
表2－2 紫外線對測量數據的影響
參數 紙 青 品紅 黃 有紫外線 無紫外線 有紫外線 無紫外線 有紫外線 無紫外線 有紫外線 無紫外線 x（λ） 88.77 86.46 19.23 19.27 37.40 37.36 67.90 67.13 y（λ） 86.61 85.56 24.90 25.00 20.70 20.65 74.60 73.79 z（λ） 98.85 95.29 72.31 71.95 26.30 25．80 10.80 10.55 l 94.57 94.12 60.56 60.97 55.95 56.22 94.36 94.42 u －10.76 －10.44 -51．50 －59.97 107．92 109.66 25.85 25.44 v －12.09 －9.5 －15．79 -77.00 －20.86 －20.55 106.48 104.23
在印刷工業中，觀察原稿類的透射樣本時推薦采用d50光源，觀察印刷品等反射樣本時推薦采用d65光源，兩種光湖的色溫不同，這是應當注意的。
在對半透明薄紙樣本進行測量時，在樣本下面襯一白色表面具有特殊的意義。
對于大多數情況應當襯一白色表面，這樣最接近于標準觀察狀態。但對于一些質量控制測量的情況而言，襯一黑色表面可能更可取。
如果觀察一個非常光滑的反射表面，那么物體的色彩取決于光相對于表面的入射角度和眼睛相對于入射光的觀察角度。如果光線只從一個方向射入，為了避免看到光源的鏡像，可以適當地轉動一下表面，這樣就可以看到物體表面的色彩了。如果這個反射表面從不同的方向上被照明，在一個房間內，物體的反射表面被來自許多窗子的光線照明或用許多人造光源照明，那么，想找到一個方向完全避免光源的鏡面反射是不可能的。如果在一個很大的光源下觀察這個反射表面，例如在陰天的日光下或在一個均勻照射的頂燈下面，那么總是在部分鏡面反射的情況下看到表面的色彩。鏡面反射是由物體表面產生的，除非物體是金屬，否則，反射的光總是和光源的色彩相像。如果照明的色彩是白色，鏡面反射一般總是把白光加到表面色彩中去，除非反射表面的本身就是白色，否則，其效果總是降低色彩的飽和度。這就是光澤表面在定向照射情況下比在慢射照明情況下看起來更飽和的原因。
對于一個完全粗糙的表面來說，入射的每一束光不管其入射角度如何，如果沒有進入表面就會有一些進入眼睛，這部分光不受顏料影響（除非是金屬）。因此當在白光中觀察粗糙表面時，由于表面反射，飽和度總是降低。由于這個原因，粗糙表面一般不像光澤表面那樣飽和，除非光澤表面是用非常擴散的光照明的情況。
大多數表面既不是完全粗糙，也不是非常光澤，照明和觀察的幾何條件的影響處于上述兩種極端狀況之間，表現的色彩飽和度比光澤面的情況低、比粗糙面的情況高，表面性質上的區別對物體的色彩感覺有很大的影響。
顯然，照明和觀察的幾何條件對色彩效應起著重要的作用。國際照明委員會根據實際應用的需要推薦了一些供色度測量應用的照明與觀察的幾何條件。
在測量反射（透射）率參數時，國際照明委員會推薦理想漫反射（透射）體作為標準白色。理想沒反射體即理想的各向同性漫射體，在反射空間的各個方向具有相同的發光密度，因此標準白色是一個完全無光澤的白色面，它滿足下列條件：
①入射到該面上的光全部反射到空間，因此在可見光譜范圍內所有波長的光都不被吸收；
②反射光完全是漫射的，無光澤、均勻地朝各個方向散射，1lx的照度在各個方向產生出的光亮度等于104cd／m2。
③上面兩個特性與入射光的方向完全無關。
標準白可以用硫酸鋇粉壓制而成，倘若硫酸鋇很純，光吸收率很低，只有2％左右，相當近似于理想的漫反射標準白色，并且在可見光譜范圍內與波長無關，當波長短至小于410nm時吸收率才增加，用來制造這種白色標準的硫酸鋇有精確的規定。測量時用校正的方法補償理想無光澤白色面和實際白色標準之間的差別。必須強調，理想漫反射的y刺激值規定為100，在任何照明下一切彩色物體（非熒光體）中理想漫反射體的發光密度最高，是計算三刺激值的基準參數。
就標準白色而言，理想漫反射體僅是一種選擇，通常用來評價紡織品、油漆也許是合適的，可是在某些應用中，理想漫反射體作為標準白色可能是不合適的。例如在評價油墨的時候把所用的紙張作為標準白色一般來說是更好的選擇。這是因為，如果紙張輕微泛黃，那么一個非選擇性的中性油墨相對于理想漫反射體來說也將帶淡黃色，但油墨本身并不是泛黃的，因此把未印刷的紙張作為標準白評價油墨更好；但理想漫反射標準白對評價紙張來說是合適的。
