顏色是光的屬性，是外界光投射到物體上，經(jīng)過顏色物質(zhì)對(duì)光有選擇的吸收后，其反射（或透射）光對(duì)人眼的輻射作用結(jié)果。為了對(duì)顏色進(jìn)行規(guī)范化的描述與表達(dá)，國(guó)際照明委員會(huì)CIE對(duì)顏色檢測(cè)的基本條件及顏色空間做了相應(yīng)的規(guī)定。本文對(duì)顏色檢測(cè)的基本條件、顏色空間及顏色檢測(cè)的常規(guī)儀器做了介紹，大家可以了解一下！
顏色檢測(cè)的理論：
在顏色識(shí)別與檢測(cè)中，不論是圖像識(shí)別，圖像處理，還是機(jī)器視覺識(shí)別，都是基于相同的顏色理論——視覺分辨理論。
視覺分辨顏色的機(jī)理最早起源于牛頓，在1700年左右牛頓用白光經(jīng)過棱鏡分光可以產(chǎn)生各種顏色的單色光。19世紀(jì)初（1807年）揚(yáng)提出了三原色學(xué)說觀點(diǎn)，50年后由赫姆藿爾茲對(duì)赫姆雀爾茲三原色學(xué)說進(jìn)行了定說明。1878年赫林提出對(duì)抗色理論的四色學(xué)說。
揚(yáng)和赫姆霍爾茲提出的三原色學(xué)說，是根據(jù)紅、綠、藍(lán)三原色可以混合出各種不同顏色的規(guī)律，假設(shè)人眼視網(wǎng)膜上有三種神經(jīng)纖維，每種神經(jīng)纖維的興奮都引起一種原色的感覺。光作用于視網(wǎng)膜上雖然能同時(shí)引起三種纖維的興奮，但波長(zhǎng)不同，引起三種纖維的興奮程度不同，人眼就產(chǎn)生不同的顏色感覺。例如長(zhǎng)波長(zhǎng)的光同時(shí)刺激“紅”、“綠”、“藍(lán)”三種纖維，但是“紅”纖維的興奮最強(qiáng)烈，因此有紅色感覺。光刺激同時(shí)引起三種纖維強(qiáng)烈興奮，且興奮程度相同就會(huì)產(chǎn)生白色感覺。
經(jīng)過20年實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的對(duì)抗學(xué)說認(rèn)為：人眼視網(wǎng)膜上含有三種不同類型的錐體細(xì)胞，這三種錐體細(xì)胞中分別含有三種不同的視色素。不同的學(xué)者采用不同的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得這三種不同光譜敏感性的視色素光譜吸收峰值分別在440~450nm、530~540nm、560~570nm處，它們的吸收光譜曲線如下圖所示，分別稱這三種視色素為親藍(lán)、親綠、親紅視色素。外界光輻射進(jìn)入人眼時(shí)被三種錐體細(xì)胞按它們各自的吸收特性所吸收，細(xì)胞色素吸收光子后引起光化學(xué)反應(yīng)，視色素被分解漂白，同時(shí)觸發(fā)生物能，引起視神經(jīng)活動(dòng)。將視覺信息通過雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞傳至神經(jīng)中樞。視色素的漂白程度以及產(chǎn)生的生物能的大小與此類錐體細(xì)胞吸收的光子數(shù)量有關(guān)。光子數(shù)越多，則漂白程度越高。人體對(duì)不同色彩的感覺，就是不同的光輻射對(duì)三種視色素不同程度的漂白的綜合結(jié)果。人眼的明亮感覺是三種錐體細(xì)胞提供的亮度之和。
顏色檢測(cè)的基本條件：
光源、物體和觀察著是進(jìn)行顏色觀測(cè)的三要素，在使用各種測(cè)色儀器測(cè)得的顏色數(shù)據(jù)時(shí)，光源與物體二者之中任何一個(gè)不同或者他們的位置關(guān)系不同，都會(huì)引起不同的顏色知覺，得到不同的測(cè)量結(jié)果。為使顏色的測(cè)量與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)照明體、標(biāo)準(zhǔn)的照明/觀測(cè)條件。
