专利名称：一种物体色度测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物体色度测量系统。
背景技术：
随着生产和应用的发展，人们对物体色度的测量要求越来越高，应用越来越广泛。目前，测量物体色度的方法主要有目视比色法、光电积分法和分光光度法。目视比色法相对简单，它将未知的物体颜色与已知的色度卡进行比较，认为与物体颜色相同的色度卡的色度值就是物体颜色的色度。由于一方面色度卡保存困难，另一方面辨认物体颜色与色卡颜色相同存在误差，因此比色法测量误差较大。光电积分法利用具有特定光谱灵敏度积分元件，可以直接测量出物体颜色的三刺激值或色度坐标，具有快速、便捷的优点，但是，要做出“具有特定光谱灵敏度的积分元件”也并不容易，因此光电积分法测量也存在较大误差。相比之下，分光光度法测量具有更高的测量精度，在色度研究中应用广泛。分光光度法测量系统主要由照明光源、光谱仪、分析软件等部分组成。传统的测量系统中，照明光源常使用溴钨灯、氙灯或标准光源(如标准A光源、D65光源等);光谱仪常使用棱镜光谱仪、光栅光谱仪等。近几年出现了发光二极管和光纤光谱仪。发光二极管具有体积小、功耗小、价格便宜、使用寿命长等优点，已在测试、医疗、照明等领域获得了广泛的应用。超亮白色发光二极管不仅亮度高，且其光谱范围基本覆盖了可见光，颜色再现能力强，经测试其显色指数在80以上，经研究可以在物体色度测量中获得应用。光纤光谱仪具有体积小、测量速度快等优点，已获得广泛应用，用其进行物体色度测量将是研究的趋势。但目前还没有用发光二极管作照明光源，并用光纤光谱仪进行光谱分析的物体色度测量设备。
发明内容针对上述现有技术的不足，本实用新型用发光二极管作为照明光源，用光纤光谱仪进行光谱分析，并配合自编的MATLAB色度处理软件，实现了一种新的物体色度测量系统。该系统既可以测量透射物体和反射物体的色度，也可以测量照明光源的色度参数，与传统的测量系统相比，该系统具有体积小，造价低，测量速度快的特点。本实用新型的具体技术方案是一种物体色度测量系统，其特征在于该测量系统包括照明装置、积分球、光纤光谱仪和数据分析装置，照明装置主要由白色发光二极管、聚焦透镜、(T12V可调直流稳压电源和电阻组成，套接积分球的白色发光二极管设于聚焦透镜的焦点位置。所述白色发光二极管为草帽型，胶体无色透明，发散角60度，电流为20mA时光强为 15000mcd。所述聚焦透镜的焦距为10mm，口径为12mm。[0013]所述积分球内径为200mm，照明光孔直径为15mm，总开孔面积与内壁表面积之比
小于1%。积分球是具有高反射性内表面的空心球体，用来对处于球内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件，球上的小窗口可以让光进入并与检测器靠得较近。本实用新型具有以下特点I.使用了白色发光二极管作为照明光源，体积小，成本低；聚焦透镜提高了发光二极管光能的利用率，并使光照更加均匀；2.既可以测量透射物体、反射物体的色度，同时也可以测量照明光源色度坐标、色温、显色指数等参数；使用积分球减小了反射物体色度测量误差；3.使用光纤光谱仪进行光谱分析，测量速度快，体积小；4.自编的MATLAB物体色度处理软件，能实现透射物体和反射物体色度坐标的计算，光源色度坐标、主波长、兴奋纯度、色温、一般显色指数等色度参数的计算，同时软件也集成了去背景、强度校正、数据运算及图形显示等数据处理功能。
