CN115824981A - 一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法，其特征在于，所述油品颜色测量装置包括：光路模块、存储模块和微控制器模块；光路模块，测量经过油品吸收的可见光色彩强度和未经油品吸收的可见光色彩强度；存储模块，存储标准色片不同颜色的标准数值和所述油品颜色测量装置的基线测量值；微控制器模块，微控制器模块分别连接光路模块和存储模块，微控制器模块进行曲线拟合计算，得到所述油品的赛波特比色测量值。本发明基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法解决了油品色度测量数值精度低，测量过程繁复耗时的技术问题。

Description

一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法

技术领域

本发明涉及油品色度的测量技术领域，尤其涉及一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法。

背景技术

油品色度是一种反映油品质量和稳定性的重要指标。根据油品颜色的深浅可以了解油品的化学组成，预知油品的抗氧化能力，同时也能够大致了解油品的生产工艺。

传统的油品色度测量方式为基于赛波特比色的目测法。基于赛波特比色的目测法根据赛波特比色标准人工进行目测比色操作，该操作方法繁复耗时，且容易出现判断错误的情况，导致油品色度测量数值精度低，测量过程效率无法提升的问题。

因此希望有一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法，其解决了油品色度测量数值精度低，测量过程繁复耗时的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用的一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置包括：光路模块、存储模块和微控制器模块；

光路模块，测量经过油品吸收的可见光色彩强度和未经油品吸收的可见光色彩强度；

存储模块，存储标准色片不同颜色的标准数值和所述油品颜色测量装置的基线测量值；

微控制器模块，微控制器模块分别连接光路模块和存储模块，微控制器模块进行曲线拟合计算，得到所述油品的赛波特比色测量值。

可选地，所述光路模块包括：光源、第一透镜、分光镜、第二透镜、参比端光色彩强度接收器、比色皿或标准色片卡槽、第三透镜以及测量端光色彩强度接收器；光源输出可见光，第一透镜接收所述可见光，将可见光转化为平行光，分光镜接收所述平行光，并将平行光分成参比端平行光和待测量端平行光；

第二透镜接收所述参比端平行光，并将所述参比端平行光进行聚焦，形成参比端可见光，参比端光色彩强度接收器接收所述参比端可见光，并将所述参比端可见光的RGB数值发送至所述微控制器模块；

待测量端平行光通过比色皿或标准色片卡槽进行光吸收，形成测量端平行光，第三透镜接收所述测量端平行光，并将所述测量端平行光进行聚焦，形成测量端可见光，测量端光色彩强度接收器接收所述测量端可见光，并将所述测量端可见光的RGB数值发送至所述微控制器模块。

可选地，所述光源输出的可见光波长范围在390nm～780nm之间。

可选地，所述光源以设定的时间间隔输出可见光，当所述光源输出可见光时，所述测量端光色彩强度接收器和参比端光色彩强度接收器分别接收所述测量端可见光和参比端可见光。

本发明提供一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括：

标准色片不同颜色的标准数值的标定，为所述油品颜色测量提供比对标准；

测定所述油品颜色测量装置的基线测量值，降低测量的噪声；

将待测油品放入所述比色皿中，所述油品颜色测量装置根据三刺激法对所述光路模块测量的两种不同光色彩强度进行三刺激值转化，形成两种不同光色彩强度的三刺激值，通过标准数值、基线测量值和两种不同光色彩强度的三刺激值进行曲线拟合计算，得到色差

最小色差值

对应的标准色片标准数值即为所述油品的赛波特比色测量值。

可选地，所述标准数值的标定步骤包括：

步骤100：选取赛波特比色标准色片，色片包括赛波特比色标准最大值、最小值以及中间值标准色片；

步骤200：将赛波特比色标准色片插入标准色片卡槽，启动所述油品颜色测量装置的可见光照射，测量得到经过赛波特比色标准色片的参比端可见光RGB数值和测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对经过赛波特比色标准色片的参比端可见光RGB数值和测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成标准色片的参比端可见光三刺激XYZ值和测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到标准色片的参比端可见光心理明度、心理色度和测量端可见光心理明度、心理色度：

