基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法。该方法通过对分光光度计仪器间的漂移误差、线性误差、非线性误差进行建模，利用两台分光光度计测得的校准样本的标准光谱和测试光谱，采用最小二乘法拟合优化出各波长的修正系数，从而校准了分光光度计仪器间的误差，即将测试分光光度计测得的光谱数据校准到标准分光光度计测得的光谱数据。该发明应用简单、精度高、具有很高的实用价值。
【专利说明】基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种校准仪器间误差的方法，具体是涉及一种基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法 。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步和全球化的发展，准确的颜色传递已成为工业化生产过程中不可或缺的一部分，尤其是对于油漆、纺织、油墨等领域。比如，国外某一公司需要一批某种颜色的油漆，该公司仅需要将表征颜色的数据发给国内的生产厂商，而生产厂商以此颜色数据作为目标进行生产和品质管理。颜色的数字化传递大大缩短了生产周期，免去了实物样本的传递，保证了品质管理的客观性，提高了公司的市场竞争力。
[0003]颜色的测量仪器有很多种，包括色度计、分光光度计等。色度计只能测量物体色的CIE XYZ值或色品坐标，不能包含物体色的所有颜色信息，所以用色度计测量得到的数据不是很准确。分光光度计可以测量物体色在可见光波段各波长的光谱反射率，包含物体色的所有颜色信息，因此，分光光度计测得的光谱常常作为传递的颜色数据，其也可以有效避免同色异谱现象。
[0004]但是，经调查研究发现不同分光光度计对同一样本的颜色测量是存在一定误差的，该误差称为仪器间误差。即使是同一生产厂商生产的同一款式的分光光度计之间也存在仪器间误差。仪器间误差严重地影响了颜色测量数据传递的准确性，甚至可能导致生产的商品不符合原先设定的标准，造成不必要的损失。
[0005]造成仪器间误差有很多原因，包括波长精度、杂散光的控制情况、探测器的灵敏度差异等，传导到最终的测量误差有漂移误差、线性误差、非线性误差等，然而，目前还没有快速、准确校准分光光度计仪器间误差的方法。
【发明内容】
[0006]本发明为了解决【背景技术】中所述的问题，公开了一种基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法。本方法对漂移误差、线性误差和非线性误差同时进行建模实现分光光度计仪器间误差校准，其具体步骤如下:
[0007]I)选取η个基本覆盖各个色区的校准样本，可采用自制的样本或相关的国际标准色卡；
[0008]2)选取两台分光光度计，其中一台作为标准分光光度计，测量校准样本得到标准
光谱，记为RsJyRs,;^.....Rs, λ,?，其中下标S表示标准光谱，下标λ表示测量波长，下
标η表示第η个校准样本；将另外一台作为测试分光光度计，测量校准样本得到测试光谱，
记为Rt, λ,.....Rt, λ,η，其中下标T表示测试光谱，下标λ和η的意义与标准光谱相
同；
[0009]3)假定相同波长λ的标准光谱和测试光谱满足下式，之后取相同波长λ的所有标准光谱和测试光谱数据，对下式进行拟合，采用最小二乘法计算得波长为λ时的修正系数&;^、1^和(^。对于每一个测量波长，均可采用相同的方法拟合计算出对应的修正系数a、b和c ;
[0010]Rs, λ = a人+b人 XRt, λ+ολ X (1_RT, λ) XRt, λ
[0011]其中，第一项a表不漂移误差，第二项bXRT, λ表不线性误差，第二项cX (1_RT,Λ) XR Τ, Λ表示非线性误差；
[0012]4)对任一经测试分光光度计测量得到的光谱数据R’ τ,λ,，可根据对应的修正系数aA、bA和(^进行波长修正，见下式，得最终校准后的光谱数据R', λ。
[0013]R*T, λ = ax+bx XR; T,人+c人 X(l-R' τ, λ) XR; τ, λ
[0014]本发明通过对分光光度计仪器间的漂移误差、线性误差、非线性误差进行建模，利用测得的校准样本的标准光谱和测试光谱，求得各波长的修正系数，从而校准了分光光度计仪器间的误差，即将测试分光光度计测得的光谱数据校准到标准分光光度计测得的光谱数据。该发明应用简单、精度高、具有很高的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法流程图；
[0016]图2是X-Rite CE7000A分光光度计测得的校准样本的标准光谱；
[0017]图3是Datacolor 650分 光光度计测得的校准样本的测试光谱；
[0018]图4是每个测量波长的修正系数a、b和c ;