不同的照明體照射會(huì)得到不同的測(cè)量結(jié)果。在日常生活中，通常在日光或者人工照明體下觀察物體的顏色，由于他們?cè)诓煌臅r(shí)相下具有不同的光譜功率分布。因此，在它們的照射下，物體的表面呈現(xiàn)略為不同的顏色。從色度學(xué)的實(shí)踐考慮，人們不可能也不必要在各種光源下測(cè)量顏色，而只需在大家所約定的某些具有代表性的光源下標(biāo)定物體的顏色。為此CIE推薦了五種標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、D（D又分為D55、D65、D75）和E。
由于顏色物體材料的光度特性影響，隨著照明方向和觀測(cè)角度的變化，會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。所以，CIE在顏色測(cè)量中，對(duì)照明和觀測(cè)條件做了規(guī)范。CIE1971年推薦的四種標(biāo)準(zhǔn)照明觀測(cè)條件是：0/45條件（垂直照射/45°接收），45/0條件（45°照射/垂直接收），0/d條件（乖直照射/漫反射接收），d/0條件（漫射照射/垂直接收）。
顏色檢測(cè)的常用顏色空間：
為了讓的顏色評(píng)價(jià)有更加精確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上通常采用的表示方法就是顏色空間。目前常用的顏色空間主要有：LAB、LCH、RGB、XYZ、YXY等，其中Lab為目前最主流的一種顏色空間，它可以表示任何一種顏色，其他的顏色空間一般只作為比對(duì)時(shí)的參考。當(dāng)我們?cè)谑褂妙伾珯z測(cè)儀器測(cè)量物體表面顏色差異的時(shí)候，儀器的屏幕上常常會(huì)顯示出對(duì)應(yīng)的Lab數(shù)值，其中：“L”代表物體的明亮度：0-100表示從黑色到白色；“a”代表物體的紅綠色：正值表示紅色，負(fù)值表示綠色；“b”代表物體的黃藍(lán)色：正值表示黃色，負(fù)值表示藍(lán)色。
顏色檢測(cè)儀器測(cè)量的Lab值表示的就是顏色測(cè)量的三個(gè)緯度，我們知道決定顏色有三個(gè)要素，而確定色差，也可以分為三個(gè)要素。它們分別是L值，表示的是產(chǎn)品顏色的深、淺，也就是我們常說的黑和白。而a值表示的就是紅綠值，通過紅、綠正負(fù)來表示，而b值表示的是黃藍(lán)值，通過黃、藍(lán)正負(fù)兩個(gè)方向來表示。根據(jù)測(cè)出的L、a、b數(shù)值就可以計(jì)算出被測(cè)物體的偏色情況，具體計(jì)算公式如下：
ΔL*=L*樣品-L*標(biāo)準(zhǔn)，為明度差異；△L*為正值，樣品顏色偏淺色方向；為負(fù)值，樣品偏深色方向。
△a*=a*樣品-a*標(biāo)準(zhǔn)，為紅/綠差異；△a*為正值，樣品顏色偏紅；△a*為負(fù)值，樣品偏綠。
△b*= b*樣品-b*標(biāo)準(zhǔn)，為黃/藍(lán)差異；Δb*為正值，樣品顏色偏黃；△b*為負(fù)值，樣品偏藍(lán)。
其中△L*，△a*，△b*，為參考樣品和被測(cè)樣品之間明度L*和色度指數(shù)a*，b*的差值。色差值用ΔE* 來表示，為綜合總色差，具體計(jì)算方法和亮度差△L、紅綠差△a、黃藍(lán)差△b都有關(guān)系。總色差ΔE*的計(jì)算公式如下：
