[发明专利]一种优化波长矫正方法及采用该方法的分光测色仪

说明书

技术领域

本发明涉及分光测试仪，具体是一种优化波长矫正方法及采用该方法的分光测色仪。

背景技术

颜色测量仪器是将颜色这一心理物理量量化的常规测量仪器。评价颜色测量仪器最关键的两个指标是测量重复性和示值误差。颜色测量仪器从测量原理上来分有两种：光电积分式测色仪和分光测色仪。光电积分式测色仪器是在可见光范围内采用单颗硅光电二极管配合滤光片调整仪器的光谱响应，通过积分测量测得样品颜色的三刺激值X、Y、Z。这种技术手段很难达到较低的示值误差。目前主流的颜色测量仪器是分光测色仪，这种方法同样是通过测量被测样品表面的反射光谱率来计算颜色数据的，可达到较好的测量重复性和较低的示值误差。

在基于分光法的仪器设计原理如图1所示，通常使用在可见光范围内有充足分布的氙灯、卤钨灯作为照明光源，采用阵列探测器作为传感器，光栅作为色散器件。照明光源发出的光照在被测样品上，反射光进入分光色散系统，分光色散系统将反射光以一定波长分辨率分开投射在阵列传感器上，使阵列传感器获得整个可见光范围内的光谱分布。由于替代了传统的机械扫描式分光色散结构，分光法的测试时间很短，大大降低了对照明光源的工作时间和光源稳定性的要求，兼顾了仪器的测量速度、光谱分辨率和测量重复性等指标

分光颜色测量仪器的三刺激值计算方法是用样品的光谱反射曲线、标准照明体的光谱功率分布和所采用的2°或10°视场的三刺激值匹配函数，用等波长间隔法，在可见光光谱范围内加权计算。计算式为2-2和式2-3所示：

式2-2

和

式2-3

式中：

为标准照明体的光谱功率分布；

为反射色样品的光谱反射比;

为波长间隔；

、为调整因数，如下所示。

式2-4

三刺激值与色品坐标的关系为:

式2-5

和

式2-6

分光测色仪通过测量被测样品表面可见光范围内的光谱反射曲线计算得到颜色三刺激值和色坐标。对于式2-2和式2-3中波长范围和波长间隔（）的选择，视被测物体的光谱特性和计算精度的要求不同而不同。CIE15:2004推荐：精确波长范围应取360-830nm，波长间隔取1nm。对于大多数应用，波长范围380-780nm，波长间隔，不会产生过大的误差。实际上，具体应用可以根据精度和要求适当变化。比如在便携式分光测色仪的应用中，大多数仪器都选择了波长间隔，波长范围400-700nm；在计算机配色计算中，也有采用波长间隔，波长范围400-700nm。波长间隔越小，波长范围越宽，每次测量产生的数据量就越大。在实际应用中，同样需要考虑计算精度和工艺、材料客观条件相匹配。

色差按CIELAB均匀色空间下的色差公式计算，该公式为:

式 2-7

式中： 参考样品与被测样品两者明度指数的差值；

，参考样品与被测样品色度指数和相应的差值。

，，的计算公式如式2-8所示：

式 2-8

式中：

，，为被测样品的三刺激值；

，，为标准照明体的三刺激值，其值见表1。

表1标准照明体三刺激值

分光测色仪器的测量原理为测量物体的光谱反射曲线，再选用CIE的标准照明体和标准观察者，通过积分计算，求得颜色的三刺激值。分光测色仪器实际上是一种物理量测色仪器，根据CIE标准色度系统光谱三刺激值函数计算出样品表面颜色的三刺激值X，Y，Z等一系列其他心理物理量参数。分光测色仪主要是由光源，分光系统，光电检测系统以及电子控制与数据处理系统等主要部分构成。其中，对物体表面光谱反射曲线的测量是整个计算的基础。光谱反射曲线测量结果的稳定性决定了仪器其它颜色数据测量的稳定性。光谱反射率的计算方法。

分光测色仪结构示意图如图2所示。通过光源照射到被测物体表面上，反射光通过分光部件。分光部件的作用是将反射光按照不同的波长依次照射到线阵传感器上。线阵传感器上不同位置的像元测量得到的信号就代表了不同波长处反射信号光的强度。