双光路多通道颜色快速计测系统

　　一、引言

　　物体表面色的测量首先必须测出色样的光谱反射特性。为了同时探测全波段光谱能量分布,可采用多光路探测技术和多通道探测技术[1]。对于可见光,通常采用平行探测法,即多通道技术。本系统采用自扫描光电二极管阵列(self-scanning photo-diode array,简称SPD)作为多通道光电探测器。

　　测色系统的照明光源采用脉冲氙灯。脉冲光源的应用大幅度地提高了光源的强度,充分利用了SPD的灵敏度和线性,它没有发热问题,且氙灯的光谱功率分布比较接近D65标准照明体,有效地改善了测量精度。但是,光脉冲的能量波动较大,所以系统采用双光路形式,由参考通道的SPD同时监测光脉冲的能量分布,以补偿和修正照明光源的波动误差。

　　二、工作原理与系统组成

　　1、工作原理

　　对物体色的测量主要是在国际照明委员会(CIE)推荐的标准照明和观测条件下通过光谱反射比的测量来确定颜色的三刺激值和色品坐标[2],即

　　式中,P(K)是照明光源的相对光谱功率分布是CIE标准色度观察者光谱三刺激值;Q(K)是测得的物体色光谱反射比;是计算用波长间隔;k是颜色归一化因子,它的选择应满足在给定光源照明下完全漫反射体[对所有波长,即

　　在确定了物体色的三刺激值后,可计算出相应颜色的色品坐标x、y和z:

　　可见,只要精确测定物体色的光谱反射比Q(K),即可由方程(1)～(3)获得对应颜色的三刺激值和色品坐标。

　　2、系统组成

　　本系统主要由积分球、照明光源、测量通道与参考通道的分光多色仪和探测器阵列(SPD)及其驱动电路、两路放大器及采集与A/D电路、适配接口、专用计算机及其外设等组成,如图1所示。

　　三、测色软件设计

　　快速测色系统配置专用PC计算机,为达到快速测量的目的,测色系统的有关浮点运算等数据处理以C语言进行编程,同时引入汇编程序,以PC汇编语言编写系统控制、信号判断及数据采集等功能程序模块,充分利用C语言和汇编语言的特点,从而实现快速、高效的测色过程。

　　1、光谱定标软件

　　利用低压光谱汞灯照明积分球,不起动仪器照明光源,运行光谱定标软件,自动扫描整个可见光谱区,以重心法确定435.88nm和546.07nm两条典型谱线在SPD上的象元位置,并自行存储各波长数据。

　　2、光度定标软件

　　光度定标包括自动校零和标准白板校正两个部分。

　　将仪器专配的黑筒夹于系统积分球样品口,触发闪光照明,执行自动校零程序,读入SPD各象元对应波长的光谱信号并作为系统光度零点“暗电流”存入磁盘指定数据文件中,在后继测试中再予扣除,完成校零定标。