L为心理明度、a和b为心理色度，标准色片的标准数值为L_x，a_x和b_x，标准色片的心理明度L_x为标准色片的参比端可见光心理明度L与测量端可见光心理明度L的差值，标准色片的心理色度a_x为标准色片的参比端可见光心理色度a与测量端可见光心理色度a的差值，标准色片的心理色度b_x为标准色片的参比端可见光心理色度b与测量端可见光心理色度b的差值；

步骤300：重复执行步骤200直到选取的赛波特比色标准色片全部标定标准数值；

步骤400：存储选取的赛波特比色标准色片的标准数值。

可选地，所述中间值标准色片为等间隔比色差值分布的5-7种标准色片。

可选地，所述基线测量值为所述油品颜色测量装置的底噪，底噪测量包括：

启动所述油品颜色测量装置，测量未开启可见光照射时，底噪参比端可见光RGB数值和底噪测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对底噪参比端可见光RGB数值和底噪测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成底噪参比端可见光三刺激XYZ值和底噪测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到底噪参比端可见光心理明度L_rD、心理色度a_rD、b_rD和底噪测量端可见光心理明度L_TD、心理色度a_TD、b_TD：

L为心理明度、a和b为心理色度。

可选地，所述两种不同光色彩强度包括经过比色皿油品的参比端可见光RGB数值和经过比色皿油品的测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对经过比色皿油品的参比端可见光RGB数值和经过比色皿油品的测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成经过比色皿油品的参比端可见光三刺激XYZ值和经过比色皿油品的测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到经过比色皿油品的参比端可见光心理明度L_rC、心理色度a_rC、b_rC和经过比色皿油品的测量端可见光心理明度L_TC、心理色度a_TC、b_TC：

L为心理明度、a和b为心理色度。

可选地，所述曲线拟合计算包括：

降噪处理，对所述经过比色皿油品的参比端可见光和经过比色皿油品的测量端可见光的进行降噪：

L_r0＝L_rC-L_rD，L_T0＝L_TC-L_TD，a_r0＝a_rC-a_rD，a_T0＝a_TC-a_TD，b_r0＝b_rC-b_rD，b_T0＝b_TC-b_TD，

其中，L_r0为降噪后参比端可见光的实际测量值，L_T0为降噪后测量端可见光的实际测量值；

计算比色皿油品实际吸收可见光数值：

L₀＝L_r0-L_T0，a₀＝a_r0-a_T0，b₀＝b_r0-b_T0；

计算比色皿油品实际吸收可见光数值与所述赛波特比色标准色片标准数值的色差

当色差

为最小值时，色差

对应的所述赛波特标准色片标准数值即为所述油品的赛波特比色测量值。

本发明的有益效果是：

本发明基于赛波特比色的油品颜色测量装置及方法对油品色度的测量过程简单方便，且油品色度测量数值精度高，不受外界光线及测量人员的影响。

附图说明

图1为本发明基于赛波特比色的油品颜色测量装置的结构示意图；

图2为本发明基于赛波特比色的油品颜色测量装置的光路模块结构示意图；

图3为本发明基于赛波特比色的油品颜色测量装置使用方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1所示，基于赛波特比色的油品颜色测量装置，所述油品颜色测量装置包括：人机交互模块101、微控制器模块102、光路模块103、存储器模块104、通讯接口模块105、电源模块106；

人机交互模块101用于获取现场操作人员的输入信息并显示仪器设备的反馈信息，进而实现现场的人机交互功能，其与微控制器模块102连接，将现场使用者的输入信息发送给微控制器模块102，接收微控制器模块102的信息，并显示给现场使用者；光路模块103与微控制器模块102连接，将在微控制器模块102的控制下，光路模块103产生波长范围在390nm～780nm间的可见光，光路模块103同时具备三刺激法测量光中色彩强度的能力；存储器模块104与微控制器模块102连接，用于存储标准点三刺激值、曲线拟合系数、历次测量结果等信息，以供微控制器模块102查找和使用；通信接口模块105与微控制器模块102连接，用于接收来自PC端信息，并将相应的设备状态，甚至设备的底层数据上传，以便于数据分析与设备调试；电源模块106用于产生其它模块所需的供电电压，以使模块正常运行。

人机交互模块101可以使用由编码器组成的旋钮，由按键组成的按键矩阵，由液晶屏或数码管组成的显示屏幕或由触摸屏构成一体化模块，或它们中的几种的组合，以方便用户与微控制器模块102的信息交互。

