光谱式彩色密度计中的波长定标的计算机模拟

　　1　引　　言

　　彩色密度计通过测量物体的红、绿、蓝三种色光的反射或透射率,描述物体表面的颜色特征,能够客观定量反映物体表面的光谱吸收特性,是颜色控制的一种重要手段。在彩色印刷、彩色摄影、纺织工业等许多领域应用广泛。但是在国内专门的密度计种类很少,尤其是彩色密度计在国内几乎还是空白。国外这方面的产品性能优良,但是价格昂贵。所以彩色密度计的研究是一项迫切的任务。

　　彩色密度计从结构上分为两类:滤色片式和光谱式。滤色片式密度计与积分式色度计类似,结构简单,但精度较低,功能较少。光谱式密度计与分光光度计相似,结构复杂,精度高,功能多。随着科技的发展,光纤技术的提高,分光元件越来越小,电子线路的高密度化,微机的小型与普及,光谱式密度计式可以做到越来越小型化,测量速度也越来越快,弥补了原有的不足。所以光谱式密度计的研制有着广阔的应用前景。

　　无论是滤色片式还是光谱式彩色密度计由于使用范围、目的不同,有多种类型。为了测量的标准化和便于交流,在国际标准中和国家标准中进行了规定。本文介绍的光谱式彩色密度计主要用于测量标准A状态彩色密度,它结构简单、体积小、携带方便、测量速度快、功能也较多。下面先简单介绍一下它的测量原理与仪器的结构,然后重点描述仪器设计中的波长定标方法和计算机模拟结果。

　　2　测量原理及仪器的结构

　　根据国家标准GB/T 12822—91摄影反射密度测量的几何条件、GB 11501—89摄影密度测量的光谱条件,物体的彩色反射密度Di为:

　　光谱乘积为已知数据,只需测量辐亮度系数β(λ)就可以计算出彩色密度值。另外根据公式:

　　可以计算出物体的三刺激值,进而根据相关公式算出物体的色度坐标、颜色参数及色差。

　　建立在上述测量理论上的光谱式彩色密度计原理框图如下图所示,照明/观测测量条件为45°/0°,将光耦合到多色仪中,多色仪为全息平场凹面光栅,无须光学准直和光学成像系统,大大简化了结构。接受系统为2000多个像素TCD1206USP的CCD,灵敏度高,暗电流小,一次性测量光谱数据,运算速度大大提高。信号经过放大,A/D转换采集到单片机中,在单片机中进行数据处理,直接显示出物体的三色密度值和色度坐标及色差。

　　3　波长定标

　　由于光栅加工、定位的误差、CCD像素间隔以及系统安装误差因素的存在,使光谱分布可能偏离了设计的理想位置,误差的产生将严重影响仪器的质量精度,因而首先必须对仪器进行波长定标。

　　本仪器用汞灯和镉光谱灯对仪器进行定标,光谱灯发出的各条特征谱线稳定,且照明方式可以做到与实际测量时一样,提高了定标精度。下面先具体说明定标方法,然后用计算机进行模拟。