颜色测量仪器从原理上可分为光电积分式测色仪和分光测色仪。光电积分式测色仪直接测量物体颜色的三刺激值，精度较低，可以获得的颜色参数有限。

分光测色仪利用分光原理测出物体的光谱分布，经过计算求出物体色的三刺激值及其它色度参数。这种测色方法的实质是用比较法测量不透明物体的光谱反射率因数R（λ）或透明物体的光谱透射比：T（λ）。

R（λ）定义为在指定的方向上和限定的立体w范围内，物体的反射光谱辐通量中ΦR（λ）与在相同条件下完全漫反射体的光谱辐通量中ΦD（λ）之比，即：

完全漫反射体是对各种波长辐射反射比均为1的理想漫反射体，它无损失地反射λ射辐射，并且.在各个方向上有相同的亮度。绝大多数的待测物体不是完全的漫反射体，因而测量条件会对于光谱反射率因数测量的精确度和实测结果产生影响，为了提高测量精度和统一测量方法，国际照明委员会（CIE）于 1971年正式推荐了4种测量反射色的标准照明观察条件，分别为0/d、d/0、45/0、0/45，测量结果必须说明所采用的测量条件。T（λ）定义为物体的透射光谱辐通量中ΦT（λ）dλ与入射光谱辐通量中Φ0（λ）dλ之比，即：

CIE 推荐了3种测量透射色的标准照明观察条件，分别为0/0、0/d、d/d。按照式（3）求出物体色的三刺激值：

式中：X、Y、Z为CIE 标准色度系统的三刺激值；x（λ）、y（λ）、z（λ）是CIE 标准色度观察者的光谱三刺激值；Φ（λ）为颜色刺激函数：

式中：P（λ）为照明体相对光谱功率分布，为归化因子，它是将照明体（或光源）的Y值调整为100时得出的，即：

CIE还推荐了主要用于纺织印染等表面色料工业减混色（Subtractive mixture）的表示和评价的CIE 1976 L*a*b*颜色空间，也称为CIE LAB颜色空间。作为该空间三维直角坐标的明度L和色品坐标a*、b*的计算公式为：

式中：Xo、Yo、Zo为标准光源照射到完全漫反射面上的三刺激值（查表可得）。△Eab*为样品与标准的色差，分别测量并计算出样品与标准的L*、a*、b*后，用此空间计算两个颜色之间的色差。