就一個逼真的反射印刷品而言，用理想漫反射體作為標準白測量紙張是恰當的，而在評價圖像面的時候，用畫面上具有代表性的白色作為標準則是合適的。這個有代表性的白色（設刺激值為yn）不僅可能是一個不同的顏色，而且可能比理想漫反射體明顯的暗，理想漫反射體（設刺激值為y）就會有一個比單位值明顯要高的值y／yn，這說明標準漫反射體的亮度比圖像中的白色的亮度要大。[next]
三、分光光度計與三濾色片色度計
當前市售的分光光度計大多數不是真正的分光光度計，而是簡化的分光光度計。用這種分光光度計只能對預先給定的波長進行測量，而不能對可見光譜的全部波長連續地進行測量。
圖2－7是分光光度計光路簡圖。分光光度計跟眼睛不同，眼睛是同時在感受的全部波長上評價接受的光能，而反射曲線的測量必須逐波長地進行。這就必須把光源的光在各個波長上進行分解，這既可以在照射樣本之前分解成單色光，也可以在從樣本上反射之后進行分解。幾乎所有的新型儀器都按后一種方式工作，只有這樣才能對具有熒光性質的樣本進行正確的測量。
（圖2－7）
1．光源。測量所用的照明必須包含可見光譜的全部波長。測量發熒光的樣本時，反射率曲線和由反射率曲線算出的三刺激值要正確地再現視覺色彩，測量所用光源的輻射分布要符合彩色匹配要求的輻射分布。
2．光的色散。為了逐波長地測量樣本的反射率，必須對樣本反射的光進行色散。在散光的傳統元件是用棱鏡，但在現代儀器中則常用彎曲光柵。后者得到的不同波長的間隔可以是相等的，這可以使光圈結構不必是可變的。色散光的第三種可以選擇的元件是彩色干涉濾色片。
3．測量的幾何條件。人們用視覺評判樣本時，換句話說，人們用視覺匹配樣本的色彩時，被評判的樣本應放在臨北面窗口的桌子上被漫射的自然光照明。這時，只有在某個方向反射并達到眼睛的光被觀察到。測量色彩時不用日光照明，而是用模擬日光的光源照明，兩者關系是相似關系。
大多數分光光度計有一個稱作積分球的元件。球的內壁涂以白色，壁上開有小孔，以便讓照明標本所必需的光線出入。光源放在球內或至少放在球旁邊，以便用擴散的光照明球壁。所以，小球上有一或兩個小孔，以便放置被測樣本或標準白板。對著樣本的孔因測量儀不同而有不同的尺寸，在大多數儀器中這個孔的孔徑是可以連續改變的，以便適應被測樣本的大小。最常用的孔徑是2～3cm，孔徑小于0．5cm時只作為特別附件提供。由于技術上的原因，大于5cm的孔徑不常用。被測樣本的大小經常是不一樣的，應該使孔徑像樣本那樣大，但孔徑大于5cm時，測量結果容易出現不均勻性（不像較小的孔那樣穩定）。
帶積分球的分光光度計，樣本通常是在慢射照明的狀態下，測量從樣本某個方向反射的光。一般是測量8°方向反射的光（圖2－8），其優點是可以在積分球的另一個孔的旁邊安裝一個所謂光澤吸收餅的東西，借此使樣本避免來自8°的情況下照明，樣本的光澤在測量時被排除。然而，帶光澤吸收阱的測量方式只是在高光澤度樣本的情況下選用，通常總是同時測量光澤，然后用計算的方法把它扣除。扣除量取決于空氣與樣本界面的光學性質，平均光澤校正量為4％。這對計算網點覆蓋率的場合具有特殊意義。
（圖2－8）
在用積分球測量的情況下，樣本上表面的結構只是一個次要的因素。這就是說當樣本以不同的方向放在測量孔下測量時，測量值的變化是較小的。即使這樣，樣本還是應當保持相同的方向放置。
雖然積分球內表面是涂白的，但它還是吸收一小部分光，導致光源的輻射分布發生變化，特別是在測量發熒光的樣本時更是如此。因而在一些新型分光光度計中，用45°環狀光源取代了積分球，而在0°方向進行測量，這樣光澤總是被排除在外了。環狀光源具有積分球的全部優點，克服了它的缺點。
有用于測量光澤樣本的分光光度計，用這種儀器，樣本被定向照明，與環形照明的情況不同。照明只從45°方向入射，在0°方向測量（見圖2－9），即用45°／0°幾何條件測量。該圖清楚地表明在此種測量方式下光澤被排除的原因，只要樣本的光澤度小，對測量結果的影響是可以忽略不計的。對于光澤樣本一般是用計算的方法排除光澤的影響。45°／0°幾何條件應用較少，因為測量結果明顯地受樣本上表面的無規律性影響，結果的重復性不像用積分球測量那樣好。
圖2－9
4．傳感器。在分光光度計中，傳感器是用光電池、光電二極管或光電倍增管裝配成的。以前通常只用一個傳感器，單色光按時間順序地照射在傳感器上并被量化。為了改善測量速度，一些新式儀器配備了16個傳感器，可以同時對16個波長進行測量（從400～700nm，間距20nm）。
5．儀器的標定。現在儀器的標定比以前簡單得多，因為幾乎所有通過機械調節并用數學方法校正的方式都已被取代。盡管如此，也不要忘記標定，因為一個分光光度計的測量值在很大程度上取決于仔細的、定期的標定。
標定的內容有100％線定標（標準白色定標）、0％線定標，如果可能的話還要進行波長和光電梯尺定標。
