高精度色彩測量：反射式色差儀 vs 透射式色差儀

2025-08-01

色差儀反射測量和透射測量是兩種不同的光學路徑設計，對應不同的測量場景和原理。以下根據《GB/T3978-2008 標準照明體和幾何條件》和實際應用，進行了簡單分析。

 

色差儀光學結構

色差儀的光學結構（也稱為幾何條件）中，D/8（下圖所示）、D/0、45/0是比較常見的。這些數字代表什么意思呢？它們是反射測量還是透射測量呢？我們拆開進行解讀。

▲ d：漫射

di是包含鏡面成分，de是排除鏡面成分，可反射測量也可透射測量

▲ 0°：垂直

可反射測量也可透射測量

▲ 45°：45°角

45°a為環狀照明，45°x為單方向照明，只能是反射測量

因此，D/8代表漫射/8°（反射測量），D/0（透射測量）代表漫射/垂直，又可以細分為包含鏡面成分和排除鏡面成分兩種；45/0代表45°環狀照明/垂直（反射測量）或45°單方向照明/垂直（反射測量）。

反射測量

1 測量原理

色差儀中的反射測量方式基于物體對光的反射特性進行顏色測定。

當光線照射到物體表面時，一部分光線會被物體吸收，另一部分光線會被反射。反射的光線包含了物體的顏色信息，色差儀通過測量反射光線的光譜分布，計算出物體的顏色參數。

2 幾何條件

di:8°（漫射：8°）

包含鏡面成分。

采樣孔徑被以其平面為界的半球內表面從各個方向均勻地照明，測量區域過充滿。探測器對采樣孔徑區域的響應均勻，反射光束軸線和樣品中心法線成8°角，在接收光束軸線5°內的所有方向上，采樣孔徑反射的輻射是均勻的。

8°:di（8°：漫射）

包含鏡面成分

滿足di：8°的條件，但光路相反。采樣孔徑被與法線成8°角的光照明，以參考平面為界的半球收集采樣孔徑反射的各個角度的通量。

de:8°（漫射：8°）

排除鏡面成分。

滿足di：8°的條件，但將單面的平面反射鏡放置于采樣孔徑處時，沒有光反射到探測器方向，而且在這個方向的1°以內也沒有鏡面反射。

 

如圖，分別使用反射平面與光陷阱，可以實現包含或排除鏡面成分測量。

8°:de（8°：漫射）

排除鏡反射成分

滿足de：8°的條件，但光路相反。

d:d（漫射/漫射）

照明滿足di：8°的條件，且以參考平面為界的半球收集采樣孔徑反射的各個角度通量。

d:0°（漫射：垂直）

一個備選漫射幾何條件是出射方向沿著樣品法線，這是嚴格的不包含鏡反射的幾何條件。

45°a:0°（45°環帶/垂直）

從頂點位于采樣孔徑中心，中心軸位于采樣孔徑法線上，半角分別為40°和50°的兩個正圓錐之間各個方向射來的光均勻地照明采樣孔徑；探測器從頂點位于采樣孔徑中心，中心軸沿樣品法線方向、半角為5°的正圓錐內均勻接收反射輻射。這種幾何條件可以將樣品質地和方向選擇性反射影響降至最低。如果這種照明幾何條件是由多個光源以接近于圓形排列來近似得到，或者由多根出光口排列成圓形且被單個光源照明的光纖束近似得到，形成的幾何條件叫作圓周/垂直幾何條件（符號為：45°c：0°）。

0°：45°a

垂直/45°環帶

角度和空間條件滿足45a：0°的條件，但光路相反。因此采樣孔徑被垂直照明，反射輻射被中心與法線成45角的環帶接收。

45°x：0°

45°單方向/垂直（如圖2）

角度和空間條件滿足45 a：0°的條件，但輻射只從一個方位角發出。排除鏡反射，突出樣品質地和方向性的影響。符號x表示入射光束從某任意方位照射參考平面。

 

0°：45x

垂直/45°單方向

角度和空間條件滿足45°x：0°的條件，但光路相反。因此樣品表面被垂直照明，從與法線成45°角的某個方位接收反射輻射。

3 行業應用

由于大部分物體都具有反射特性，反射測量在工業、科研、藝術等領域中得到了廣泛應用。例如，在涂料、紡織品、化妝品等行業的質量控制中，常使用反射測量來評估產品的顏色一致性。

 

透射測量

1 測量原理

透射測量方式則是通過測量光線穿過物體后的光譜分布來計算物體的顏色參數。透射測量適用于透明或半透明材料的顏色測定，如玻璃、塑料等。

2 幾何條件

0°:0°（垂直/垂直）

入射與測量光束都是完全相同的正圓錐狀，正圓錐的軸位于采樣孔徑中心的法線上，半角是5°，采樣孔徑的面輻射和角輻射以及探測器的面響應和角度響應都是均勻的。

di:0°（漫射/垂直）

包含規則成分

采樣孔徑被以第一參考平面為界的半球從各個方向均勻地照明，測量光東同0° : 0°幾何條件的規定。

0°:di（垂直/漫射）

包含規則成分

幾何條件與di : 0°相反。

de:0°（漫射/垂直）

排除規則成分

幾何條件滿足di : 0°，但當開放采樣孔徑（例如不放置樣品），測量采樣孔徑中心時，沒有直射到探測器的光，并且在1°以內也沒有直射光。

0°:de（垂直/漫射）

排除規則成分

幾何條件與de: 0°相反。

d:d（漫射/漫射）

采樣孔徑被以第一參考平面為界的半球從各個角度均勻地照明，透射通量被以第二參考平面為界的半球從各個角度均勻地接收。

注意啦

在透射測量的幾何條件的規定中，相對于人射光的參考平面，叫做第一參考平面；相對于透過樣品的光的參考平面，叫做第二參考平面。兩個參考平面之間是樣品的厚度。本標準規定參考平面的定義中假設樣品的厚度可以忽略。

3 行業應用

透射測量主要用于透明或半透明材料的顏色測定，如玻璃、塑料、寶石等。此外，透射測量還可以用于液體顏色的測定，如飲料、香水等。

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