一种优化波长矫正方法及采用该方法的分光测色仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分光测试仪，具体是一种优化波长矫正方法及采用该方法的分光测色 仪。
【背景技术】
[0002] 颜色测量仪器是将颜色这一心理物理量量化的常规测量仪器。评价颜色测量仪器 最关键的两个指标是测量重复性和示值误差。颜色测量仪器从测量原理上来分有两种:光 电积分式测色仪和分光测色仪。光电积分式测色仪器是在可见光范围内采用单颗硅光电二 极管配合滤光片调整仪器的光谱响应，通过积分测量测得样品颜色的三刺激值x、Y、z。这种 技术手段很难达到较低的示值误差。目前主流的颜色测量仪器是分光测色仪，这种方法同 样是通过测量被测样品表面的反射光谱率来计算颜色数据的，可达到较好的测量重复性和 较低的示值误差。
[0003] 在基于分光法的仪器设计原理如图1所示，通常使用在可见光范围内有充足分布 的氙灯、卤钨灯作为照明光源，采用阵列探测器作为传感器，光栅作为色散器件。照明光源 发出的光照在被测样品上，反射光进入分光色散系统，分光色散系统将反射光以一定波长 分辨率分开投射在阵列传感器上，使阵列传感器获得整个可见光范围内的光谱分布。由于 替代了传统的机械扫描式分光色散结构，分光法的测试时间很短，大大降低了对照明光源 的工作时间和光源稳定性的要求，兼顾了仪器的测量速度、光谱分辨率和测量重复性等指 标 分光颜色测量仪器的三刺激值计算方法是用样品的光谱反射曲线、标准照明体的光谱 功率分布和所采用的2°或10°视场的三刺激值匹配函数，用等波长间隔法，在可见光光谱范 围内加权计算。计算式为2-2和式2-3所示：
式中： 为标准照明体的光谱功率分布； Ρ?为反射色样品的光谱反射比； 1?为波长间隔； i：、心8为调整因数，如下所示。
分光测色仪通过测量被测样品表面可见光范围内的光谱反射曲线计算得到颜色三刺 激值和色坐标。对于式2-2和式2-3中波长范围和波长间隔(HI)的选择，视被测物体的光谱 特性和计算精度的要求不同而不同。CIE15:2004推荐:精确波长范围应取360-830nm，波长 间隔取lnm。对于大多数应用，波长范围380-780nm，波长间隔不会产生过大的 误差。实际上，具体应用可以根据精度和要求适当变化。比如在便携式分光测色仪的应用 中，大多数仪器都选择了波长间隔透捕，波长范围400-700nm;在计算机配色计算中， 也有采用波长间隔ΔΑ = 20nm，波长范围400-700nm。波长间隔越小，波长范围越宽，每次测 量产生的数据量就越大。在实际应用中，同样需要考虑计算精度和工艺、材料客观条件相匹 配。
[0005] 色差按CIELAB均匀色空间下的色差公式计算，该公式为：
式中参考样品与被测样品两者明度指数_的差值； 逐3>:'，参考样品与被测样品色度指数#和1酸相应的差值。
[0006] ，lf的计算公式如式2-8所示：
[0007] 表1标准照明体三刺激值 分光测色仪器的测量原理为测量物体的光谱反射曲线，再选用CIE的标准照明体和标 准观察者，通过积分计算，求得颜色的三刺激值。分光测色仪器实际上是一种物理量测色仪 器，根据CIE标准色度系统光谱三刺激值函数计算出样品表面颜色的三刺激值X，Y，Z等一系 列其他心理物理量参数。分光测色仪主要是由光源，分光系统，光电检测系统以及电子控制 与数据处理系统等主要部分构成。其中，对物体表面光谱反射曲线的测量是整个计算的基 础。光谱反射曲线测量结果的稳定性决定了仪器其它颜色数据测量的稳定性。光谱反射率 的计算方法。
[0008] 分光测色仪结构示意图如图2所示。通过光源照射到被测物体表面上，反射光通过 分光部件。分光部件的作用是将反射光按照不同的波长依次照射到线阵传感器上。线阵传 感器上不同位置的像元测量得到的信号就代表了不同波长处反射信号光的强度。
[0009] 测量得到传感器各个像元的信号光强度，根据传感器各个像元和波长的对应关 系，将各个像元的信号光强度转化为不同波长处的信号光强度。
[0010] 在现有的技术手段中，在仪器出厂时，需要采用定标方法计算传感器像元和波长 的对应关系。将传感器每个像元的信号强度转化为对应波长处的信号强度。
[0011]在分光颜色测量仪器开机后，需要进行校正才能进行使用。校正分为白校准和黑 校准两步。
[0012]具体的矫正流程为： 1.测量标准白板的不同波长处的信号光强度 [0013] 2.测量标准黑板的不同波长处信号光强度!版戍(λ)。
[0014] 3.经过以上的矫正，仪器才可测量被测样品不同波长处信号光强度&幽稱，根 据不同标准白板和标准黑板的已知光谱反射率，计算出被测样品在不同波长处的光谱反射 率 R{A)。
[0015] 但是，由于仪器在实际使用中温度、湿度等客观条件会发生变化，导致分光光路中 的光栅和透镜的相对位置会发生一定的变化。最终体现在，传感器各个像元和波长的对应 关系发生一定的变化。比如原来第30个像元对应波长是383.5nm，在变化后，第30个像元对 应的波长向长波方向移动，第30个像元的对应波长变为386.2nm。这种情况下，会导致仪器 测量物体表面光谱反射率整体光谱数据会发生变化，致使颜色测量数据也发生变化，仪器 整体稳定性变差。
【发明内容】
[0016] 为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种优化波长矫正方 法，包括如下步骤： 测量标准白板在不同像元处的信号光强度 测量标准黑板在不同像兀处的信号光强度J ; 测量标准绿板在不同像元处的信号光强度 通过白板和黑板的采样结果，计算绿板在不同像元处的光谱反射曲线
在仪器出厂前对仪器进行定标测量，取的最大值对应像兀记 录至仪器内部；在用户实际使用仪器时，每次开机后进行以上校正过程，得到 Ρ細1，松紋， 看7%与是否相同。如果相同， 则证明仪器的传感器像元和波长之间的对应关系没有出现偏差;如果不相同则证明仪器的 传感器像元和波长之间的对应关系出现了偏差，需要进行修正。
[0017]进一步的，若偏差过大，则说明仪器出现了故障。
[0018] 进一步的，所述正常偏差范围的确定方法为:将仪器放在一个恒温试验箱中，模拟 仪器的使用温度从5°C变化为75°C，每变化10摄氏度进行一次测量，最大反射率的位置随温 度变化，温度变化过程中，最大值对应像元的变化不会超过± 3个像元;否则需要对像元和 波长对应关系进行修正。
[0019] 进一步的，像元和波长对应关系进行修正的方法： 在出厂定标时得到像元和波长的对应关系为：
在仪器出厂前对仪器进行定标测量，取的最大值对应像元 记录至仪器内部； 在用户实际使用仪器时，每次开机需要对仪器进行校正，得的最 大值对应像元胃。取的差值为細& 修正后的像元和波长对应关系为：
[0020] 本发明还公开了一种分光测色仪，采用了上述的优化波长矫正方法。
[0021] 本发明基于目前的分光测色仪器技术发展现状，针对光谱波长的准确性提出了优 化设计方案，在仪器使用环境发生变化的情况下，保证分光测色仪器的波长准确性。
【附图说明】
[0022] 图1是分光测色仪器原理图； 图2是样品在不同波长处的光谱反