100％線是用標準白色標定的，這是要再度校準到絕對白色上。常用的標準白是用硫酸鋇粉壓制的，其絕對反射率在全部波長范圍內總計達到98％。雖然現在的分光光度計都能長時間保持穩定，但每天至少還要標定一次，最好每天校正多次。
0％線校正是用與上述類似的方法完成的，一般是用一個黑體作0％線定標，由于黑體吸收全部入射的光能，其反射率為0。零線定標同樣每天進行，也有一些儀器不做0％標定，但這是不推薦的。
波長檢查和光電梯尺檢測在新型儀器中一般不再進行。[next]
6．分光光度計的精度。儀器的精度可用短時間可重復性、長時間可重復性及絕對精度等指標衡量。
一個儀器的短時間可重復性是重要的，特別在質量控制中測量色差時是這樣。一個短時間重復性不好的儀器是不符合技術要求的，可以把樣本放在檢測頭下連續地進行測量，得到的反射率值木應有大于 0．02～0．03％的差別，然后用測得的值計算色差δe（指δe cielab值），可用全部測量值的平均值或第一次測量值作基準值，δe的值不應大于0.05～0.01，現代測色系統一般都能滿足這個要求。如果在檢查的時候測量值是連續變動的，這不是儀器的問題，而是樣本造成的。樣本放在檢測頭下被光照射會變熱，樣本受熱時其顏色會發生變化，用戶應注意購買探測頭釋放能量小的儀器，如選購采用氛閃光燈的儀器。現代儀器測量速度很快，由于樣本變熱造成的影響比以往的儀器小得多了。
長時間可重復性對于配方計算是重要的，因為著色劑和樣本要在不同的時間進行測量（放置時間甚至不只一年）。
長時間穩定性可以通過一個長時間穩定的樣本進行檢查，色差應該不大于1。對于好的儀器來說δe＝0．5。對檢查和監督長時間穩定性的意義往往強調得不夠。對于長時間穩定的儀器來說，在做配萬計算時可以省卻校正步驟，只用統計質量管理即可，這時測量值只受生產條件影響而不受儀器的影響。
測色儀器的絕對精度遠不如它的重復性那么好，絕對精度的檢查可以用校正好的標準樣本進行。如果用不同的儀器測量同一個長時間穩定的樣本，就會得出一個不一致的結果。在標準制定之前，標準委員會一直在對由不同系統測得的色值進行比較，通過研究發現，用同類型儀器測量同一樣本時能表現出幾個單位色差。被測樣本越暗和越亮，則偏差越大，在比較不同類型的儀器時偏差更大，降低絕對偏差目前是無望的。
根據這些事實推斷，如果僅把反射率值和三刺激值作為樣本傳送，以希望的精確度匹配色彩是不可能的。
這里還必須提出一個與儀器的絕對精確度無關的警告，因為還涉及其它一些不易確定的因素，所以對色譜中的某個色彩來說想取得一致的色彩匹配是不可能的。
7．色度計（三濾色片測色儀器）的精度。三濾色片測色儀器在過去是工業上應用范圍很廣的測色儀器。為了模仿人的視覺過程以便提供符合標準的測量值，必須采用標準光源（光源輻射分布的轉換是用濾色片）照明要評判的樣本，傳感器的靈敏度也要用濾色片轉換成與觀察者的視覺靈敏度相吻合，然而多數只安裝一組濾色片，同時完成這兩項任務。色度計通常只有一個傳感器，在傳感器前面并置3個、最好4個濾色片〔4個濾色片是為了更好地調節短波部分的x（λ）曲線〕，在儀器標定正確有情況下，讀取的值容易換算成三刺激值，有時也直接讀取三刺激值或一個轉換色空間的值。這種儀器的優點是具有很好的短時間可重復性，缺點在于，由于視覺靈敏度跟濾色片一傳感器的關系難以調節正確，所以這種儀器的絕對精度不好。雖然色差測量的絕對精度是作為高階偏差考慮的，但在有些色度計中，這種偏差是如此之大，以致于只能用它測量色差較小和同色異譜很小的樣本。通常產品質量控制就屬于這種情況，在這種場合下，較老的三濾色片色度計也能取得好的效果。
由于現代電子學和現代器件如光導纖維的發展，制造小型可攜帶的三濾色片色度計是完全可能的，它們雖有上述的缺點，但價格是便宜的。
由于測量精確度和樣本精度的限制，計算結果不要以太多的位數輸出，反射率值（％）、三刺激值、a，b和l值及色差值通常精確到小數點后面兩位，最后一位已經是靠不住的了。
四、步距、光澤度與測量誤差的關系
如果色彩測量誤差不是由被測樣本造成的。那么儀器精度對色差數據的影響很小。
sttocka 1973年已經指出，對于飽和度高的樣本來說，以20nm的步距測量也可以正確地計算色差。例如：分別以10nm和20nm的步距測量一對同色異譜樣本的色差。由排列在表2－3中的數值可知，差別是很小的。
必須認識到，對于一對反射曲線具有明顯差別的樣本而言，色差作為步距的函數僅有微小的變化。這個變化遠比改變光源和改變觀察者所起的影響作用要小，計算時不僅色差仍然相同，而且三刺激值仍然相同，大多數情況只在小數點后面第二位出現差別。因此一再提出制造符合技術水準的步距10nm的簡化分光光度計的要求肯定不是緊迫的事。
