利用分光測色儀來看光和顏色的組成

我們知道肉眼可能可以感覺到色彩的千變萬化但是不能真正分辨出這些變得的由來，更不可能通過肉眼來分析光和顏色的組成，所以分光測色儀的研發填補這一缺陷，這種儀器可以完美正確的分析出顏色變幻和組成。

一物體把來自光源的光吸收掉一部分，并反射出其余的光。這部分反射光進入人眼，由此而產生的對視網膜的刺激由腦辨認為物體的顏色。每個物體以不等的量吸收和反射光譜不同區段的光，這種吸收比和反射比上的差別就使不同的物體有了不同的顏色。

 

如果我們測量一個蘋果，我們得到如圖1a所示的光譜曲線圖。在曲線圖上我們可以看到在紅色波長區內反射比（反射光的量）高，但是在其他波長區反射比（反射光的量）低。圖1b表示蘋果反射橙色和紅色波長區的光，同時吸收綠、藍、靛藍、紫色波長區的光。因此，用分光測色儀進行測量，并把結果顯示在光譜曲線上，我們就能看到蘋果顏色的性質。

分光測色儀的每一個復合式敏感器在可見光波長范圍內嚴格規定的波長區內測量光。由于這一點，分光測色儀可以測量人眼主要不到的色素之間的差別。

圖1a：蘋果額光譜反射比曲線圖

  

圖1b：

    

如果我們測量一個檸檬，我們可以得到如圖2a所以的光譜曲線圖。在該圖上我們可以看到，在紅色和黃色波長區內反射比（反射光的量）高，但是在靛藍和紫色波長區內反射比（反射光的量）低。圖2b表示檸檬反射綠、黃河紅色波長區的光，同時吸收靛藍和紫色波長區的光。這就是檸檬顏色的性質。如此高的準確性，人眼或甚至一些精度不高的色差儀是無法達到的，而只有分光測色儀才能做到。

圖2a：檸檬的光譜反射比曲線圖

圖2b

三刺激法和分光光譜分析法的區別

我們討論了色譜的顏色（紅、橙、黃、綠......）。對這些顏色中的紅、綠、藍色通常被看作光的三原色。這是因為人眼就有三種視網膜錐狀細胞（色敏感器），它們對這些三原色很敏感從而使我們看顏色。圖3表示根據CIE 1931標準觀察者定義畫出的，與人眼相符的光譜靈敏度曲線，這些別成為配色函數，?x（λ）在紅波長區具有高靈敏度；?y(λ)在藍波長區有高靈敏度。我們所看到的顏色，是我們從某物體所收到的光線中?x（λ）、?y（λ）和?z（λ）不同成分（色刺激）的合成物。

圖3：與人眼相符的光譜靈敏度曲線（CIE 1931標準觀察者配色函數） 

  

在圖4b中所示，三刺激法利用三個經過過濾的敏感器使具有與人眼相同的?x（λ）、?y（λ）、?z（λ）靈敏度來測量物體的反射光，從而直接測量三次激值X、Y和Z。另外圖中，分光光譜分析法利用復合敏感器來測量物體反射比。于是分光測色儀的微計算機根據光譜反射比數據通過積分來計算三次激值。對例中所用的蘋果，三次激值為X=21.21，Y=13.37，Z=9.32，這些三次激值于是可用來計算其他色空間如Yxy或L*a*b*中的值。

圖4 人眼與儀器測量法

圖5表示三次激值X，Y和Z是如何確定的。由試樣（蘋果）反射出來的具有光譜分布特性A的光，射到就有光譜靈敏度特性為B的敏感器上，敏感器的過濾器就輸出三次激值（X，Y和Z）C。因此C=A×B 。在為C的三個波長區中的結果表示為C-1；?x（λ），C-2：?y（λ）和C-3：?z（λ）。三次激值等于三個曲線圖中的陰影區的積分。

 圖5 ：在顏色測量中三次激值的確定