微型光譜儀之顏色檢測

　　1、技術簡介

　　顏色是大腦對於射入人眼的光的主觀感受。一般人眼可感知的波段為380~780nm。

　　顏色可以簡略分為反射顏色，透射顏色，光源色和結構色，前三種最為常見。

　　待測物的反射/透射顏色取決於待測物的光譜反射率/透射率，參考光源和觀察條件。光源色取決於光源光譜。結構色與物體表面特殊的衍射結構有關。

　　顏色在生產和生活中扮演著重要的角色，顏色的控制已經成為評價許多產品外在和內在質量中最受重視的要素之一。傳統的測色方法直接用人眼觀察，方法簡單靈活，但是結果依賴於觀測人員的經驗和心理、生理等主觀因素的影響，也依賴於觀察條件，結果使得測量結果的準確性和公正性經常受到質疑，目前已經被光譜測色技術取代。

圖1 不同顏色光譜

　　光譜測色是利用光譜儀獲取光源發射或物體透反射的可見光波段的光譜進行分析。根據色度學理論，任何顏色可用三個對人眼的顏色三刺激值來表示，因此獲得顏色三刺激值正是測色儀器的測量目的。顏色三刺激值可以通過顏色刺激函數分別乘以CIE光譜三刺激值，並在整個可見光譜範圍內分別對這些乘積進行積分。計算公式如下：

　　其中，φ(λ) 為色刺激函數，由光源輻射特性或物體的透反射特性決定;X(λ), Y(λ), Z(λ)為標準觀察者的光譜三刺激值;k為歸一化係數。X, Y 和Z則是顏色三刺激值，它們雖然從數量上對顏色進行了定量的描述。

　　歷史上，由於各個行業顏色測量對象差異很大，顏色三刺激值直接使用多有不便。於是國際照明委員會(CIE)先後推出了CIE xyz和CIE L*a*b*等多種顏色空間，將顏色三刺激值轉換後使用。在實踐中，CIE xyz多用於發光體顏色描述，而CIE L*a*b*模型在物體表面色的色差，例如紡織品、油漆、塑料等行業。關於兩種顏色空間的具體計算函數可直接參考CIE網站，一般顏色測量軟體都集成了這些函數，比如著名的海洋光學的測量軟體集成了所有主流的顏色空間函數，併集成了CIE規定的所有標準照明體函數模型，幾乎可以滿足所有顏色測量需要，給客戶開展多種顏色測量帶來了極大便利。

圖2 CIE xyz

圖3 CIE L*a*b*

　　2 、應用說明

　　顏色測量包含三個基本要素：參考光源，參考標準源，光譜採集裝置。常用參考光源為滷鎢燈或氙燈。參考標準源一般多用漫反射標準板。光譜採集裝置則有光譜儀和配套附件組成。光譜儀必須涵蓋可見光波段，並且要具有足夠的靈敏度和穩定性，配套附件包括光纖探頭和積分球等。

　　顏色計算較為繁瑣，選擇一款集成各種顏色參數自動計算功能的軟體也是很有必要的。

　　農產品加工：肉類，果蔬等品質分類;

　　照明行業：LED顏色分析;

　　紡織行業：紡織物色差鑑定;

　　造紙行業：紙品顏色控制;

　　化工行業：油漆，塗料等品質控制。

　　典型配置

　　典型產品：高解析度光譜儀，光源，探頭，濾光片，聚光透鏡

　　3、應用文章

　　3.1 LED顏色測量

圖4 使用七步MacAdam 橢圓來定義LED在CIE 1931 色品圖中的分割區域

　　3.2 化學變色反應測量

圖5 化學變色反應中的吸光度圖譜

圖6  化學變色反應在553nm和759nm的吸光度變化趨勢

　　3.3 基於顏色檢測的犯罪現場的血跡的時間評價

圖7 血跡檢測圖

 （內容來源：海洋光學）

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