表2－3 步距對測量的影響 同色異譜樣本對 δe（10nm） δe（20nm） 1 0.04 0.03 2 0.11 0.23 3 0.33 0.16 4 0.05 0.17 5 0.04 0.02
表2－4帶或不帶光澤校正的比較d65／10° 被測樣本的色別 rmin a b 樣本與基準樣本之間的色差δecielab 帶 帶 不帶 帶 不帶 帶 不帶 紅 23.8 38.6 40.9 14.0 15.2 0.73 0.81 黃1 8.3 －14.7 －15.2 70.4 75.4 1.59 1.71 黃2 7.8 0.3 0.3 76.6 84.5 0.33 0.34 藍 16.8 －5.3 -5.8 －36.3 －38.7 0.46 0.50
光澤樣本常常在排除光澤的情況下進行觀察。經常是一起測量光澤，再用計算方法扣除，根據表面的光澤情況降低三刺激值，降低的數值不大于4，以增加飽和度。如果在計算色差時不考慮光澤修正問題直接用三刺激值計算，這時三刺激值就太大（大約大4）。雖然在同一色空間內，三刺激值色空間的轉換是非線性的，但這個誤差對色差沒有大的影響，如果不作光澤校正計算色差，則色差值最多降低0．1。表2－4表示考慮光澤校正和不考慮光澤校正計算得到的色差，二者區別不大；表內也給出了a、b值，變化比較明顯；色度計算值幾乎沒有不同（樣本與基準樣本在色度方面的不同總是微不足道的）。盡管如此，不推薦用帶光澤吸收阱的積分球色度計測量具有中等光澤的樣本，因為在這種情況下被比較的樣本可能有不同量的光澤被消除掉。
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密度測量也是一種對色彩進行測量的重要形式。密度計本身有其獨特的優點，這主要是對印刷過程控制而言。密度計價格便宜、讀數迅速，在許多方面超過其它精密制作測量儀器，例如在控制墨層厚度中應用，它們還被用在一些簡單而有意義的測量中。但密度計有下列缺點：
①儀器之間的一致性差，這是由于光源、光電倍增管和濾色片之間光譜特性上的差異造成的。然而，技術上的進步也提高了密度計的使用價值。現在已經出現帶有頻閃氙光源、光電二極管傳感器和不接觸樣本面進行測量的聯機密度計；裝有微處理器的密度計還可作簡單的計算（如計算油墨疊印率）。
②密度計不能提供與人眼靈敏度相關的心理物理測量，其分析測量能力是有限的。
③密度測量不能以某種形式跟cie表色系統相關聯，而cie表色系統卻是公認的色彩語言。
新型色度計和分光光度計已經使印刷工業認識到色度測量的潛力，這種測量跟人眼的光譜靈敏度密切相關并提供cie表色系統參數。
色度測量方法主要有兩種。第一種方法是利用光電色度計測色的方法，光電色度計在原理上非常類似于密度計，其外觀、操作方法及價格也跟密度計相近。光電色度處在接顯示三刺激值x（λ）、y（λ）、z（λ），大多數還把三刺激值轉換成為勻色空間標度，例如轉換成為cielab標度，但大多數只有一或二種照明，所以用光電色度計測得的色彩并不總是表現視覺色彩，另外，cielab色彩空間對印刷復制來說并不是最好的表色系統，因為它不能像cieluv那樣計算飽和度。光電色度計的精度在確定色差方面肯定是足夠的，可以在印刷車間用作色差比較的測量。許多光電色度計的精度也高到足以進行絕對色彩和相對色差的測量，但是一般說來，人們更喜歡用分光光度計去完成上述各項任務。
色度計可以看成是一個反射率計，或一個不帶對數變換器但帶有一套專門濾色片的密度計。當然，這是一種能完成色度測量的方法。附加一套濾色片的目的是根據cie光譜三刺激值在色度計的每個通道中給光譜的各個波長加權。但色度計不同于密度計，它涉及的主要是反射率問題而不是一個對數問題，但反射率很容易轉換成密度，反之也是可以的。色度計的光譜成分被認為跟人的視覺靈敏度有良好的線性關系。但事實上這是不可能的（涉及到盧瑟條件問題），因此光電色度計在原理上存在誤差。
第二種方法是利用分光光度計測量色彩的方法。正像三濾色片光電色度計可看成是一個專門的反射率測量儀器一樣，分光光度計也可以這樣看，但它與光電色度計不同，分光光度計測量的是一個物體的整個可見反射光譜，分光光度計是在可見光譜域逐點測量，即在一些離散點上進行測量，通常每隔10或20nm測量一個點，在400～700mm的范圍內測量16～31個點。有些分光光度計是連續地對光譜進行測量，而三濾色片光電色度計只對三個點進行測量，所以杜光光度計能提供的信息要多得多，至少是對16個點進行測量。
分光光度計把色彩作為一種不受觀察者支配的物理現象進行測量。為了獲得三刺激值它可以對反射光譜進行積分，可以把色彩作為視覺響應加以解釋，它是一種最靈活的色彩測量儀器。
