非接触式高速在线色度计

色度计基础（三）常见测色方法和仪器摘要针对不同的测试环境和要求，需要选不同的测试仪器。在只需要知道样品色坐标的情况下，可以选用光电积分测色仪（色度计），满足卢瑟条件的色度计能满足许多场景的测色要求。在需要获取样品的精确光谱信息时，可选用分光光度计，多通道平行测色的分光光度计，测色速度快，精度高。正文目视测色：在某些特定的行业和环境中，依然保留着目视测色法，即通过人眼去判断颜色是否与预期存在误差，有时会用到标准光源或标准色样。目视测色法完全依赖观察者的经验和敏锐的分辨力来判断颜色的差别，且速度较慢。 图 1 左：一种常见于纺织和服装设计的比色卡 右：一种判断溶液中物质浓度的标准比色液光电积分测色：将入射光分别通过滤光片透射率-探测器联合响应曲线满足CIE标准三刺激值谱线(也有可能是某一特定谱线)的三条或四条通道（因为针对红光，在CIE三刺激标准中有两个峰，很难在一片滤光片做出吻合度很好的透射率曲线，有些设计中会做成四个通道），再经过信号放大与模数转换电路，获得样品在标准光源下的三刺激值。这种测色方式，获得的三刺激值大小，与光电探测器上接受到的光强成比例。这种测试方法速度快，可以获得满足大部分情况的色坐标准确度。各种色度计（或称作光电积分测色仪、比色计或色差计）普遍采用这种结构。缺点是无法获得样品的光谱信息。图 2荷兰Ademesy公司高速高精度色度计结构示意图这是一类仿人眼结构的测试设备，即用光电二极管和三色（也有可能是四色）滤光片模拟人眼中的三种色觉感受细胞，在不考虑系统电子系统稳定性、精度和环境等因素的情况下，测色结果的准确度，主要跟滤光片-探测器组成的通道的光谱响应曲线和CIE标准谱线的吻合程度有关，即卢瑟条件。该条件还指出三个线性无关的原色，经过混合能够表示任意一种颜色，故可以用在仪器做测色结果的校准，在相机和色度计中常见。图 3 左：Hyperion色度计谱线与标准CIE-XYZ体系谱线比较 右：颜色校准矩阵分光测色:（1）光谱扫描测色：这种工作方式的分光光度计往往将光源集成在设备内，通过分光器件和单色器，将光源发出的光分成一路或两路单色光（两路光路居多），将经过样品透射或反射后的光谱，与空样品池或标准白板做对比，获得样品的透射（或反射）光谱曲线。直接获得的是样品的光谱信息，需再经数据处理，才能获得样品的三刺激值。因为采用参比法测量物体透射（反射）光谱，消除了光源不稳定、光学器件效率等一些干扰因素。且往往这类设备体积较大，测试环境稳定，光学器件精密，故这种方法获得的样品光谱信息最为准确，但速度较慢，且常受限于测试场景和样品尺寸，使用成本较高。（2）多通道平行测色光源发出的光照射在样品上，经样品透射（或反射）后，通过狭缝进入设备。设备中分光器件将不同波长的光线分到不同的方向角上，经凹面反射镜聚焦到线性ccd上，CCD将光强转换为电信号，每一个CCD单元获取的光能量，对应样品光谱中某一波长范围的光谱能量，从而获得样品的透射（反射）光谱。 图 4 左：Rhea光谱仪的结构示意图 右：测得某样品的光谱图这样获得的样品光谱实际上是一系列底边较窄的柱状图，是一种实际光谱的近似，通过计算样品每一小段波长的光能量，对CIE标准下的XYZ三刺激值产生的作用并求和，就可以获得样品的三刺激值。这样的设备，将经过标准光源校准后的数据存储在设备中，在测量光源，发光屏时不需要额外的参考光路，这要求设备有较好的稳定性和光谱准确度。这样的测试方法容易获得较为准确的色坐标值，且测试速度较快。测色标准相关器件：归根结底，颜色是物体对光源光谱的选择性透射和反射，需要评价样品的颜色，就必须要建立标准，在相同条件下获得的样品光谱或色坐标，才具有可比性。除了测色仪器本身以外，我们还需要用到这些器件：如标准光源、积分球和标准白板等。这些仪器的搭配使用，也拓展了测色仪器的使用场景。1. 标准光源：标准光源有固定的光谱，和很好的稳定性。可以用于测试仪器的标定，也可以用做样品的照明，常用的有A光源，C光源，D65光源。2. 标准白板将标准白板属于全反射漫射体，波长选择性低，反射比接近1，常见的涂覆层材料有硫酸钡（BaSO4）、碳酸钙（CaCO3）、氧化镁（MgO）等。常放置于双光路分光光度计的参比光路中，作为反射测量的标准参照，可以用于仪器的校定，也可以用来和样品做对比来获得样品色度信息。3. 积分球积分球为一种内壁涂有低光谱选择性的高反射材料的球体，光在积分球中经过漫反射可以变得均匀。（1）可以让标准光源发出的光变成均匀光，这对仪器标定，样品照明都很重要；（2）可以在积分球上加光陷阱，吸收不需要的样品反射光（如吸收样品镜面反射光）。

