專利名稱：一種物體色度測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種物體色度測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著生產(chǎn)和應(yīng)用的發(fā)展，人們對物體色度的測量要求越來越高，應(yīng)用越來越廣泛。目前，測量物體色度的方法主要有目視比色法、光電積分法和分光光度法。目視比色法相對簡單，它將未知的物體顏色與已知的色度卡進行比較，認為與物體顏色相同的色度卡的色度值就是物體顏色的色度。由于一方面色度卡保存困難，另一方面辨認物體顏色與色卡顏色相同存在誤差，因此比色法測量誤差較大。光電積分法利用具有特定光譜靈敏度積分元件，可以直接測量出物體顏色的三刺激值或色度坐標，具有快速、便捷的優(yōu)點，但是，要做出“具有特定光譜靈敏度的積分元件”也并不容易，因此光電積分法測量也存在較大誤差。相比之下，分光光度法測量具有更高的測量精度，在色度研究中應(yīng)用廣泛。分光光度法測量系統(tǒng)主要由照明光源、光譜儀、分析軟件等部分組成。傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)中，照明光源常使用溴鎢燈、氙燈或標準光源(如標準A光源、D65光源等);光譜儀常使用棱鏡光譜儀、光柵光譜儀等。近幾年出現(xiàn)了發(fā)光二極管和光纖光譜儀。發(fā)光二極管具有體積小、功耗小、價格便宜、使用壽命長等優(yōu)點，已在測試、醫(yī)療、照明等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。超亮白色發(fā)光二極管不僅亮度高，且其光譜范圍基本覆蓋了可見光，顏色再現(xiàn)能力強，經(jīng)測試其顯色指數(shù)在80以上，經(jīng)研究可以在物體色度測量中獲得應(yīng)用。光纖光譜儀具有體積小、測量速度快等優(yōu)點，已獲得廣泛應(yīng)用，用其進行物體色度測量將是研究的趨勢。但目前還沒有用發(fā)光二極管作照明光源，并用光纖光譜儀進行光譜分析的物體色度測量設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型用發(fā)光二極管作為照明光源，用光纖光譜儀進行光譜分析，并配合自編的MATLAB色度處理軟件，實現(xiàn)了一種新的物體色度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以測量透射物體和反射物體的色度，也可以測量照明光源的色度參數(shù)，與傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有體積小，造價低，測量速度快的特點。本實用新型的具體技術(shù)方案是一種物體色度測量系統(tǒng)，其特征在于該測量系統(tǒng)包括照明裝置、積分球、光纖光譜儀和數(shù)據(jù)分析裝置，照明裝置主要由白色發(fā)光二極管、聚焦透鏡、(T12V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源和電阻組成，套接積分球的白色發(fā)光二極管設(shè)于聚焦透鏡的焦點位置。所述白色發(fā)光二極管為草帽型，膠體無色透明，發(fā)散角60度，電流為20mA時光強為 15000mcd。所述聚焦透鏡的焦距為10mm，口徑為12mm。[0013]所述積分球內(nèi)徑為200mm，照明光孔直徑為15mm，總開孔面積與內(nèi)壁表面積之比
小于1%。積分球是具有高反射性內(nèi)表面的空心球體，用來對處于球內(nèi)或放在球外并靠近某個窗口處的試樣對光的散射或發(fā)射進行收集的一種高效率器件，球上的小窗口可以讓光進入并與檢測器靠得較近。本實用新型具有以下特點I.使用了白色發(fā)光二極管作為照明光源，體積小，成本低；聚焦透鏡提高了發(fā)光二極管光能的利用率，并使光照更加均勻；2.既可以測量透射物體、反射物體的色度，同時也可以測量照明光源色度坐標、色溫、顯色指數(shù)等參數(shù)；使用積分球減小了反射物體色度測量誤差；3.使用光纖光譜儀進行光譜分析，測量速度快，體積小；4.自編的MATLAB物體色度處理軟件，能實現(xiàn)透射物體和反射物體色度坐標的計算，光源色度坐標、主波長、興奮純度、色溫、一般顯色指數(shù)等色度參數(shù)的計算，同時軟件也集成了去背景、強度校正、數(shù)據(jù)運算及圖形顯示等數(shù)據(jù)處理功能。