對于非熒光材料來說，分光光度計提供的測量結果可以不依賴于所用的照明，可以在熒光燈下、白熾燈下及日光下評價調墨效果，因為分光光度計測量的是反射光譜，它可以自動地、客觀地對調墨效果進行評價。事實上，如果兩個色樣的反射光譜是匹配的，那么就可以認為這兩個物體具有相同的色彩，而在什么光源下進行觀察是無關緊要的。
熒光材料在印刷工業中是常用的，許多紙張含有熒光材料（如增白劑），許多黃油墨也會產生一定程度的熒光，熒光對印刷材料的色彩是有影響的。
印刷工藝中的某些現象如紙上網點覆蓋率、油墨強度等本質上就是在窄波段范圍內發生的物理現象，當然最好還是用窄帶測量進行評價。但是應當指出，窄密度測量（如a狀態密度）不能用于測量視覺色彩，但分光光度測量能解決這個問題。因為它所作的測量是窄帶測量，它對光譜的抽樣是充足的，所以可以做與視覺一致的色彩測量。為了進行預期類型的測量（窄帶或寬帶），可以為分光光度計預先編寫計算程序。許多新型分光光度計包含有計算機，根據程序去完成標準的印刷復制質量控制和窄帶測量都是合適的，但它明顯的比密度計昂貴。
眾所周知，對顏色進行測量展最基本的方法是主觀目視法。這種方法是根據色譜中的顏色用目視匹配未知的顏色，用分光光度計測得的色彩數據比人眼的分辨能力要精細，這對分析顏料的濃度是有用的，只需要根據一些公式進行計算，便可以分析和控制原材料的份量。
根據分光光度計的測量數值可以計算密度值和色度值（但反向計算是不正確的）；可以分析同色異譜現象；新型分光光度計還可以把分光光度測量數據直接轉換成其它表色系統的參數，轉換方法與色度計是一樣的。[next]
二、色度測量標準化的三要素
照明、觀測的幾何條件、標準白是實現色彩測量近漁業到三個主要因素。
各表色系統參數值的計算取決于照明種類。a、b、c和d65光源分別是模擬白熾燈、中午時分的日光、陰天的日光或多云的中午日光，特別是d65光源，它的輻射分布是對不同時間、不同氣候和不同地點的目光光譜作了許多測量之后，經過復雜的求平均值過程得出來的。c光源和d65光源對印刷工業是最有用的。
標準光源c在紫外線區的功率很小，對于不發熒光的色彩來說，這是無關緊要的。但對于發熒光的色彩而言，采用c光源照明時，該色彩發生的熒光就比在真實的日光中發出的熒光少。伴隨著熒光添加劑在白色顏料中的廣泛應用，很需要一種更能表達日光，包括紫外線區的光源，因此cie于1963年推薦了標準光源d65。為d65定義的光譜范圍是300～830nm，色溫6500k，是一系列d光源中的一種。因為許多油墨和紙張呈現熒光，所以對于印刷工業來說d65光源是重要的，如果不需要紫外光，可用濾光片除去。
通過表2－2可以說明熒光對測量結果帶來的影響。雖然紙和黃墨表現出較明顯的熒光性質，但對總的測量結果沒有產生太大的影響。當光源中含紫外線成分時，正如預料的那樣，紙張和黃墨顯得更藍一些，紙張的l值也稍微大一些，這種變化傾向是正確的，但黃墨的l微微下降，表現出錯誤的變化傾向。
表2－2 紫外線對測量數據的影響
參數 紙 青 品紅 黃 有紫外線 無紫外線 有紫外線 無紫外線 有紫外線 無紫外線 有紫外線 無紫外線 x（λ） 88.77 86.46 19.23 19.27 37.40 37.36 67.90 67.13 y（λ） 86.61 85.56 24.90 25.00 20.70 20.65 74.60 73.79 z（λ） 98.85 95.29 72.31 71.95 26.30 25．80 10.80 10.55 l 94.57 94.12 60.56 60.97 55.95 56.22 94.36 94.42 u －10.76 －10.44 -51．50 －59.97 107．92 109.66 25.85 25.44 v －12.09 －9.5 －15．79 -77.00 －20.86 －20.55 106.48 104.23
在印刷工業中，觀察原稿類的透射樣本時推薦采用d50光源，觀察印刷品等反射樣本時推薦采用d65光源，兩種光湖的色溫不同，這是應當注意的。
在對半透明薄紙樣本進行測量時，在樣本下面襯一白色表面具有特殊的意義。
對于大多數情況應當襯一白色表面，這樣最接近于標準觀察狀態。但對于一些質量控制測量的情況而言，襯一黑色表面可能更可取。
