CN111289109A - 一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测量检测技术领域，具体涉及一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法。该用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，先测试某一厚度透明固体的主波长、亮度、兴奋纯度，并利用该厚度下的透明固体的透射率推算出标准厚度下的透射率，以此计算标准厚度的透明固体的主波长、亮度、兴奋纯度，同时实时给出检测结果，实现任意厚度的透明固体颜色的用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法。其有益效果是：方法简单，可实现透明固体颜色的实时测量及在线判定，通过本发明的方法验证了通过计算方式获得某一厚度下的透明固体颜色检测的可靠性，可实现任意厚度的透明固体颜色的在线测量。
Description
技术领域
本发明属于测量检测技术领域，具体涉及一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法。
背景技术
颜色是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的对光的视觉感受，我们肉眼所见到的光线，是由波长范围很窄的电磁波产生的，不同波长的电磁波表现为不同的颜色，对色彩的辨认是肉眼受到电磁波辐射能刺激后所引起的视觉神经感觉。用于描述透明固体颜色的参数除包含三刺激值、亮度、色品坐标等定量描述外，还包含波长、兴奋纯度等直观描述量，而用于测量透明固体颜色的仪器包括分光光度计、光谱仪等。
现有透明固体颜色检测技术的发展现状：
1）目前的检测仪器只能测试当前厚度的颜色特征量，对客户需要的标准厚度的透明固体颜色无法在线给出定量分析；
2）目前的检测仪器给出的是颜色的三刺激值和色度坐标等定量描述值，当需要获得标准厚度的透明固体颜色特征量时，需要借助excel等工具对已知厚度的透射率等参数进行二次分析，获得标准厚度的透射率，以此计算标准厚度下的波长、亮度、兴奋纯度等颜色特征量。
因此，关于如何实现任意厚度的在线测量是当前迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种在测试某一厚度透明固体的主波长、亮度、兴奋纯度，并利用该厚度下的透明固体的透射率推算出标准厚度下的透射率，以此计算标准厚度的透明固体的主波长、亮度、兴奋纯度，同时实时给出检测结果，实现任意厚度的透明固体颜色的用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、启动透明固体颜色检测装置，获取暗背景下和无被测透明固体下的光强数据，对[380,780]nm范围内的可见光进行强度测定；
步骤2、测量被测透明固体的厚度，获得当前厚度下透明固体的颜色特征量，包括三刺激值、色品坐标、亮度、主波长、兴奋纯度；
步骤3、输入透明固体的标准厚度值，采用朗伯比尔定律计算该厚度下透明固体的透射率，以此计算出该厚度下透明固体的颜色特征量，给出并显示测量结果；
步骤4、准备多片不同厚度的透明固体，分别进行实际测量，以获得多组颜色特征量，并与通过朗伯比尔定律计算获得的多组颜色特征量，通过透明固体颜色检测装置验证通过计算的方式实现透明固体颜色检测的可靠性。
进一步，所述步骤1中，透明固体颜色检测装置的组成部件包含：光源、光纤、准直透镜、积分球、光谱仪，以及用作数据处理及显示的PC终端，该透明固体颜色检测装置的测试原理为：光源发射光线，具体测试步骤如下：光线经光纤传导进准直透镜后，经准直透镜转换为一束平行光柱输出；平行光束垂直透过被测透明固体后射入积分球，经多次反射后经光线传入光谱仪，光谱仪对摄入光束进行分光处理，将光强数据反馈给PC处理终端；PC终端对放置透明固体前后的光强数据进行处理分析，得到该透明固体的颜色特征描述值。
进一步，所述步骤2中，以被测透明固体为玻璃为例，通过光谱仪获得[380,780]nm内的各波长强度，并计算当前厚度下玻璃的三刺激值，根据CIE1931标准度系统，以求和来近似积分，给出玻璃颜色的三刺激值表达式。
进一步，所述步骤3中的具体实施过程为：
步骤3.1，输入玻璃的标准厚度值，采用朗伯比尔定律计算标准厚度下玻璃的透射率；
步骤3.2，根据求得的三刺激值，求得该标准厚度下的色品坐标、亮度、主波长和兴奋纯度。
进一步，所述步骤4，以5组不同厚度的玻璃，根据步骤4中实际测量和计算获得的5组颜色特征量进行对比，色品坐标的差异在2‰内，主波长的差异在一个波长内，亮度差异在1.5％内，兴奋纯度的差异在2.5%，并综合考虑厚度的测量误差，从而验证使用计算的方式实现不同厚度玻璃的颜色检测的方法可行可靠。
本发明的有益效果是：方法简单，可实现透明固体颜色的实时测量及在线判定，无需进行复杂反复的测量，只需对基础样本进行测量后，即可得出相同材质不同厚度的透明固体颜色特征量，并通过本发明的方法验证了通过计算方式获得某一厚度下的透明固体颜色检测的可靠性，可实现任意厚度的透明固体颜色的在线测量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法进行进一步说明。
本实施例的一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，包括以下步骤：
步骤1、启动透明固体颜色检测装置，获取暗背景下和无被测透明固体下的光强数据，对[380,780]nm范围内的可见光进行强度测定；
步骤2、测量被测透明固体的厚度，获得当前厚度下透明固体的颜色特征量，包括三刺激值、色品坐标、亮度、主波长、兴奋纯度；
步骤3、输入透明固体的标准厚度值，采用朗伯比尔定律计算该厚度下透明固体的透射率，以此计算出该厚度下透明固体的颜色特征量，给出并显示测量结果；
步骤4、准备多片不同厚度的透明固体，分别进行实际测量，以获得多组颜色特征量，并与通过朗伯比尔定律计算获得5组颜色特征量，通过透明固体颜色检测装置验证通过计算的方式实现透明固体颜色检测的可靠性。
进一步，所述步骤1中，透明固体颜色检测装置的组成部件包含：光源、光纤、准直透镜、积分球、光谱仪，以及用作数据处理及显示的PC终端，该透明固体颜色检测装置的测试原理为：光源发射光线，具体测试步骤如下：光线经光纤传导进准直透镜后，经准直透镜转换为一束平行光柱输出；平行光束垂直透过被测透明固体后射入积分球，经多次反射后经光线传入光谱仪，光谱仪对摄入光束进行分光处理，将光强数据反馈给PC处理终端；PC终端对放置透明固体前后的光强数据进行处理分析，得到该透明固体的颜色特征描述值。
进一步，所述步骤2中，以被测透明固体为玻璃为例，通过光谱仪获得[380,780]nm内的各波长强度，并计算当前厚度下玻璃的三刺激值，根据CIE1931标准度系统，以求和来近似积分，给出玻璃颜色的三刺激值表达式如下：
其中，归一化系数k表示为：
其中，
为波长值，取值范围为[380,780]nm，
、
、
为被测玻璃的三刺激值；
为玻璃颜色检测仪器中使用的标准光源的相对功率分布；
为当前被测玻璃在波长
下的透射率；
、
、
为波长
下的标准色度观察者色匹配函数；
为波长间隔，本发明中取值5nm。
进一步，所述步骤3中的具体实施过程为：
步骤3.1，输入玻璃的标准厚度值，采用朗伯比尔定律计算标准厚度下玻璃的透射率，朗伯比尔定律的基本公式为：
其中，T为已知波长下的透过率，K为该波长下的比例系数，C为浓度，L为厚度。在玻璃颜色检测中，由于玻璃纯度的一致性，浓度C视为不变，即上述公式可进一步转换为：
其中，
，为常数。
对[380,780]nm波段范围内的玻璃的透射率均满足上述转换公式，约定上述步骤2中被测玻璃的厚度为
，标准厚度为
，
的在某一波长下的透射率为
，可以求得
在该波长下对应的透射率
，其计算公式为：
根据上述公式可以求得标准厚度
下的三刺激值公式为：
其中，归一化系数k的表达式不变。
步骤3.2，根据求得的三刺激值，求得该标准厚度下的色品坐标、亮度、主波长和兴奋纯度。
进一步，上述步骤4中，以5组不同厚度的玻璃，5组不同厚度的玻璃实测数据如下表所示：得到的数据表格为：
| 厚度(mm) | 主波长(nm) | 亮度(%) | 兴奋纯度(%) | 色品坐标x | 色品坐标y |
| 2.9 | 588.237 | 28.9537 | 91.3035 | 0.55868 | 0.433249 |
| 3.685 | 589.5984 | 22.642 | 93.5518 | 0.566925 | 0.425689 |
| 3.9 | 590.2497 | 20.1497 | 93.9704 | 0.5729 | 0.422348 |
| 4.025 | 590.4636 | 19.1301 | 94.9779 | 0.574243 | 0.421165 |
| 4.36 | 590.6267 | 17.5801 | 96.3876 | 0.576123 | 0.420347 |
分别用3.685mm、3.9mm、4025mm、4.36mm下的透射率求得2.9mm下对应的透射率，并分别得到2.9mm下的4组颜色特征量，如下表所示：
| 厚度(mm) | 主波长(nm) | 亮度(%) | 兴奋纯度(%) | 色品坐标x | 色品坐标y |
| 2.9（2.9） | 588.237 | 28.9537 | 91.3035 | 0.55868 | 0.433249 |
| 2.9（3.685） | 588.1963 | 30.5311 | 89.1091 | 0.55601 | 0.432905 |
| 2.9（3.9） | 588.6794 | 29.664 | 92.501 | 0.560137 | 0.432589 |
| 2.9（4.025） | 588.3679 | 29.58 | 92.3915 | 0.560004 | 0.432639 |
| 2.9（4.36） | 588.0989 | 30.4237 | 92.1177 | 0.55967 | 0.434459 |
比较两个表格中的数值，得到比较结果如下表所示：
| 厚度(mm) | Δλ | ΔY | ΔP | Δx | Δy |
| 2.9（2.9） | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2.9（3.685） | 0.0407 | -1.5774 | 2.1944 | 0.00267 | 0.000344 |
| 2.9（3.9） | -0.4424 | -0.7103 | -1.1975 | -0.00146 | 0.00066 |
| 2.9（4.025） | -0.1309 | -0.6263 | -1.088 | -0.00132 | 0.00061 |
| 2.9（4.36） | 0.1381 | -1.47 | -0.8142 | -0.00099 | -0.00121 |
进一步，所述步骤4，根据步骤4中实际测量和计算获得的多组颜色特征量进行对比，色品坐标的差异在2‰内，主波长的差异在一个波长内，亮度差异在1.5％内，兴奋纯度的差异在2.5%，并综合考虑厚度的测量误差，从而验证使用计算的方式实现不同厚度玻璃的颜色检测的方法可行可靠。
本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (5)
1.一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、启动透明固体颜色检测装置，获取暗背景下和无被测透明固体下的光强数据，对[380,780]nm范围内的可见光进行强度测定；
步骤2、测量被测透明固体的厚度，获得当前厚度下透明固体的颜色特征量，包括三刺激值、色品坐标、亮度、主波长、兴奋纯度；
步骤3、输入透明固体的标准厚度值，采用朗伯比尔定律计算该厚度下透明固体的透射率，以此计算出该厚度下透明固体的颜色特征量，给出并显示测量结果；
步骤4、准备多片不同厚度的透明固体，分别进行实际测量，以获得多组颜色特征量，并与通过朗伯比尔定律计算获得的多组颜色特征量，通过透明固体颜色检测装置验证通过计算的方式实现透明固体颜色检测的可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，其特征在于，所述步骤1中，透明固体颜色检测装置的组成部件包含：光源、光纤、准直透镜、积分球、光谱仪，以及用作数据处理及显示的PC终端，该透明固体颜色检测装置的测试原理为：光源发射光线，具体测试步骤如下：光线经光纤传导进准直透镜后，经准直透镜转换为一束平行光柱输出；平行光束垂直透过被测透明固体后射入积分球，经多次反射后经光线传入光谱仪，光谱仪对摄入光束进行分光处理，将光强数据反馈给PC处理终端；PC终端对放置透明固体前后的光强数据进行处理分析，得到该透明固体的颜色特征描述值。
3.根据权利要求1所述的一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，其特征在于，所述步骤2中，以被测透明固体为玻璃为例，通过光谱仪获得[380,780]nm内的各波长强度，并计算当前厚度下玻璃的三刺激值，根据CIE1931标准度系统，以求和来近似积分，给出玻璃颜色的三刺激值表达式。
4.根据权利要求1所述的一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，其特征在于，所述步骤3中的具体实施过程为：
步骤3.1，输入玻璃的标准厚度值，采用朗伯比尔定律计算标准厚度下玻璃的透射率；
步骤3.2，根据求得的三刺激值，求得该标准厚度下的色品坐标、亮度、主波长和兴奋纯度。
5.根据权利要求1所述的一种用于获取不同厚度透明固体颜色特征量的方法，其特征在于，所述步骤4，根据步骤4中实际测量和计算获得的多组颜色特征量进行对比，色品坐标的差异在2‰内，主波长的差异在一个波长内，亮度差异在1.5％内，兴奋纯度的差异在2.5%，并综合考虑厚度的测量误差，从而验证使用计算的方式实现不同厚度玻璃的颜色检测的方法可行可靠。
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