圖I為本實用新型物體色度測量系統(tǒng)示意圖。圖2為本實用新型物體色度測量系統(tǒng)聚焦光路示意圖。圖3為測得紅、綠、藍三種透射樣品的透過率曲線比較圖。圖4為測得紅、綠、藍三種標準色板的反射率曲線比較圖。圖5為照明光源一發(fā)光二極管的光譜功率分布圖，其中，被測樣品1，聚焦透鏡2，積分球3，發(fā)光二極管4，探頭5，光纖光譜儀6，數(shù)據(jù)分析裝置7。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述。實施例I紅、綠、藍三種透射樣品的色度測量。如圖I所示，整個物體色度測量系統(tǒng)主要包括照明系統(tǒng)、積分球、光纖光譜儀和一套裝載于數(shù)據(jù)處理裝置中的物體色度處理軟件。照明系統(tǒng)主要包括白色發(fā)光二極管、聚焦透鏡、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源((T12V可調(diào))、電阻(300 Ω)和開關(guān)各一件。白色發(fā)光二極管為草帽型，膠體無色透明，發(fā)散角60度，電流為20mA時光強為15000mcd。聚焦透鏡的焦距為10mm，口徑為12mm。聚焦光路如圖2所示，發(fā)光二極管放在聚焦透鏡的焦點位置，其發(fā)出的光經(jīng)透鏡后近似成平行光出射。系統(tǒng)所用積分球內(nèi)徑為200mm，照明光孔直徑為15mm，總開孔面積與內(nèi)壁表面積之比小于1%。安裝時，聚光透鏡距離照明光孔30mm，且中心對齊使光均勻照射在光孔中心。光纖光譜儀光譜響應(yīng)范圍為300nnT900nm，光譜分辨率小于O. 5nm,光譜積分時間為O. 5ms 5000ms可調(diào)，使用USB線與電腦連接。物體色度處理軟件是自編的MATLAB物體色度處理軟件，能實現(xiàn)透射物體和反射物體在標準參照光源(如標準A、B、C光源、等能E光源等)照明下色度坐標的計算，光源色度坐標、主波長、興奮純度、色溫、一般顯色指數(shù)等色度參數(shù)的計算，同時軟件也集成了去背景、強度校正、數(shù)據(jù)運算及圖形顯示等數(shù)據(jù)處理功能。反射物體色度的測量過程如下I.實驗系統(tǒng)如圖I所示，先打開穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓約為9V，使發(fā)光二極管正常發(fā)光。并在積分球照明光孔處放上標準白反射板，為測量反射基線做準備。2.打開數(shù)據(jù)分析裝置，運行色度處理軟件，連接光纖光譜儀，實時顯示接收到的光譜功率分布。調(diào)節(jié)光譜儀的積分時間，使接收到的光譜功率至合適值(為了減小背景對測量的影響，盡量使接收光譜功率的最大值大于1000)。3.調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源使電壓為O (此時發(fā)光二極管不發(fā)光)，選擇軟件中的“測量背景”按鈕保存背景光譜數(shù)據(jù)。4.調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源電壓使發(fā)光二極管正常發(fā)光，選擇軟件中的“測量基線”按鈕保存基線光譜數(shù)據(jù)?！?.取下標準白反射板，換上被測反射物體，選擇軟件中的“測量光譜”按鈕保存光譜數(shù)據(jù)。6.根據(jù)測量數(shù)據(jù)，使用軟件中的“去背景”，“光譜運算”，“計算色度坐標”等處理功能，可以獲得被測反射物體的色度。透射物體色度的測量過程I.實驗系統(tǒng)如圖I所示，先打開穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓約為9V，使發(fā)光二極管正常發(fā)光。取下光纖接收頭并放在被測樣品后面(以便接收透射光譜)，然后取下被測樣品，使光直接照射接收光纖，為測量透射基線做準備。2.打開數(shù)據(jù)分析裝置，運行色度處理軟件，連接光纖光譜儀，實時顯示接收到的光譜功率分布。調(diào)節(jié)光譜儀的積分時間，使接收到的光譜功率至合適值(為了減小背景對測量的影響，盡量使接收光譜功率的最大值大于1000)。3.調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源使電壓為0(此時發(fā)光二極管不發(fā)光)，選擇軟件中的“測量背景”按鈕保存背景光譜數(shù)據(jù)。4.調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源電壓使發(fā)光二極管正常發(fā)光，選擇軟件中的“測量基線”按鈕保存基線光譜數(shù)據(jù)。5.放上被測透射物體，選擇軟件中的“測量光譜”按鈕保存光譜數(shù)據(jù)。6.根據(jù)測量數(shù)據(jù)，使用軟件中的“去背景”，“光譜運算”，“計算色度坐標”等處理功能，可以獲得被測透射物體的色度。照明光源色度的測量I.實驗系統(tǒng)如圖I所示，先打開穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓約為9V，使發(fā)光二極管正常發(fā)光。取下光纖接收頭并放在被測樣品后面，然后取下被測樣品，使光纖光譜儀直接接收照明光。2.打開數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，運行色度處理軟件，連接光纖光譜儀，實時顯示接收到的光譜功率分布。調(diào)節(jié)光譜儀的積分時間，使接收到的光譜功率至合適值(為了減小背景對測量的影響，盡量使接收光譜功率的最大值大于1000)。3.調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源使電壓為O (此時發(fā)光二極管不發(fā)光)，選擇軟件中的“測量背景”按鈕保存背景光譜數(shù)據(jù)。