如果觀察一個非常光滑的反射表面，那么物體的色彩取決于光相對于表面的入射角度和眼睛相對于入射光的觀察角度。如果光線只從一個方向射入，為了避免看到光源的鏡像，可以適當地轉動一下表面，這樣就可以看到物體表面的色彩了。如果這個反射表面從不同的方向上被照明，在一個房間內，物體的反射表面被來自許多窗子的光線照明或用許多人造光源照明，那么，想找到一個方向完全避免光源的鏡面反射是不可能的。如果在一個很大的光源下觀察這個反射表面，例如在陰天的日光下或在一個均勻照射的頂燈下面，那么總是在部分鏡面反射的情況下看到表面的色彩。鏡面反射是由物體表面產生的，除非物體是金屬，否則，反射的光總是和光源的色彩相像。如果照明的色彩是白色，鏡面反射一般總是把白光加到表面色彩中去，除非反射表面的本身就是白色，否則，其效果總是降低色彩的飽和度。這就是光澤表面在定向照射情況下比在慢射照明情況下看起來更飽和的原因。
對于一個完全粗糙的表面來說，入射的每一束光不管其入射角度如何，如果沒有進入表面就會有一些進入眼睛，這部分光不受顏料影響（除非是金屬）。因此當在白光中觀察粗糙表面時，由于表面反射，飽和度總是降低。由于這個原因，粗糙表面一般不像光澤表面那樣飽和，除非光澤表面是用非常擴散的光照明的情況。
大多數表面既不是完全粗糙，也不是非常光澤，照明和觀察的幾何條件的影響處于上述兩種極端狀況之間，表現的色彩飽和度比光澤面的情況低、比粗糙面的情況高，表面性質上的區別對物體的色彩感覺有很大的影響。
顯然，照明和觀察的幾何條件對色彩效應起著重要的作用。國際照明委員會根據實際應用的需要推薦了一些供色度測量應用的照明與觀察的幾何條件。
在測量反射（透射）率參數時，國際照明委員會推薦理想漫反射（透射）體作為標準白色。理想沒反射體即理想的各向同性漫射體，在反射空間的各個方向具有相同的發光密度，因此標準白色是一個完全無光澤的白色面，它滿足下列條件：
①入射到該面上的光全部反射到空間，因此在可見光譜范圍內所有波長的光都不被吸收；
②反射光完全是漫射的，無光澤、均勻地朝各個方向散射，1lx的照度在各個方向產生出的光亮度等于104cd／m2。
③上面兩個特性與入射光的方向完全無關。
標準白可以用硫酸鋇粉壓制而成，倘若硫酸鋇很純，光吸收率很低，只有2％左右，相當近似于理想的漫反射標準白色，并且在可見光譜范圍內與波長無關，當波長短至小于410nm時吸收率才增加，用來制造這種白色標準的硫酸鋇有精確的規定。測量時用校正的方法補償理想無光澤白色面和實際白色標準之間的差別。必須強調，理想漫反射的y刺激值規定為100，在任何照明下一切彩色物體（非熒光體）中理想漫反射體的發光密度最高，是計算三刺激值的基準參數。
就標準白色而言，理想漫反射體僅是一種選擇，通常用來評價紡織品、油漆也許是合適的，可是在某些應用中，理想漫反射體作為標準白色可能是不合適的。例如在評價油墨的時候把所用的紙張作為標準白色一般來說是更好的選擇。這是因為，如果紙張輕微泛黃，那么一個非選擇性的中性油墨相對于理想漫反射體來說也將帶淡黃色，但油墨本身并不是泛黃的，因此把未印刷的紙張作為標準白評價油墨更好；但理想漫反射標準白對評價紙張來說是合適的。
就一個逼真的反射印刷品而言，用理想漫反射體作為標準白測量紙張是恰當的，而在評價圖像面的時候，用畫面上具有代表性的白色作為標準則是合適的。這個有代表性的白色（設刺激值為yn）不僅可能是一個不同的顏色，而且可能比理想漫反射體明顯的暗，理想漫反射體（設刺激值為y）就會有一個比單位值明顯要高的值y／yn，這說明標準漫反射體的亮度比圖像中的白色的亮度要大。[next]
三、分光光度計與三濾色片色度計
當前市售的分光光度計大多數不是真正的分光光度計，而是簡化的分光光度計。用這種分光光度計只能對預先給定的波長進行測量，而不能對可見光譜的全部波長連續地進行測量。
圖2－7是分光光度計光路簡圖。分光光度計跟眼睛不同，眼睛是同時在感受的全部波長上評價接受的光能，而反射曲線的測量必須逐波長地進行。這就必須把光源的光在各個波長上進行分解，這既可以在照射樣本之前分解成單色光，也可以在從樣本上反射之后進行分解。幾乎所有的新型儀器都按后一種方式工作，只有這樣才能對具有熒光性質的樣本進行正確的測量。
（圖2－7）
1．光源。測量所用的照明必須包含可見光譜的全部波長。測量發熒光的樣本時，反射率曲線和由反射率曲線算出的三刺激值要正確地再現視覺色彩，測量所用光源的輻射分布要符合彩色匹配要求的輻射分布。
2．光的色散。為了逐波長地測量樣本的反射率，必須對樣本反射的光進行色散。在散光的傳統元件是用棱鏡，但在現代儀器中則常用彎曲光柵。后者得到的不同波長的間隔可以是相等的，這可以使光圈結構不必是可變的。色散光的第三種可以選擇的元件是彩色干涉濾色片。
3．測量的幾何條件。人們用視覺評判樣本時，換句話說，人們用視覺匹配樣本的色彩時，被評判的樣本應放在臨北面窗口的桌子上被漫射的自然光照明。這時，只有在某個方向反射并達到眼睛的光被觀察到。測量色彩時不用日光照明，而是用模擬日光的光源照明，兩者關系是相似關系。