数字光通量色度计 光通量色度计 色温计 型号： XY-XYC-II数字光通量色度计采用新代数字测量术，不包含何模拟分，克服了现有色度计难以避免的零点漂移问题，具有数字系统的强抗干扰能力和转换度，同时仪器采用了大动态范围的数字X(λ)Y(λ)Z(λ)传感器，消除了传统色度计的量程切换误差。 XY-XYC-II型数字光通量色度计能强大，可用于色品坐标x、y,光通量Y和相关色温Tc测量，XY-XYC-II型数字光通量色度计可对应于不同的光源行密色度校准，使其针对不同对象的测量具有的检测度。 XY-XYC-II型数字光通量色度计内包含RS232接口，由计算机软件定标，同时可用于计算机远程在线监控应用，系统稳定性。特点:可以实现快速测量系统无零点漂移无换挡误差量程测量，度应用: 快速测量白炽灯，卤素灯，节能灯，金卤灯，LED，LCD等各种光源光通量，相关色温，色差等颜色参数术标:色品坐标x、y、u、v(测量条件：光通量1lm) 测量度：x、y优于±0.002(标准A光源，500lm) 重复性：x、y优于±0.0005(标准A光源)相关色温Tc(测量条件：光通量1lm) 动态范围：1350－25000K 分辨率：1K 测量度：优于±20K(标准A光源，500lm)温度系数：-0.1%/℃刷新频率：1次/s(≥5lm)，1次/3s(5lm)供电电源：220VAC显示：128×64图形LCD显示RS232接口，可用于计算机远程监控具有保持能主机尺寸：250L×260W×100H(mm)重量：2.5Kg 光通量特性Y(测量条件：1米积分内) Y(λ)传感器光谱响应达家标准 动态范围：0.05-50,000lm 测量度：优于±4% 分辨率：0.001lm 示值误差：优于±4%

“长城灰”是蜿蜒起伏的万里长城的颜色，那种带有微微青绿色的长城青砖的灰色，是北京城市建筑景观中的重要传统标志色。2004年，北京市奥组委对“长城灰、中国红”等颜色名词进行了定义，并采用商用实物色卡保存色度量值，建立了针对北京建筑物外立面和城市氛围的视觉颜色系统。　　目前，“长城灰”成为了北京市道路桥梁等外观的主要色彩。每年全市范围内1万余公里的道路隔离护栏，以及数千座天桥、立交桥的粉刷与维护，均需采用“长城灰”进行配色和涂刷。　　然而，“长城灰”在10年的使用和传递过程中逐渐发生了变化。据北京市城市道路养护管理中心(以下简称“北京道路养护中心”)称，由于施工方采用的色卡颜色不统一，北京市多个相邻区段的道路与桥梁的颜色出现了肉眼可见的偏差，导致工程项目无法通过验收。该中心为此重新从国外订购了一套国际通用标准色卡，但其中“长城灰”对应编号的色卡竟从2004年的青灰色变成了松树的蓝绿色——“长城灰”就此失传了。　　2016年，北京道路养护中心找到中国计量科学研究院(以下简称“中国计量院”)，希望能够通过色度计量的方式复原失传的“北京灰”。　　为此，中国计量院光学所色度计量领域专家通过查找色度数据库、整合多种资料，经实际测量和比对，成功复原了“长城灰”的色度量值，并根据我国的色度计量量传体系，为北京市道路施工和验收方提供了可溯源至国家色度计量基准标准的配色及验收方案。据北京市道路养护中心反映，施工方采用该方案进行调色、涂刷的路桥，与老路桥的色差?E从之前的10~20降低到1.0之内，达到了肉眼无法分辨的程度。从2016年起，这遍布北京的稳重而并不沉闷的色彩终于可以通过溯源到国家计量标准的方式实现统一一致，以更好地烘托北京大气、素雅、和谐的城市氛围。　　据中国计量院光学所色度室的孙若端博士介绍，相关色度量值可以溯源到国家色度计量基准，通过该基准与国际计量体系相联系，未来不会再因为配方失传、商用色卡色度失真或印刷等问题发生变化，属于北京的传统颜色“长城灰”再也不会遗失了。