色差计滤色器匹配技术研究

　　物体颜色不仅与物体表面的反射、透射或吸收特性有关,还与照明光源的光谱功率分布有关,而且还和人的色视觉特性有关。因此,为了获得对颜色评价的一致结果,颜色测量必需采用色度学标准、CIE标准照明体、标准光源、标准的照明和观测条件。

　　颜色测量仪器的种类很多,但是总体上可以分为两大类:一类是分光光度计,另一类是直读式色差计。分光光度计是用多棱镜或光栅将多色光分离成单色光,通过光敏元件取得样品反射率或透过率,然后按公式计算出样品的三刺激值。直读式色差计是由一组滤色片和光电池组合成滤色器,模拟人眼色感觉测量物体颜色,可以在仪器上直接读出被测量样品颜色的三刺激值。

　　1　色差计滤色器的设计原理

　　测色色差计由照明系统、探测系统和数据处理系统3大部分组成。照明系统是白炽灯、卤钨灯或微型脉冲氙灯;探测系统多为硅光电池、硅光二极管,并匹配有模拟人眼色觉特性的滤色器;数据处理系统包括对所采集的信号放大,微机处理运算和显示、打印等输出[1 〗。其中仪器的测头是由照明系统和探测系统组成的,其结构如图1。

　　根据色度学原理和选定的标准照明光源,仪器的总体光谱响应特性(光源、光学系统和探测器的综合响应特性)应满足卢瑟(Luther)条件。在D65光源、10°视场下的卢瑟条件:

　　式中:

　　S(λ)———仪器光源的相对光谱功率分布;

　　SD(λ)———标准照明体D65的相对光谱功率分布;

　　-x10(λ),-y10(λ),-z10(λ)———10°视场色匹配函数(见图2);

　　Kx,Ky,Kz———与波长无关的常数;

　　τx(λ),τy(λ),τz(λ)———仪器特定滤光器的光谱透射率;

　　γ(λ)———仪器探测器未加修正前的相对光谱响应度。

　　式(1)中SD(λ)和-x10(λ),-y10(λ),-z10(λ)是定值,Kx,Ky,Kz是常数, S(λ)及γ(λ)的数值在选定光源和光电探测器后也确定下来。这样滤色器的光谱透过率τx(λ),τy(λ),τz(λ)决定了卢瑟条件的满足程度,而仪器符合卢瑟条件的完善程度,决定了仪器的测量准确度[1~3]。

　　2滤色器的设计

　　从图2的曲线,我们可以看到-x10(λ)的短波部分的曲线和-z10(λ)的曲线形状相似,但峰的高度不同。因此3个滤色器被分别设计成与-x10(λ)的长波峰、-y10(λ)和-z10(λ)相匹配,完整的-x10(λ)可以通过在长波长X信号上加约18%的Z信号即可[1]。