一般情況下顏色檢測(cè)儀器都會(huì)給出相應(yīng)的L*，a*，b*值和比色后的ΔL*、△a、△b、ΔE*四組色差數(shù)據(jù)。用ΔE來評(píng)價(jià)色差時(shí)，△E越小表示樣品與標(biāo)準(zhǔn)顏色越接近，反之則表示兩種顏色相差越遠(yuǎn)。
顏色檢測(cè)的常規(guī)儀器：
目前在顏色檢測(cè)領(lǐng)域使用最廣泛的顏色檢測(cè)儀器就是色差儀，它是顏色檢測(cè)領(lǐng)域的一種常規(guī)儀器。色差儀是一種通過計(jì)算顏色差值來識(shí)別和比較顏色的光學(xué)設(shè)備，其工作機(jī)制實(shí)際上是對(duì)人眼識(shí)別顏色過程的部分模擬。在人眼視覺系統(tǒng)中，顏色判斷是依據(jù)進(jìn)入眼睛可見光的進(jìn)行的，這種光線來自物體表面輻射、反射或者物體內(nèi)部的透射，類似的在一個(gè)測(cè)色系統(tǒng)中，實(shí)際需要分析檢測(cè)的就是進(jìn)入儀器檢測(cè)窗口的可見光。與人類視覺系統(tǒng)使用生物組織視網(wǎng)膜來識(shí)別光譜類似；在機(jī)器中這種顏色識(shí)別功能通常通過感光器件來完成的。人類比對(duì)顏色是在大腦中完成的，是對(duì)不同顏色信號(hào)的比較；色差儀則是在獲得樣本顏色數(shù)值后與記憶體中的顏色數(shù)值進(jìn)行比較。
對(duì)色差儀而言，要獲得待測(cè)可見光的首要條件是必須有能夠反映待測(cè)樣本顏色特征的光線。在顏色恒常性的部分闡述我們知道，特定環(huán)境中觀察物體顏色時(shí)，依賴于當(dāng)前光照條件的顏色譜系分布是確定的，但是一旦改變光照背景，機(jī)器傳感器獲得的顏色感應(yīng)值發(fā)生變化，那么顏色的判斷就不是恒常的了，這也就是機(jī)器視覺不具備顏色恒常性的原因。要解決這個(gè)問題，需要在一個(gè)和測(cè)量環(huán)境無關(guān)的顏色譜系空間中獲取樣本的反射光線，所以測(cè)色儀器中都會(huì)使用統(tǒng)一的內(nèi)置光源來刺激物體表面，這樣就相當(dāng)于將所有待測(cè)物體都置于一個(gè)跟機(jī)器相關(guān)的系統(tǒng)光照條件下，而這系統(tǒng)光照條件下的顏色譜系分布也是確定的了。
在色差儀內(nèi)有一個(gè)光源，每次測(cè)量時(shí)，光源使用單色白光多次照射樣本，或者使用單色LED分組多次照射樣本，在照射的同時(shí)使用CMOS感光陣列獲得反射可見光的信息，然后經(jīng)過后期的去噪、平均后獲得樣本顏色的系統(tǒng)顏色空間坐標(biāo)值。需要補(bǔ)充的是在色差儀能夠測(cè)色之前需要將標(biāo)準(zhǔn)顏色庫信息裝載到色差儀當(dāng)中，并且使用純黑或純白色的系統(tǒng)顏色空間參考點(diǎn)同標(biāo)準(zhǔn)顏色庫的標(biāo)準(zhǔn)顏色空間進(jìn)行比對(duì)計(jì)算，從而求出兩個(gè)顏色空間的映射關(guān)系，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)照明體選定時(shí)，其是一個(gè)常數(shù)。
在顏色空間映射參數(shù)確定的條件下，一旦測(cè)得的系統(tǒng)樣本顏色值被計(jì)算出來后，就可以在與映射參數(shù)計(jì)算從而得出和具體機(jī)器、硬件系統(tǒng)、光照條件無關(guān)的L*a*b*值。所以當(dāng)系統(tǒng)要測(cè)量未知顏色時(shí)，這個(gè)樣本L*a*b*空間坐標(biāo)值就可以用來尋找最接近的標(biāo)準(zhǔn)顏色；反之，如果查看樣本顏色是否符合落在期望顏色偏差的閾值內(nèi)，則將樣本的L*a*b*值與期望顏色的L*a*b*值作為選定色差公式的輸入來計(jì)算色差距離△E，從而進(jìn)行色差判斷。