多种物体中颜色检测方案(光纤光谱仪)

微型光纤光谱仪在颜色测量中的应用 光谱学是测量紫外、可见、近红外、红外波段光强度的一种技术。光谱测量的应用范围非常广泛，如颜色测量、化学成份的浓度测量、发光辐射分析等。 传统的光谱仪由于体积庞大、价格昂贵，从而限制了它们的工业在线应用，只能用于实验室检测。荷兰Avantes公司的微型光纤光谱仪采用光纤作为信号采集装置，使测量不受地点、环境和距离等因素的制约；而且体积减小到手掌般大小，成本也大大降低；此外，它的测量速度非常快、测量精度高。这些特点使得它可以用于工业在线分析，从而大大扩展了光谱仪的应用领域。 颜色测量背景知识 物体的颜色可以由CIE 1976（L*a*b*）颜色空间来表述。L*代表颜色的亮度。正a*值代表红色，负a*值代表绿色。与此相似，正b*值代表黄色，负b*值代表蓝色。L*a*b*值可由样品（物体）的CIE三刺激值X，Y，Z和标准光源的三刺激值Xn, Yn, Zn推导得到。 标准光源的三刺激值Xn, Yn, Zn是常数，只与所选择的标准光源类型有关。 物体颜色的CIE三刺激值X，Y，Z是把标准光源的相对功率P、物体的反射率R（或透射率T）和CIE标准观测函数（2度或10度角）相乘得 图1 AvaSoft-Colar颜色测量软件界面 到。把所得到的值在可见光范围内（从380到780nm，5nm步长）对波长进行积分就可得到三刺激值。 色度坐标可通过把三刺激值X，Y，Z分别与它们的和相除得到： ，， 另一个常用的表述颜色参数a*和b*的方法是用色调角（h*）和色度（C*）。 色调角的测量是从红色方向（+a*）h*=0开始，沿逆时针增加： 色度被定义为从点到采样点的线段长度： 常用的描述色差的参数，被定义为： 其中，，，表示参考颜色与实际测量的L*a*b*值之差。 颜色测量仪器 Avantes公司可以为用户提供两款用于颜色测量的微型光谱仪系统。  多用途颜色测量光谱仪——AvaSpec-2048 AvaSpec-2048是一款操作简单，测量精度高，中等价位的微型光纤光谱仪。 它采用对称式Czerny-Turner光学平台设计，信号光由一个标准的SMA905接口进入光学平台，经一个球面镜准直，然后由一块平面光栅分光，经由第二块球面镜聚焦到2048个像素的CCD阵列上。 AvaSpec-2048的主要特点 ● 响应速度快，灵敏度高。 ● 分辨率高，测量准确。 ● 热稳定性好，温飘系数为0.1像元/℃。 图2 AvaSpec-2048光谱仪 AvaSpec-2048颜色测量系统包括AvaSpec-2048光谱仪、AvaLight-HAL卤素灯、标准反射探头、白色参考瓦和AvaSoft-Color颜色测量软件（需和AvaSoft-Full全功能软件一起订购）。光纤的方便灵活性使得它可以远距离测量任何形状物体表面颜色，克服了目前市场上的色差仪和分光测色仪的缺陷。 此外，该系统还可以进行吸收率、反射率测量、辐射发光测量等（可能需要选购其它附件），实现一机多用。  鼠标式颜色测量光谱仪—— AvaMouse 针对平面物体颜色测量，Avantes公司专门开发了一种低价位鼠标式光谱仪AvaMouse。它由一个内置氙灯（每秒闪光35次）、集成光电二极管阵列和微型光学平台组成，通过RS-232接口或USB接口与计算机连接。 AvaMouse的主要特点 ● 专为快速颜色测量而设计——可用于涂料、汽车喷漆、油墨、塑料、纺织、印刷、纸业等行业的实验室和生产车间。 ● 轻巧、耐用的便携式设计——机身如同鼠标一般大，重量轻，操作灵活。 ● 采用0/45°设计——可以用于测量高光泽度的物体颜色。 图3 AvaMouse光谱仪 ● 与Mix2Match颜色配比软件配合使用，可以进行电脑配色。 ● 颜色测量软件 无论使用哪种光谱仪测量颜色，都需要AvaSoft-Full全功能软件和AvaSoft-Color颜色测量应用软件。Avantes公司还提供AS-161-DLL和Colar-DLL二次开发软件和Mix2Match颜色配比软件，供广大工业用户使用。 AvaSoft-Full全功能软件界面友好，操作简单，功能全面，用户可以在对话框中设置数据采集的参数（如探测器积分时间，自动校正暗背景，信号平均，样条插值和光谱平滑）， 同时软件还有自动校准波长、校准漂移和周期性自动存储光谱等功能。 AvaSoft-Color颜色测量应用软件是为用光谱仪系统进行在线颜色测量而开发的。它可用于反射式颜色测量，AvaSoft颜色测量应用软件可以计算CIE 1976 L*a*b*颜色参数，也可以计算其它常用的参数如色调（Hue），色度（Chroma）和X，Y，Z值等。 这些参数可以用一个CIELAB表（如图4）显示，也可以同时监测多至8个颜色参数）随时间变化（如图5）。还可以把在线测量到的L*a*b*值保存到数据库中，然后再把数据库中的一个产品颜色作为参考色。通过比较测量得到的L*a*b*值和参考色，就可以得到色差（）。 通过采用发射测色法还可以测量光源的颜色（如LED）。这种测量需要一个辐射光谱来计算颜色参数x，y和z。通过AvaSoft-Irrad辐射测量应用软件，可以进行比相对辐射测量模式（假设一个已知色温的理想黑体光源）更准确的绝对辐射测量。基于上面的原因，辐射颜色计算或“光颜色”计算是辐射测量应用软件的功能之一。 图4：CIELAB表 图5：参数随时间变化的图形 对于油墨、涂料生产商，印染厂、印刷厂或别的需要电脑配色的行业，Avantes公司提供了Mix2Match颜色混合及匹配软件。它的主要功能是创建一个新颜色与数据库中的已知颜色进行比对并进行校正，也可以创建一个新颜色来与着色文件中的颜色进行比对。 Mix2Match软件进行颜色匹配的步骤： 1．测量原始颜色 2．计算机生成适当的混色配方 3．把产生的样品颜色与原始颜色进行比较 4．使用改进程序优化混色配方 综上所述，AvaSpec-2048和AvaMouse便携式微型光谱仪得出现必将给颜色测量领域带来新的选择，使工业在线颜色测量成为可能。