[0051]4.調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源電壓使發(fā)光二極管正常發(fā)光，選擇軟件中的“測量基線”按鈕保存照明光源光譜數(shù)據(jù)。5.根據(jù)測量數(shù)據(jù)，使用軟件中的“去背景”，“強度校正”，“光譜運算”，“計算光源xyz”，“計算主波長”，“計算色溫”，“計算顯色指數(shù)”等處理功能，可以獲得照明光源的色度參數(shù)。本實例所用透射樣品為WGS-9型色度儀自帶的紅、綠、藍三種透射樣品。系統(tǒng)測得的紅、綠、藍三種透射樣品的透過率曲線，與用WGS-9型色度儀測量曲線比較，結(jié)果如圖3所示。由圖4可知，對于紅、綠、藍三種透射樣品兩條曲線基本一致。但是，在波長小于430nm時，系統(tǒng)測得的曲線出現(xiàn)較大波動，這是由于發(fā)光二極管光源在小于430nm時光譜功率極小，才導(dǎo)致光譜測量噪聲較大。根據(jù)測得數(shù)據(jù)，選擇標準A光源作為參照光源，計算了紅、綠、藍三種透射樣品的 色度坐標，結(jié)果如表一所示。比較發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)測量結(jié)果與WGS-9型色度儀測量結(jié)果相差不大(色度坐標差值小于O. 005)。由此可見，發(fā)光二極管光源在小于430nm時光譜功率極小對色度值結(jié)果影響并不太大。表一紅、綠、藍透射樣品色度坐標測量值實施例2紅、綠、藍三種標準色板的色度測量。應(yīng)用系統(tǒng)對紅、綠、藍三種標準色板進行了測量，并將結(jié)果與WGS-9型色度儀測量結(jié)果進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者測得的反射率基本一致，如圖4所示。實驗發(fā)現(xiàn)，由于發(fā)光二極管在430nm以下光譜功率極小且標準色板的反射率較低，以致用發(fā)光二極管照明測得的曲線在波長小于430nm時波動甚大，因此在數(shù)據(jù)處理時舍去了這一部分數(shù)據(jù)，圖4中給出了波長范圍是430nnT700nm的反射率曲線。根據(jù)測得數(shù)據(jù)，選擇標準A光源作為參照光源，計算了紅、綠、藍三種標準色板的色度坐標，結(jié)果如表二所示。對比發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)測量結(jié)果與WGS-9型色度儀測量結(jié)果相差不大(色度坐標差值小于O. 0091)。同時，表二中也給出了 WGS-9型色度儀在400nnT700nm波長范圍內(nèi)標準色板色度坐標的測量值，該值與430nnT700nm波長范圍內(nèi)的測量值相比，差值小于O. 0055。由此可見，430nm以下的反射光譜對反射物體色度坐標的影響也不是很大。表二紅、綠、藍三種標準色板色度坐標測量值
權(quán)利要求1.一種物體色度測量系統(tǒng)，其特征在于該測量系統(tǒng)包括照明裝置、積分球、光纖光譜儀和數(shù)據(jù)分析裝置，照明裝置主要由白色發(fā)光二極管、聚焦透鏡、(T12V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源和電阻組成，套接積分球的白色發(fā)光二極管設(shè)于聚焦透鏡的焦點位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的物體色度測量系統(tǒng)，其特征在于所述聚焦透鏡的焦距為IOmm, 口徑為 12mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的物體色度測量系統(tǒng)，其特征在于所述積分球內(nèi)徑為200mm，照明光孔直徑為15_，總開孔面積與內(nèi)壁表面積之比小于1%。
專利摘要本實用新型涉及一種物體色度測量系統(tǒng)。其特征在于該測量系統(tǒng)包括照明裝置、積分球、光纖光譜儀和數(shù)據(jù)分析裝置，照明裝置主要由白色發(fā)光二極管、聚焦透鏡、0~12V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源和電阻組成，套接積分球的白色發(fā)光二極管設(shè)于聚焦透鏡的焦點位置。本實用新型用發(fā)光二極管作為照明光源，用光纖光譜儀進行光譜分析，并配合自編的MATLAB色度處理軟件，實現(xiàn)了一種新的物體色度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以測量透射物體和反射物體的色度，也可以測量照明光源的色度參數(shù)，與傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有體積小，造價低，測量速度快的特點。
文檔編號G01J3/46GK202710183SQ201220147379
公開日2013年1月30日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者錢惠國, 周衛(wèi)東, 李霞芬, 吳瓊 申請人:浙江師范大學(xué)