图I为本实用新型物体色度测量系统示意图。图2为本实用新型物体色度测量系统聚焦光路示意图。图3为测得红、绿、蓝三种透射样品的透过率曲线比较图。图4为测得红、绿、蓝三种标准色板的反射率曲线比较图。图5为照明光源一发光二极管的光谱功率分布图，其中，被测样品1，聚焦透镜2，积分球3，发光二极管4，探头5，光纤光谱仪6，数据分析装置7。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。实施例I红、绿、蓝三种透射样品的色度测量。如图I所示，整个物体色度测量系统主要包括照明系统、积分球、光纤光谱仪和一套装载于数据处理装置中的物体色度处理软件。照明系统主要包括白色发光二极管、聚焦透镜、可调直流稳压电源((T12V可调)、电阻(300 Ω)和开关各一件。白色发光二极管为草帽型，胶体无色透明，发散角60度，电流为20mA时光强为15000mcd。聚焦透镜的焦距为10mm，口径为12mm。聚焦光路如图2所示，发光二极管放在聚焦透镜的焦点位置，其发出的光经透镜后近似成平行光出射。系统所用积分球内径为200mm，照明光孔直径为15mm，总开孔面积与内壁表面积之比小于1%。安装时，聚光透镜距离照明光孔30mm，且中心对齐使光均匀照射在光孔中心。光纤光谱仪光谱响应范围为300nnT900nm，光谱分辨率小于O. 5nm,光谱积分时间为O. 5ms 5000ms可调，使用USB线与电脑连接。物体色度处理软件是自编的MATLAB物体色度处理软件，能实现透射物体和反射物体在标准参照光源(如标准A、B、C光源、等能E光源等)照明下色度坐标的计算，光源色度坐标、主波长、兴奋纯度、色温、一般显色指数等色度参数的计算，同时软件也集成了去背景、强度校正、数据运算及图形显示等数据处理功能。反射物体色度的测量过程如下I.实验系统如图I所示，先打开稳压电源，调节电压约为9V，使发光二极管正常发光。并在积分球照明光孔处放上标准白反射板，为测量反射基线做准备。2.打开数据分析装置，运行色度处理软件，连接光纤光谱仪，实时显示接收到的光谱功率分布。调节光谱仪的积分时间，使接收到的光谱功率至合适值(为了减小背景对测量的影响，尽量使接收光谱功率的最大值大于1000)。3.调节稳压电源使电压为O (此时发光二极管不发光)，选择软件中的“测量背景”按钮保存背景光谱数据。4.调节稳压电源电压使发光二极管正常发光，选择软件中的“测量基线”按钮保存基线光谱数据。·5.取下标准白反射板，换上被测反射物体，选择软件中的“测量光谱”按钮保存光谱数据。6.根据测量数据，使用软件中的“去背景”，“光谱运算”，“计算色度坐标”等处理功能，可以获得被测反射物体的色度。透射物体色度的测量过程I.实验系统如图I所示，先打开稳压电源，调节电压约为9V，使发光二极管正常发光。取下光纤接收头并放在被测样品后面(以便接收透射光谱)，然后取下被测样品，使光直接照射接收光纤，为测量透射基线做准备。2.打开数据分析装置，运行色度处理软件，连接光纤光谱仪，实时显示接收到的光谱功率分布。调节光谱仪的积分时间，使接收到的光谱功率至合适值(为了减小背景对测量的影响，尽量使接收光谱功率的最大值大于1000)。3.调节稳压电源使电压为0(此时发光二极管不发光)，选择软件中的“测量背景”按钮保存背景光谱数据。4.调节稳压电源电压使发光二极管正常发光，选择软件中的“测量基线”按钮保存基线光谱数据。5.放上被测透射物体，选择软件中的“测量光谱”按钮保存光谱数据。6.根据测量数据，使用软件中的“去背景”，“光谱运算”，“计算色度坐标”等处理功能，可以获得被测透射物体的色度。照明光源色度的测量I.实验系统如图I所示，先打开稳压电源，调节电压约为9V，使发光二极管正常发光。取下光纤接收头并放在被测样品后面，然后取下被测样品，使光纤光谱仪直接接收照明光。2.打开数据处理系统，运行色度处理软件，连接光纤光谱仪，实时显示接收到的光谱功率分布。调节光谱仪的积分时间，使接收到的光谱功率至合适值(为了减小背景对测量的影响，尽量使接收光谱功率的最大值大于1000)。