本发明基于赛波特比色的油品颜色测量装置微控制器模块102使用微处理器功能的单片机、FPGA或大型CPLD。

存储器模块104用于存储曲线拟合参数以及各saybolt颜色对应的标准色彩强度，以便于微控制器模块102进行数据分析与归类。存储器模块104使用FLASH或EEPROM芯片实现，还可以使用微控制器模块102内部自带的FLASH实现，主要用于通讯指令的存储。

通信接口模块105与PC连接，用于接收来自PC端信息，并将相应的设备状态，甚至设备的底层数据上传，以便于数据分析与设备调试。通讯接口模块105可以根据实际计量校准中所用的标准器和被校准设备的通讯接口进行配置，这些接口覆盖RS232接口、RS485接口、USB接口、网口或GPIB接口等常用通讯接口。

电源模块106可以使用AC-DC类模块，再配合三端稳压器件实现指定电压的输出，也可以使用变压器和三端稳压器等方式实现指定电压的输出。

实施例二

如图2所示，光路模块103包括：光源301、第一透镜302、分光镜303、第二透镜308、参比端光色彩强度接收器309、比色皿305或标准色片卡槽304、第三透镜306以及测量端光色彩强度接收器307。其中，光源301由传统的卤素灯或新型的白光LED构成，用于产生波长范围在390nm～780nm间的可见光，光源301以设定的时间间隔输出可见光；透镜用于将光变成平行光或将平行光聚焦；分光镜303用于将光源301产生的光分成两束，一束用于参比端光色彩强度接收器309进行三刺激值测量，另一束用于通过比色皿305或标准色片卡槽304，最终进入测量端光色彩强度接收器307进行三刺激值测量。

实施例三

如图3所示，基于赛波特比色的油品颜色测量装置的使用方法，所述方法包括：

标准色片不同颜色的标准数值的标定，为所述油品颜色测量提供比对标准；

不同的标准有不同的颜色(即标准刻度)的定义，例如Saybolt颜色和ASTM颜色等。由于这些颜色的硬件测量系统一致，所以只需要对标准刻度的标准值进行标定即可。

所述标准数值的标定步骤包括：

步骤100：选取赛波特比色标准色片，色片包括赛波特比色标准最大值、最小值以及中间值标准色片，中间值标准色片为等间隔比色差值分布的5-7种标准色片；

步骤200：将赛波特比色标准色片插入标准色片卡槽，启动所述油品颜色测量装置的可见光照射，测量得到经过赛波特比色标准色片的参比端可见光RGB数值和测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对经过赛波特比色标准色片的参比端可见光RGB数值和测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成标准色片的参比端可见光三刺激XYZ值和测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到标准色片的参比端可见光心理明度、心理色度和测量端可见光心理明度、心理色度：

L为心理明度、a和b为心理色度，标准色片的标准数值为L_x，a_x和b_x，标准色片的心理明度L_x为标准色片的参比端可见光心理明度L与测量端可见光心理明度L的差值，标准色片的心理色度a_x为标准色片的参比端可见光心理色度a与测量端可见光心理色度a的差值，标准色片的心理色度b_x为标准色片的参比端可见光心理色度b与测量端可见光心理色度b的差值；

步骤300：重复执行步骤200直到选取的赛波特比色标准色片全部标定标准数值；

步骤400：存储选取的赛波特比色标准色片的标准数值；

测定所述油品颜色测量装置的基线测量值，降低测量的噪声；

基线是指本系统在无光照输入的情况下，参比端光色彩强度接收器与测量端光色彩强度接收器测量得到的底噪，这两个值会在接下来的测量中被“减掉”，以降低测量噪声对测量结果的影响。每次开机或系统长时间运行后，都需要进行“基线测量”，这是由于光色彩强度接收器在每次启动后，其输出的噪声都有不同；同时也由于光色彩强度接收器在上电运行一段时间后，其输出噪声会随着加电时间的延长而产生漂移，所以，“基线测量”是在进行正式测量前必不可少的步骤。

所述基线测量值为所述油品颜色测量装置的底噪，底噪测量包括：

启动所述油品颜色测量装置，测量未开启可见光照射时，底噪参比端可见光RGB数值和底噪测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对底噪参比端可见光RGB数值和底噪测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成底噪参比端可见光三刺激XYZ值和底噪测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到底噪参比端可见光心理明度L_rD、心理色度a_rD、b_rD和底噪测量端可见光心理明度L_TD、心理色度a_TD、b_TD：

L为心理明度、a和b为心理色度；

将待测油品放入所述比色皿中，所述油品颜色测量装置根据三刺激法对所述光路模块测量的两种不同光色彩强度进行三刺激值转化，形成两种不同光色彩强度的三刺激值，通过标准数值、基线测量值和两种不同光色彩强度的三刺激值进行曲线拟合计算，得到色差ΔE_a ^X _b，最小色差值ΔE_a ^X _b对应的标准色片标准数值即为所述油品的赛波特比色测量值。

所述两种不同光色彩强度包括经过比色皿油品的参比端可见光RGB数值和经过比色皿油品的测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对经过比色皿油品的参比端可见光RGB数值和经过比色皿油品的测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成经过比色皿油品的参比端可见光三刺激XYZ值和经过比色皿油品的测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到经过比色皿油品的参比端可见光心理明度L_rC、心理色度a_rC、b_rC和经过比色皿油品的测量端可见光心理明度L_TC、心理色度a_TC、b_TC：

L为心理明度、a和b为心理色度；

所述曲线拟合计算包括：

降噪处理，对所述经过比色皿油品的参比端可见光和经过比色皿油品的测量端可见光的进行降噪：

L_r0＝L_rC-L_rD，L_T0＝L_TC-L_TD，a_r0＝a_rC-a_rD，a_T0＝a_TC-a_TD，b_r0＝b_rC-b_rD，b_T0＝b_TC-b_TD，

其中，L_r0为降噪后参比端可见光的实际测量值，L_T0为降噪后测量端可见光的实际测量值；

计算比色皿油品实际吸收可见光数值：

L₀＝L_r0-L_T0，a₀＝a_r0-a_T0，b₀＝b_r0-b_T0；

计算比色皿油品实际吸收可见光数值与所述赛波特比色标准色片标准数值的色差

当色差

为最小值时，色差

对应的所述赛波特标准色片标准数值即为所述油品的赛波特比色测量值。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于赛波特比色的油品颜色测量装置，其特征在于，所述油品颜色测量装置包括：光路模块、存储模块和微控制器模块；

光路模块，测量经过油品吸收的可见光色彩强度和未经油品吸收的可见光色彩强度；

存储模块，存储标准色片不同颜色的标准数值和所述油品颜色测量装置的基线测量值；

微控制器模块，微控制器模块分别连接光路模块和存储模块，微控制器模块进行曲线拟合计算，得到所述油品的赛波特比色测量值。

2.如权利要求1所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置，其特征在于：所述光路模块包括：光源、第一透镜、分光镜、第二透镜、参比端光色彩强度接收器、比色皿或标准色片卡槽、第三透镜以及测量端光色彩强度接收器；光源输出可见光，第一透镜接收所述可见光，将可见光转化为平行光，分光镜接收所述平行光，并将平行光分成参比端平行光和待测量端平行光；

第二透镜接收所述参比端平行光，并将所述参比端平行光进行聚焦，形成参比端可见光，参比端光色彩强度接收器接收所述参比端可见光，并将所述参比端可见光的RGB数值发送至所述微控制器模块；

待测量端平行光通过比色皿或标准色片卡槽进行光吸收，形成测量端平行光，第三透镜接收所述测量端平行光，并将所述测量端平行光进行聚焦，形成测量端可见光，测量端光色彩强度接收器接收所述测量端可见光，并将所述测量端可见光的RGB数值发送至所述微控制器模块。

3.如权利要求2所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置，其特征在于：所述光源输出的可见光波长范围在390nm～780nm之间。

4.如权利要求3所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置，其特征在于：所述光源以设定的时间间隔输出可见光，当所述光源输出可见光时，所述测量端光色彩强度接收器和参比端光色彩强度接收器分别接收所述测量端可见光和参比端可见光。

5.一种如权利要求1-4任一所述基于赛波特比色的油品颜色测量装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括：

