基于NCS色系的嵌入式测色系统设计

　　1 引言

　　正常人对于颜色的感觉是与生俱来的。人的眼睛虽然可以分辨出很多颜色, 但是却无法通过语言来精确地描述他所看到的颜色。在一些需要保持颜色一致性的场合, 颜色需要定量的、科学的、通过数据化的方式来表示, 以避免它们之间由于细微的差别而造成不必要的损失和麻烦。现在的工业和商品产业中, 对于颜色的需求也越来越高, 无论是纺织、印刷、食品、建筑、室内装潢, 还有计量、医药、电影、交通, 甚至遥感、计算机信息处理等, 都离不开对颜色进行精确测量或表征的需求。

　　随着计算机及微电子技术的不断发展, 嵌入式计算机的硬件及软件系统被逐渐广泛应用到测量仪器领域。数字化测量仪器逐渐向高集成度、多功能、智能化、网络化以及微型化发展。采用嵌入式混合信号系统级微控制器(MCU)芯片以及嵌入式编程语言可以方便快速开发出高集成度和复杂度的测量仪器。

　　NCS是Natural Color System( 自然色彩系统) 的简称。NCS是目前世界上最具盛名的色彩体系之一,是国际通用的色彩标准, 更是国际通用的色彩交流的语言。NCS系统已经成为瑞典、挪威、西班牙等国的国家检验标准, 它是欧洲使用最广泛的色彩系统,并正在被全球范围采用。NCS广泛应用于设计、研究、教育、建筑、工业、公司形象、软件和商贸等领域。

　　目前在我国也有广泛的应用。鉴于以上所述的情况, 我们开发了基于NCS色系的嵌入式测色仪。

　　2 原理概述

　　颜色的测量大体有两类方法〔3〕:其一, 为光电积分法, 是以滤光片和光电转换元件模拟人眼, 在一定的照明条件下进行测量, 此法优点为:仪器小, 测量速度快, 可用于生产过程中的颜色质量控制; 缺点为:由于模拟人眼的滤光片极难做得完善, 因此, 准确度不高, 因没有对光谱反射率或光谱透射率进行测量, 不能解决同色异谱的问题。其二, 为光谱扫描法, 即测量物体的光谱反射率或光谱透射率, 此法优点为:测量的准确度高, 能区分同色异谱; 缺点为:此类仪器大多为光栅扫描式, 因而测量时间长, 不利于生产过程的颜色质量的控制。权衡利害得失, 我们决定采用第一种方案, 探测头结构如图1所示。测色原理及过程如下所述。

　　被测颜色样品的CIE三刺激值XYZ的计算方法如下:

　　( 1) 测量标准白板, 获得该白板的响应值为Rw,Gw, Bw;

　　( 2) 测量颜色样品, 获得该样品的响应值为Rs,Gs, Bs;

　　( 3) 按以下公式计算样品的初始三刺激值, 假设标准白板的三刺激值为已知: Xw, Yw, Zw样品的初始三刺激值为: