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什么是光电积分法?光电积分法一般使用什么仪器?

文章出处:未知 人气:114发表时间:2023-12-06

什么是光电积分法?光电积分法是通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线,或某一特定的光谱响应曲线,来对被测量的光谱功率进行积分测量的一种方法。本文对光电积分法仪器的类型、发展趋势和应用范围作了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

光电积分法测色仪器

什么是光电积分法?

光电积分法是通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE(国际照明委员会)标准色度观察者光谱三刺激值曲线,或某一特定的光谱响应曲线,来对被测量的光谱功率进行积分测量。

光电积分式测色仪器的响应很象人眼的视觉系统,通过直接测得的与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值,直接换算出试验色的CIE三刺激值。有两种主要的方法用来修正物理探测器,如光电池或光电倍增管的光谱响应,使它们的光谱响应大小正比于颜色的三刺激值。一种方法是使用一个带有光谱样板的双单色仪;另一种是使用滤色片。光电积分式测色仪器测量速度快,但测量精度没有分光光度计高。


光电积分法一般使用什么仪器?

光电积分法是仪器测色方法中较为常用的方法之一,运用这种方法的典型仪器就是光电色度计。光电色度计是用一个光电探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线或某一特定的光谱响应曲线,从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。这种方法是通过直接测量得与颜色得三刺激值呈比例的仪器响应数值,直接换算出颜色的三刺激值。光电积分法获得三刺激值的方法是由仪器内部光学模拟积分完成的,也就是用滤色镜来校正仪器光源和探测元件的光谱特性,使输出的电信号大小正比于颜色的三刺激值。

光电色度计一般由照明光源、校正滤色器、探测器组成。通常的光电色度计内部的照明光源是普通的白炽灯或卤钨灯;光电色度计的探测器为光电池、光电管等。为了要模拟标准观察者在标准照明体照明下观察到的物体颜色情况,色度仪器的总光谱灵敏度必须符合卢瑟条件。卢瑟条件是校正滤色器设计的基础。以公式表示如下:

光电色度计卢瑟条件

式中SA(λ)为仪器内部光源的光谱分布,Sc(λ)为选定的标准照明体光谱分布;τX,τY,τZ为三种校正滤色器各自的光谱透射比;x,y,z为选定的标准观察者的光谱三刺激值:KX,KY,KZ为比例常数:γ(λ)为探测器的光谱灵敏度。

如果校正滤色器的光谱透射比满足卢瑟条件则色度计的光学模拟目的就达到了。仪器各个探测器测到的电信号值就比例于物体颜色的三刺激值。色度计的精度与仪器符合卢瑟条件的程度有关,符合的程度越高,则测量精度就越高。

光电色度计的校正滤色器的光谱透射特性不可能完全符合卢瑟条件,因此仪器原理上就存在误差。为此,光电色度计经常要配备多种已知三刺激值的标准样品来进行定标。这样可以减少误差,提高仪器精度。

采用光电积分法制成的测色仪器已广泛应用于现代工业生产和控制过程中,这种方法的测量速度很快,也具有适当的测量精度,但是这类仪器无法测出颜色的光谱组成,而在纺织印染的自动配色等应用中必须获得颜色样品的光谱功率分布或物体本身的光度特性,因此这时应该采用分光光度法来进行颜色的测量。


光电积分法测色仪器的发展现状:

光电积分式测色仪的接收器部分是与人眼锥状细胞相对应的三个敏感器,分别接收红、绿、蓝三种颜色的反射光,从而直接得到物体表面颜色的三刺激值x,y和Z,通过微型计算机的计算还能转换到别的色空间,但得到的颜色参数也是很有限的。其光探测器一般为硅光电二极管,如果对仪器灵敏度要求很高,也可采用光电倍增管。

光电积分式测色仪的测色精度很大一部分取决于其设备中滤光片的匹配精度然而由于滤光片加工原料的限制,加工工艺也非常复杂并具有不确定性,所以滤光片与滤光片之间往往存在着一定的光谱匹配误差,这也使得光电积分式测色仪在测量颜色时存在着偏差。这种偏差在测量不同样品的颜色时显得尤为显著,且基本不能保证台间一致性,测量时如果不能保证使用同一台测色仪器,那么其测量得到的颜色数据基本没有意义。所以,光电积分式测色仪在测色性能上有着很大的局限性,但是它也有着价格低、灵活轻便、操作简单等优点,在一,些对产品颜色精度要求不高或者测色样品颜色比较单一的工业生产中还是发挥了很大的作用,市面上的TS7010、TS7020、TS7030型号的色差仪都属于光电积分式测色仪。


光电积分法测色仪器的应用范围:

色度计在结构和分光光度仪有很大的不同,这种仪器的光源发出的光在被颜色样品作用后分别通过一组三刺激值滤光片,然后射到光电池上直接反映出样品三刺激值的模拟量。是否能准确反映出颜色样品的实际三刺激值取决于仪器内光源-滤光片组-光电池三者综合的模拟总效应,这三者之中有一个发生变化都会导致测量结果的偏差。因此,它的测量准确度受到很大限制,不能用于测量结果要求很准确的场合,例如微小色差的评价等。另外,测量观察条件采用2°还是10°标准色度观察,CIE标准照明体采用D65还是其他CIE标准照明体等,均只能在仪器制造时就单一地固定下来后,才能去模拟该测量观察条件下的三刺激值,因此是不可改变的。虽然色度计的准确度不是太高,但它的客观性和低廉的价格,仍然使它在许多要求不高的场合有广泛的应用。

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