标准色片不同颜色的标准数值的标定，为所述油品颜色测量提供比对标准；

测定所述油品颜色测量装置的基线测量值，降低测量的噪声；

将待测油品放入所述比色皿中，所述油品颜色测量装置根据三刺激法对所述光路模块测量的两种不同光色彩强度进行三刺激值转化，形成两种不同光色彩强度的三刺激值，通过标准数值、基线测量值和两种不同光色彩强度的三刺激值进行曲线拟合计算，得到色差ΔE_a ^X _b，最小色差值ΔE_a ^X _b对应的标准色片标准数值即为所述油品的赛波特比色测量值。

6.如权利要求5所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置的方法，其特征在于：所述标准数值的标定步骤包括：

步骤100：选取赛波特比色标准色片，色片包括赛波特比色标准最大值、最小值以及中间值标准色片；

步骤200：将赛波特比色标准色片插入标准色片卡槽，启动所述油品颜色测量装置的可见光照射，测量得到经过赛波特比色标准色片的参比端可见光RGB数值和测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对经过赛波特比色标准色片的参比端可见光RGB数值和测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成标准色片的参比端可见光三刺激XYZ值和测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到标准色片的参比端可见光心理明度、心理色度和测量端可见光心理明度、心理色度：

L为心理明度、a和b为心理色度，标准色片的标准数值为L_x，a_x和b_x，标准色片的心理明度L_x为标准色片的参比端可见光心理明度L与测量端可见光心理明度L的差值，标准色片的心理色度a_x为标准色片的参比端可见光心理色度a与测量端可见光心理色度a的差值，标准色片的心理色度b_x为标准色片的参比端可见光心理色度b与测量端可见光心理色度b的差值；

步骤300：重复执行步骤200直到选取的赛波特比色标准色片全部标定标准数值；

步骤400：存储选取的赛波特比色标准色片的标准数值。

7.如权利要求6所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置的方法，其特征在于：所述中间值标准色片为等间隔比色差值分布的5-7种标准色片。

8.如权利要求7所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置的方法，其特征在于：所述基线测量值为所述油品颜色测量装置的底噪，底噪测量包括：

启动所述油品颜色测量装置，测量未开启可见光照射时，底噪参比端可见光RGB数值和底噪测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对底噪参比端可见光RGB数值和底噪测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成底噪参比端可见光三刺激XYZ值和底噪测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到底噪参比端可见光心理明度L_rD、心理色度a_rD、b_rD和底噪测量端可见光心理明度L_TD、心理色度a_TD、b_TD：

L为心理明度、a和b为心理色度。

9.如权利要求5所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置的方法，其特征在于：所述两种不同光色彩强度包括经过比色皿油品的参比端可见光RGB数值和经过比色皿油品的测量端可见光RGB数值，根据三刺激法对经过比色皿油品的参比端可见光RGB数值和经过比色皿油品的测量端可见光RGB数值进行三刺激值转化，分别形成经过比色皿油品的参比端可见光三刺激XYZ值和经过比色皿油品的测量端可见光三刺激XYZ值，并进一步计算得到经过比色皿油品的参比端可见光心理明度L_rC、心理色度a_rC、b_rC和经过比色皿油品的测量端可见光心理明度L_TC、心理色度a_TC、b_TC：

L为心理明度、a和b为心理色度。

10.如权利要求9所述的基于赛波特比色的油品颜色测量装置的方法，其特征在于：所述曲线拟合计算包括：

降噪处理，对所述经过比色皿油品的参比端可见光和经过比色皿油品的测量端可见光的进行降噪：

L_r0＝L_rC-L_rD，L_T0＝L_TC-L_TD，a_r0＝a_rC-a_rD，a_T0＝a_TC-a_TD，

b_r0＝b_rC-b_rD，b_T0＝b_TC-b_TD，

其中，L_r0为降噪后参比端可见光的实际测量值，L_T0为降噪后测量端可见光的实际测量值；

计算比色皿油品实际吸收可见光数值：

L₀＝L_r0-L_T0，a₀＝a_r0-a_T0，b₀＝b_r0-b_T0；

计算比色皿油品实际吸收可见光数值与所述赛波特比色标准色片标准数值的色差

当色差

为最小值时，色差

对应的所述赛波特标准色片标准数值即为所述油品的赛波特比色测量值。

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