大多數分光光度計有一個稱作積分球的元件。球的內壁涂以白色，壁上開有小孔，以便讓照明標本所必需的光線出入。光源放在球內或至少放在球旁邊，以便用擴散的光照明球壁。所以，小球上有一或兩個小孔，以便放置被測樣本或標準白板。對著樣本的孔因測量儀不同而有不同的尺寸，在大多數儀器中這個孔的孔徑是可以連續改變的，以便適應被測樣本的大小。最常用的孔徑是2～3cm，孔徑小于0．5cm時只作為特別附件提供。由于技術上的原因，大于5cm的孔徑不常用。被測樣本的大小經常是不一樣的，應該使孔徑像樣本那樣大，但孔徑大于5cm時，測量結果容易出現不均勻性（不像較小的孔那樣穩定）。
帶積分球的分光光度計，樣本通常是在慢射照明的狀態下，測量從樣本某個方向反射的光。一般是測量8°方向反射的光（圖2－8），其優點是可以在積分球的另一個孔的旁邊安裝一個所謂光澤吸收餅的東西，借此使樣本避免來自8°的情況下照明，樣本的光澤在測量時被排除。然而，帶光澤吸收阱的測量方式只是在高光澤度樣本的情況下選用，通常總是同時測量光澤，然后用計算的方法把它扣除。扣除量取決于空氣與樣本界面的光學性質，平均光澤校正量為4％。這對計算網點覆蓋率的場合具有特殊意義。
（圖2－8）
在用積分球測量的情況下，樣本上表面的結構只是一個次要的因素。這就是說當樣本以不同的方向放在測量孔下測量時，測量值的變化是較小的。即使這樣，樣本還是應當保持相同的方向放置。
雖然積分球內表面是涂白的，但它還是吸收一小部分光，導致光源的輻射分布發生變化，特別是在測量發熒光的樣本時更是如此。因而在一些新型分光光度計中，用45°環狀光源取代了積分球，而在0°方向進行測量，這樣光澤總是被排除在外了。環狀光源具有積分球的全部優點，克服了它的缺點。
有用于測量光澤樣本的分光光度計，用這種儀器，樣本被定向照明，與環形照明的情況不同。照明只從45°方向入射，在0°方向測量（見圖2－9），即用45°／0°幾何條件測量。該圖清楚地表明在此種測量方式下光澤被排除的原因，只要樣本的光澤度小，對測量結果的影響是可以忽略不計的。對于光澤樣本一般是用計算的方法排除光澤的影響。45°／0°幾何條件應用較少，因為測量結果明顯地受樣本上表面的無規律性影響，結果的重復性不像用積分球測量那樣好。
圖2－9
4．傳感器。在分光光度計中，傳感器是用光電池、光電二極管或光電倍增管裝配成的。以前通常只用一個傳感器，單色光按時間順序地照射在傳感器上并被量化。為了改善測量速度，一些新式儀器配備了16個傳感器，可以同時對16個波長進行測量（從400～700nm，間距20nm）。
5．儀器的標定。現在儀器的標定比以前簡單得多，因為幾乎所有通過機械調節并用數學方法校正的方式都已被取代。盡管如此，也不要忘記標定，因為一個分光光度計的測量值在很大程度上取決于仔細的、定期的標定。
標定的內容有100％線定標（標準白色定標）、0％線定標，如果可能的話還要進行波長和光電梯尺定標。
100％線是用標準白色標定的，這是要再度校準到絕對白色上。常用的標準白是用硫酸鋇粉壓制的，其絕對反射率在全部波長范圍內總計達到98％。雖然現在的分光光度計都能長時間保持穩定，但每天至少還要標定一次，最好每天校正多次。
0％線校正是用與上述類似的方法完成的，一般是用一個黑體作0％線定標，由于黑體吸收全部入射的光能，其反射率為0。零線定標同樣每天進行，也有一些儀器不做0％標定，但這是不推薦的。
波長檢查和光電梯尺檢測在新型儀器中一般不再進行。[next]
6．分光光度計的精度。儀器的精度可用短時間可重復性、長時間可重復性及絕對精度等指標衡量。
一個儀器的短時間可重復性是重要的，特別在質量控制中測量色差時是這樣。一個短時間重復性不好的儀器是不符合技術要求的，可以把樣本放在檢測頭下連續地進行測量，得到的反射率值木應有大于 0．02～0．03％的差別，然后用測得的值計算色差δe（指δe cielab值），可用全部測量值的平均值或第一次測量值作基準值，δe的值不應大于0.05～0.01，現代測色系統一般都能滿足這個要求。如果在檢查的時候測量值是連續變動的，這不是儀器的問題，而是樣本造成的。樣本放在檢測頭下被光照射會變熱，樣本受熱時其顏色會發生變化，用戶應注意購買探測頭釋放能量小的儀器，如選購采用氛閃光燈的儀器。現代儀器測量速度很快，由于樣本變熱造成的影響比以往的儀器小得多了。
長時間可重復性對于配方計算是重要的，因為著色劑和樣本要在不同的時間進行測量（放置時間甚至不只一年）。
長時間穩定性可以通過一個長時間穩定的樣本進行檢查，色差應該不大于1。對于好的儀器來說δe＝0．5。對檢查和監督長時間穩定性的意義往往強調得不夠。對于長時間穩定的儀器來說，在做配萬計算時可以省卻校正步驟，只用統計質量管理即可，這時測量值只受生產條件影響而不受儀器的影響。
