颜色是自然界物质的最主要的客观属性之一。长期以来对颜色表征仅限于主观的形容词汇，更谈不上定量的测量。随着社会的发展，实时、便捷、定量的测色仪器有着越来越重要的应用价值，而色差仪就是比较常见的一种颜色测量仪器。本文对色差仪的原理、结构及发展趋势做了介绍，感兴趣的朋友可以了解一下！
色差仪是什么仪器？
色差仪是一种常见的光电积分式测色仪器。它利用仪器内部的标准光源照明被测物体，在整个可见波长范围内进行一次积分测量，直接测得透射或反射物体色的三刺激值和色品坐标，并可通过专用微机系统给出两个被测样品之间的色差值。这是一种操作简便，价格便宜，在工业生产、科研实验、质检、商检和计量部门有着广泛应用的光学分析仪器。
根据性能参数、精度范围和使用要求，色差仪可分为3种：第一种是手持式色差仪，又称色彩色差计，其能直接读取数据，不用连接电脑，不配带软件，使用方便，价格便宜，但精度较低，在颜色管理的一般领域使用广泛；第二种是便携式色差仪，又称便携式分光色差仪，其除了能直接读取数据外，还能连接电脑，配带软件，体积较小，便于携带，精度较高，价格适中；第三种是台式色差仪，又称台式分光测色配色仪，其具有读数窗口，连接电脑时需要使用测色、配色软件，具有高精度的测色和配色功能，体积较大，性能稳定，价格较高。
色差仪的工作原理：
色差仪是一种通过计算颜色差值来识别和比较颜色的光学设备，其工作机制实际上是对人眼识别颜色过程的部分模拟。在人眼视觉系统中，颜色判断是依据进入眼睛可见光的进行的，这种光线来自物体表面辐射、反射或者物体内部的透射，类似的在一个测色系统中，实际需要分析检测的就是进入仪器检测窗口的可见光。与人类视觉系统使用生物组织视网膜来识别光谱类似；在机器中这种颜色识别功能通常通过感光器件来完成的。人类比对颜色是在大脑中完成的，是对不同颜色信号的比较；色差仪则是在获得样本颜色数值后与记忆体中的颜色数值进行比较。
对色差仪而言，要获得待测可见光的首要条件是必须有能够反映待测样本颜色特征的光线。在颜色恒常性的部分阐述我们知道，特定环境中观察物体颜色时，依赖于当前光照条件的颜色谱系分布是确定的，但是一旦改变光照背景，机器传感器获得的颜色感应值发生变化，那么颜色的判断就不是恒常的了，这也就是机器视觉不具备颜色恒常性的原因。要解决这个问题，需要在一个和测量环境无关的颜色谱系空间中获取样本的反射光线，所以测色仪器中都会使用统一的内置光源来刺激物体表面，这样就相当于将所有待测物体都置于一个跟机器相关的系统光照条件下，而这系统光照条件下的颜色谱系分布也是确定的了。
如上图所示，在色差仪内有一个光源，每次测量时，光源使用单色白光多次照射样本，或者使用单色LED分组多次照射样本，在照射的同时使用CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）感光阵列获得反射可见光的信息，然后经过后期的去噪、平均后获得样本颜色的系统颜色空间坐标值。需要补充的是在色差仪能够测色之前需要将标准颜色库信息装载到色差仪当中，并且使用纯黑或纯白色的系统颜色空间参考点同标准颜色库的标准颜色空间进行比对计算，从而求出两个颜色空间的映射关系，当标准照明体选定时，其是一个常数。
在颜色空间映射参数确定的条件下，一旦测得的系统样本颜色值被计算出来后，就可以在与映射参数计算从而得出和具体机器、硬件系统、光照条件无关的L*a*b*值。所以当系统要测量未知颜色时，这个样本L*a*b*空间坐标值就可以用来寻找最接近的标准颜色；反之，如果查看样本颜色是否符合落在期望颜色偏差的阈值内，则将样本的L*a*b*值与期望颜色的L*a*b*值作为选定色差公式的输入来计算色差距离△E，从而进行色差判断。
色差仪的组成结构：
色差仪主要包括测头、数据处理器（含显示器及打印机）、直流电源及附件四部分。色差仪测头由照明光源，滤色器，硅光电池，隔热玻璃，凸透镜，导光筒，挡板，积分球等组成。其中：
1）积分球是测色仪的重要构成部件，在很大程度上决定了测色仪的使用寿命、测量精度和长期重复性。
2）数据处理系统包括放大电路、A/D转换、中央处理器、显示、打印等数据输出。采用微控制器进行数据处理，通过液晶显示和打印输出各种色度数据。
3）内部光源照明系统：采用低能耗的特殊发光管，经修正后作为测色用的标准照明体D65，保证220V+22V，50Hz+1Hz的稳定电压确保光源发光的稳定性。测色仪内部照明光源通常是标准A光源，而实际应用中都需要测量物体在标准D65和C光源下的色度值，因此要模拟出D65光源，使仪器总的光谱灵敏度符合D65下的卢瑟条件。
4）光谱三刺激值：选用CIE1964 补充观察者10°视角的数据；仪器照明几何条件为0/d。
5）观察条件：符合CIE所规定的0°入射/45°接收条件。光谱条件，总体响应等价于CIE标准照明体D65及10视场色匹配函数下的三刺激值X10、Y10、Z10（以下简写为X、Y、Z），最终可获得测色的五种表色系统：CIE Y10 x10 y10（1964），CIE：X10Y10Z10（1964），L*a*b*（1976），L*C*H°（1976）及 Hunter Lab和色差计算的三种表色系统：ΔEab*（ΔL*Δa*Δb*），ΔEab*（ΔL*ΔC*ΔH*）及 Hunter ΔE（ΔL Δa Δb）。不同表色系统的测得数据均可以由计算机进行相互转换，并以数字显示、可打印输出。
色差仪的发展趋势：
1、智能化
由于微电脑的发展，国内外目前普遍研究和采用带有微处理器的，兼有检测和信息处理功能的传感器。在半导体片基上，用微电子加工技术把传感器功能、逻辑功能、存储功能集成在一起，使得传感器具有自动校正、自动补偿、数据处理、图像识别、存储、记忆等等功能。
2、小型化、便携式
由于采用大规模集成电路，将所有测量、计算集成在一个集成块中，采用液晶显示，干电池供电。很多测色仪就象一架傻瓜相机大小，重量仅1.5Kg左右。
3、快速度、高精度
积分球的人射面采用钡处理，双光束反馈系统作参比监控，并可对特殊情况作出补偿等等一系列技术来提高测量的精度，从测量到计算直至显示，一般仅仅需几毫秒时间。
4、多种制式的转换
可以是ISO标准，也可以是DIN标准，允许SCI（包括反射镜面）和SCE（排除镜面反射）之间切换选择；SCI 提供与样本比较的效果，面SCE提供接近于视觉效果相当于一个熟练的观察者的效果。XYZ、Yxy、L*a*b*、L*C*H°、L*u*v*、Hunter-Lab、Munsell之间选择数据转换。这些都是由于微处理器的计算功能，使得转换极其方便。
5、利用个人电脑扩展测色仪器的功能
一般便携式色差仪内的存储器就能储存1000多个数据和50多个标准色样，用以多种测量的比较和计算。通过特定的接口，色差仪可与个人电脑实现对接，互相输入输出数据，充分利用计算机的功能。例如目前市场上的测色仪器利用RS-232C接口，便可与一般个人电脑联接。
6、软件的日益丰富
由于和个人电脑结合，以及彩色软件系统不断推出，可以使个人电脑的使用率大大提高。