3.调节稳压电源使电压为O (此时发光二极管不发光)，选择软件中的“测量背景”按钮保存背景光谱数据。[0051]4.调节稳压电源电压使发光二极管正常发光，选择软件中的“测量基线”按钮保存照明光源光谱数据。5.根据测量数据，使用软件中的“去背景”，“强度校正”，“光谱运算”，“计算光源xyz”，“计算主波长”，“计算色温”，“计算显色指数”等处理功能，可以获得照明光源的色度参数。本实例所用透射样品为WGS-9型色度仪自带的红、绿、蓝三种透射样品。系统测得的红、绿、蓝三种透射样品的透过率曲线，与用WGS-9型色度仪测量曲线比较，结果如图3所示。由图4可知，对于红、绿、蓝三种透射样品两条曲线基本一致。但是，在波长小于430nm时，系统测得的曲线出现较大波动，这是由于发光二极管光源在小于430nm时光谱功率极小，才导致光谱测量噪声较大。根据测得数据，选择标准A光源作为参照光源，计算了红、绿、蓝三种透射样品的 色度坐标，结果如表一所示。比较发现，系统测量结果与WGS-9型色度仪测量结果相差不大(色度坐标差值小于O. 005)。由此可见，发光二极管光源在小于430nm时光谱功率极小对色度值结果影响并不太大。表一红、绿、蓝透射样品色度坐标测量值实施例2红、绿、蓝三种标准色板的色度测量。应用系统对红、绿、蓝三种标准色板进行了测量，并将结果与WGS-9型色度仪测量结果进行比较。结果发现，两者测得的反射率基本一致，如图4所示。实验发现，由于发光二极管在430nm以下光谱功率极小且标准色板的反射率较低，以致用发光二极管照明测得的曲线在波长小于430nm时波动甚大，因此在数据处理时舍去了这一部分数据，图4中给出了波长范围是430nnT700nm的反射率曲线。根据测得数据，选择标准A光源作为参照光源，计算了红、绿、蓝三种标准色板的色度坐标，结果如表二所示。对比发现，系统测量结果与WGS-9型色度仪测量结果相差不大(色度坐标差值小于O. 0091)。同时，表二中也给出了 WGS-9型色度仪在400nnT700nm波长范围内标准色板色度坐标的测量值，该值与430nnT700nm波长范围内的测量值相比，差值小于O. 0055。由此可见，430nm以下的反射光谱对反射物体色度坐标的影响也不是很大。表二红、绿、蓝三种标准色板色度坐标测量值
权利要求1.一种物体色度测量系统，其特征在于该测量系统包括照明装置、积分球、光纤光谱仪和数据分析装置，照明装置主要由白色发光二极管、聚焦透镜、(T12V可调直流稳压电源和电阻组成，套接积分球的白色发光二极管设于聚焦透镜的焦点位置。
2.根据权利要求I所述的物体色度测量系统，其特征在于所述聚焦透镜的焦距为IOmm, 口径为 12mm。
3.根据权利要求I所述的物体色度测量系统，其特征在于所述积分球内径为200mm，照明光孔直径为15_，总开孔面积与内壁表面积之比小于1%。
专利摘要本实用新型涉及一种物体色度测量系统。其特征在于该测量系统包括照明装置、积分球、光纤光谱仪和数据分析装置，照明装置主要由白色发光二极管、聚焦透镜、0~12V可调直流稳压电源和电阻组成，套接积分球的白色发光二极管设于聚焦透镜的焦点位置。本实用新型用发光二极管作为照明光源，用光纤光谱仪进行光谱分析，并配合自编的MATLAB色度处理软件，实现了一种新的物体色度测量系统。该系统既可以测量透射物体和反射物体的色度，也可以测量照明光源的色度参数，与传统的测量系统相比，该系统具有体积小，造价低，测量速度快的特点。
文档编号G01J3/46GK202710183SQ201220147379
公开日2013年1月30日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者钱惠国, 周卫东, 李霞芬, 吴琼 申请人:浙江师范大学