測色儀器的絕對精度遠不如它的重復性那么好，絕對精度的檢查可以用校正好的標準樣本進行。如果用不同的儀器測量同一個長時間穩定的樣本，就會得出一個不一致的結果。在標準制定之前，標準委員會一直在對由不同系統測得的色值進行比較，通過研究發現，用同類型儀器測量同一樣本時能表現出幾個單位色差。被測樣本越暗和越亮，則偏差越大，在比較不同類型的儀器時偏差更大，降低絕對偏差目前是無望的。
根據這些事實推斷，如果僅把反射率值和三刺激值作為樣本傳送，以希望的精確度匹配色彩是不可能的。
這里還必須提出一個與儀器的絕對精確度無關的警告，因為還涉及其它一些不易確定的因素，所以對色譜中的某個色彩來說想取得一致的色彩匹配是不可能的。
7．色度計（三濾色片測色儀器）的精度。三濾色片測色儀器在過去是工業上應用范圍很廣的測色儀器。為了模仿人的視覺過程以便提供符合標準的測量值，必須采用標準光源（光源輻射分布的轉換是用濾色片）照明要評判的樣本，傳感器的靈敏度也要用濾色片轉換成與觀察者的視覺靈敏度相吻合，然而多數只安裝一組濾色片，同時完成這兩項任務。色度計通常只有一個傳感器，在傳感器前面并置3個、最好4個濾色片〔4個濾色片是為了更好地調節短波部分的x（λ）曲線〕，在儀器標定正確有情況下，讀取的值容易換算成三刺激值，有時也直接讀取三刺激值或一個轉換色空間的值。這種儀器的優點是具有很好的短時間可重復性，缺點在于，由于視覺靈敏度跟濾色片一傳感器的關系難以調節正確，所以這種儀器的絕對精度不好。雖然色差測量的絕對精度是作為高階偏差考慮的，但在有些色度計中，這種偏差是如此之大，以致于只能用它測量色差較小和同色異譜很小的樣本。通常產品質量控制就屬于這種情況，在這種場合下，較老的三濾色片色度計也能取得好的效果。
由于現代電子學和現代器件如光導纖維的發展，制造小型可攜帶的三濾色片色度計是完全可能的，它們雖有上述的缺點，但價格是便宜的。
由于測量精確度和樣本精度的限制，計算結果不要以太多的位數輸出，反射率值（％）、三刺激值、a，b和l值及色差值通常精確到小數點后面兩位，最后一位已經是靠不住的了。
四、步距、光澤度與測量誤差的關系
如果色彩測量誤差不是由被測樣本造成的。那么儀器精度對色差數據的影響很小。
sttocka 1973年已經指出，對于飽和度高的樣本來說，以20nm的步距測量也可以正確地計算色差。例如：分別以10nm和20nm的步距測量一對同色異譜樣本的色差。由排列在表2－3中的數值可知，差別是很小的。
必須認識到，對于一對反射曲線具有明顯差別的樣本而言，色差作為步距的函數僅有微小的變化。這個變化遠比改變光源和改變觀察者所起的影響作用要小，計算時不僅色差仍然相同，而且三刺激值仍然相同，大多數情況只在小數點后面第二位出現差別。因此一再提出制造符合技術水準的步距10nm的簡化分光光度計的要求肯定不是緊迫的事。
表2－3 步距對測量的影響 同色異譜樣本對 δe（10nm） δe（20nm） 1 0.04 0.03 2 0.11 0.23 3 0.33 0.16 4 0.05 0.17 5 0.04 0.02
表2－4帶或不帶光澤校正的比較d65／10° 被測樣本的色別 rmin a b 樣本與基準樣本之間的色差δecielab 帶 帶 不帶 帶 不帶 帶 不帶 紅 23.8 38.6 40.9 14.0 15.2 0.73 0.81 黃1 8.3 －14.7 －15.2 70.4 75.4 1.59 1.71 黃2 7.8 0.3 0.3 76.6 84.5 0.33 0.34 藍 16.8 －5.3 -5.8 －36.3 －38.7 0.46 0.50
光澤樣本常常在排除光澤的情況下進行觀察。經常是一起測量光澤，再用計算方法扣除，根據表面的光澤情況降低三刺激值，降低的數值不大于4，以增加飽和度。如果在計算色差時不考慮光澤修正問題直接用三刺激值計算，這時三刺激值就太大（大約大4）。雖然在同一色空間內，三刺激值色空間的轉換是非線性的，但這個誤差對色差沒有大的影響，如果不作光澤校正計算色差，則色差值最多降低0．1。表2－4表示考慮光澤校正和不考慮光澤校正計算得到的色差，二者區別不大；表內也給出了a、b值，變化比較明顯；色度計算值幾乎沒有不同（樣本與基準樣本在色度方面的不同總是微不足道的）。盡管如此，不推薦用帶光澤吸收阱的積分球色度計測量具有中等光澤的樣本，因為在這種情況下被比較的樣本可能有不同量的光澤被消除掉。
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