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)對光有選擇的吸收后，其反射（或透射）光對人眼的輻射作用結(jié)果。為了對顏色進(jìn)行規(guī)范化的描述與表達(dá)，國際照明委員會CIE對顏色檢測的基本條件及顏色空間做了相應(yīng)的規(guī)定。本文對顏色檢測的基本條件、顏色空間及顏色檢測的常規(guī)儀器做了介紹，大家可以了解一下！
顏色檢測的理論：
在顏色識別與檢測中，不論是圖像識別，圖像處理，還是機(jī)器視覺識別，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）揚提出了三原色學(xué)說觀點，50年后由赫姆藿爾茲對赫姆雀爾茲三原色學(xué)說進(jìn)行了定說明。1878年赫林提出對抗色理論的四色學(xué)說。
揚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)膜上雖然能同時引起三種纖維的興奮，但波長不同，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。例如長波長的光同時刺激“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。光刺激同時引起三種纖維強(qiáng)烈興奮，且興奮程度相同就會產(chǎn)生白色感覺。
經(jīng)過20年實驗驗證的對抗學(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)者采用不同的實驗方法測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，同時觸發(fā)生物能，引起視神經(jīng)活動。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。人體對不同色彩的感覺，就是不同的光輻射對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。
顏色檢測的基本條件：
光源、物體和觀察著是進(jìn)行顏色觀測的三要素，在使用各種測色儀器測得的顏色數(shù)據(jù)時，光源與物體二者之中任何一個不同或者他們的位置關(guān)系不同，都會引起不同的顏色知覺，得到不同的測量結(jié)果。為使顏色的測量與計算標(biāo)準(zhǔn)化，國際照明委員會（CIE）規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)照明體、標(biāo)準(zhǔn)的照明/觀測條件。
不同的照明體照射會得到不同的測量結(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，由于他們在不同的時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)的實踐考慮，人們不可能也不必要在各種光源下測量顏色，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角度的變化，會產(chǎn)生不同的結(jié)果。所以，CIE在顏色測量中，對照明和觀測條件做了規(guī)范。CIE1971年推薦的四種標(biāo)準(zhǔn)照明觀測條件是：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）。
顏色檢測的常用顏色空間：
為了讓的顏色評價有更加精確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國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時的參考。當(dāng)我們在使用顏色檢測儀器測量物體表面顏色差異的時候，儀器的屏幕上常常會顯示出對應(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。
顏色檢測儀器測量的Lab值表示的就是顏色測量的三個緯度，我們知道決定顏色有三個要素，而確定色差，也可以分為三個要素。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)兩個方向來表示。根據(jù)測出的L、a、b數(shù)值就可以計算出被測物體的偏色情況，具體計算公式如下：
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*的計算公式如下：
一般情況下顏色檢測儀器都會給出相應(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來評價色差時，△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)。
顏色檢測的常規(guī)儀器：
目前在顏色檢測領(lǐng)域使用最廣泛的顏色檢測儀器就是色差儀，它是顏色檢測領(lǐng)域的一種常規(guī)儀器。色差儀是一種通過計算顏色差值來識別和比較顏色的光學(xué)設(shè)備，其工作機(jī)制實際上是對人眼識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，類似的在一個測色系統(tǒng)中，實際需要分析檢測的就是進(jìn)入儀器檢測窗口的可見光。與人類視覺系統(tǒng)使用生物組織視網(wǎng)膜來識別光譜類似；在機(jī)器中這種顏色識別功能通常通過感光器件來完成的。人類比對顏色是在大腦中完成的，是對不同顏色信號的比較；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。
對色差儀而言，要獲得待測可見光的首要條件是必須有能夠反映待測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，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。要解決這個問題，需要在一個和測量環(huán)境無關(guān)的顏色譜系空間中獲取樣本的反射光線，所以測色儀器中都會使用統(tǒng)一的內(nèi)置光源來刺激物體表面，這樣就相當(dāng)于將所有待測物體都置于一個跟機(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)有一個光源，每次測量時，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。需要補充的是在色差儀能夠測色之前需要將標(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)顏色空間參考點同標(biāo)準(zhǔn)顏色庫的標(biāo)準(zhǔn)顏色空間進(jìn)行比對計算，從而求出兩個顏色空間的映射關(guān)系，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)照明體選定時，其是一個常數(shù)。
在顏色空間映射參數(shù)確定的條件下，一旦測得的系統(tǒng)樣本顏色值被計算出來后，就可以在與映射參數(shù)計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)要測量未知顏色時，這個樣本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算色差距離△E，從而進(jìn)行色差判斷。