基于DSP的新型光谱测色仪器

　　自从1970年, W. S. Boyle和G. E. Smith提出电荷耦合器件CCD (Charge Coupled Devices)以来,经过近30年的发展, CCD的应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与数字信号处理技术为一体的综合性技术。在现代的工农业生产中得到了广泛的应用,随着大规模集成电路的发展, CCD采集图像的品质越来越高,使得CCD的应用广度越来越大。尤其在DSP器件广泛应用于数据处理以来,应用CCD采集图像, DSP处理数据的系统具有速度快、精度高、便携等优点,已经成为现今人们十分关注的应用技术之一。

　　在工农业生产及文化事业中。如印刷、印染、纺织、造纸、汽车喷漆调色等,都必然会遇到颜色的问题。颜色的精确描述与测量在这类行业中是重要环节之一。因此,为保证质量,用于生产过程中的实时颜色测量仪器必不可少。颜色的测量大体有两种方法:其一光积分法,是用滤波片和光电转换元件模拟人眼,在一定的照明环境下进行测量。优点是时间短,但因为准确模拟人眼十分困难,所以精度不高。其二是光谱扫描法,即测量物体的光谱反射率或者是光谱透射率,优点是精度高,但反复扫描时时间长。CCD器件应用于颜色测量,结合了上述两种方法的优点。我们设计的颜色测量仪,采用平面全息光栅分光带颜色信息的物体反射光或者投射光,用CCD作为光电转换器件,数字处理芯片DSP作数据处理。实现了准确、快速测量物体颜色。

　　1　测色原理

　　根据国际照明委员会的规定,对物体颜色的评定可以采用三刺激值X、Y、Z来表示,即色刺激的CIE三刺激值是通过色刺激函数乘以CIE色匹配函数,并将这些乘积在整个光谱范围内积分起来而得到的。在实际计算中用求和代替积分,色坐标计算公式如下:

　　式中,系数K称为调整因子,其可表示式为K=100/∑λS(λ)-y(λ)φΔλ-x、-y、-z是光谱三刺激值,s(λ)是照明体相对光谱功率分布函数,对于特定的光源来说,　s(λ)-x ,s(λ)-y,s(λ)-z的值可以采用标准数据,Δλ是波长间隔。设刺激函数为φ(λ)

　　则:φ(λ) =ρ(λ)s(λ)

　　φ(λ) =ρ(λ)s(λ)

　　其中ρ(λ)为物体的光谱投射比,ρ(λ)为物体的光谱反射比

　　如上述公式所表述,因为标准照明体的相对光谱功率分布是国际规定的,只要测得物体的光谱透射比τ(λ)或物体的光谱反射比ρ(λ)。

　　CCD器件是光积分器件,测量的是光的强度。这里设仪器中光谱功率分布为ρ(λ),CCD的光谱响应分布函数H(λ)。取标准样品的光谱透射率和光谱反射率为τl(λ)和ρl(λ);被测物体的光谱透射率和光谱反射率为τ2(λ)和ρ2(λ)。

　　对透射样品:

　　I1(λ) = KP(λ)τ1(λ)H(λ)