[0019]图5某一样本的测试光谱、标准光谱以及校准后的测试光谱。
【具体实施方式】
[0020]以一台X-Rite CE7000A分光光度计和另一台Datacolor 650分光光度计为例，对上述基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法的【具体实施方式】进行阐述。如图1所示，其具体步骤如下:
[0021]I)选取20个基本覆盖各个色区的校准样本，本实施例中选用自制的样本；
[0022]2)选取X-Rite CE7000A分光光度计作为标准分光光度计，测量校准样本得到标准光谱，见图2,记为Rs, λ,1、Rs, λ,2、...、Rs, λ,η，其中下标S表示标准光谱，下标λ表示测量波长，下标η表不第η个校准样本；将Datacolor 650分光光度计作为测试分光光度计,测量校准样本得到测试光谱，见图3,记为RnpRny...、RT,A,n，其中下标T表示测试光谱，下标λ和η的意义与标准光谱相同；其中，光谱的测量范围设为400nm到700nm,以IOnm为间隔；
[0023]3)假定相同波长λ的标准光谱和测试光谱满足下式，之后取相同波长λ的所有标准光谱和测试光谱数据，对下式进行拟合，采用最小二乘法计算得波长为λ时的修正系
和。对于每一个测量波长，均可采用相同的方法拟合计算出对应的修正系数a、b和C，最终计算得到的每个测量波长的修正系数，见图4 ；
[0024]Rs, λ = a人+b人 XRt,人+c人 X (1_RT, λ) XRt, λ
[0025]其中，第一项a表不漂移误差，第二项bXRT, λ表不线性误差，第二项cX (1_RT,Λ) XR Τ, Λ表示非线性误差；
[0026]4)对任一经测试分光光度计测量得到的光谱数据R’ τ,λ,，可根据对应的修正系数aA、bA和(^进行波长修正，见下式，得最终校准后的光谱数据RIa，见图5。
[0027]R*T,x = aA +bAXR/ TjA+cAX (1-Ri T,JXR' τ, λ。
【权利要求】
1.一种基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法，其特征在于包括以下步骤: 1)选取η个基本覆盖各个色区的校准样本，可采用自制的样本或相关的国际标准色卡; 2)选取两台分光光度计，其中一台作为标准分光光度计，测量校准样本得到标准光谱，记为Rs, λ,P Rs, Λ,2>...、Rs, λ,n，其中下标s表示标准光谱，下标λ表示测量波长,下标η表示第η个校准样本；将另外一台作为测试分光光度计，测量校准样本得到测试光谱，记为Rt,Aa>RT,A,2.....RT, Λ,n，其中下标τ表示测试光谱，下标λ和η的意义与标准光谱相同； 3)假定相同波长λ的标准光谱和测试光谱满足下式，之后取相同波长λ的所有标准光谱和测试光谱数据，对下式进行拟合，采用最小二乘法计算得波长为λ时的修正系数aA、bA和cA。对于每一个波长,均可采用相同的方法拟合计算出对应的修正系数a、b和c ；
Rs, λ = aA+bA XRt, λ+ολ X (1_RT, λ) XRT, λ 其中，第一项a表不漂移误差，第二项bXRt, λ表不线性误差，第二项cX (1-RT, λ) XR τ,λ表不非线性误差； 4)对任一经测试分光光度计测量得到的光谱数据R’τ, λ,，可根据对应的修正系数aA、h和(^进行波长修正，见下式，得最终校准后的光谱数据1?\ Λ。
R*T,人=ειλ+?3λ XR' T, a+caX(1-R' t, JXR' τ, λ。
2.根据权利要求1所述的基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法，其特征在于所述步骤I)中选取η个基本覆盖各个色区的校准样本，可根据需要选用自制样本或国际标准色卡。另外，校准样本的个数越多，结果越准确，但是所需测量的时间越长，一般情况下，η为20-40个。
3.根据权利要求1所述的基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法，其特征在于所述步骤2)中选取两台分光光度计，一台作为标准分光光度计，另一台作为测试分光光度计；本专利也可适用于多台分光光度计，将其中一台作为标准分光光度计，而其余的均作为测试分光光度计，每一台测试分光光度计与标准分光光度计之间计算修正系数实现校准。
4.根据权利要求1所述的基于波长修正的分光光度计仪器间误差校准方法，其特征在于所述步骤3)中利用最小二乘法计算每一个测量波长的修正系数a、b和C。
【文档编号】G01J3/46GK103542932SQ201210566438
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】岑夏凤 申请人:岑夏凤