基于TCS3414CS的高精度色差计

　　1 色差计的设计方案

　　色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。色差计的精度与其光谱特性符合卢瑟条件的程度有关，符合的程度高，则仪器测量精度高[1]。卢瑟条件定义如下:

　　为了更好地匹配卢瑟条件，在实际中，常采用滤光片滤色修正法修正，但由于有色玻璃的品种有限，制作玻璃设备和调试设备复杂，价格较贵，所以此处放弃采用滤光片滤色修正方案。采用 IIC 总线的 TCS3414CS 数字色彩传感器，该传感器内置红色、绿色、蓝色和透明输出滤光片以及IR 遮光滤光片，分辨率为16 位[2]。利用软件补偿方法来对卢瑟条件进行较为精确的匹配。

　　2 色差计系统总体设计

　　色差计主要由光源、d/8 度积分球、颜色传感器、光谱响应曲线修正、信号处理及显示部分组成。系统结构如图2 所示。

　　由光源产生光线作为入射光线射到待测色板上面，待测色板可以是标准色板或实测样品，然后由积分球搜集光线给颜色传感器。对颜色传感器输出值进行光谱响应曲线修正，计算出色差结果并将其显示到 LCD 显示屏上。

　　2. 1 光源

　　同一个颜色的物体在不同的光源照射下呈现的颜色是不一样的，因此光源是影响色差计的一个非常重要的因素[3]。可根据待测样板的实际情况选择 CIE 规定的 A 标准光源、C 标准光源、D 系列标准光源 D50、D65、D75、F 标准光源中的一种，A光源的颜色偏黄，色温为2 856 K，C 光源的色温为6 744 K，它表示北方天空的日光，D 系列的光源因为其色温为5 000 ～7 500 K，接近白色，所以其显示性较好[4]。F 系列的光源为较节电的荧光灯显示性一般。光源可以更换，但每次更换光源后要进行色差计较准[5]。各种光源下用标准反射折板光谱三刺激值如表1 所示。

　　色差计使用一段时间后，光源色温会发生变化，其相对光谱功率分布就会改变，导致其与卢瑟条件的匹配精度降低，故其测色精度也随之下降[6]。因此，为了保证色差计的长期测量精度，需要定期用标准反射白板进行标定[7]。

　　2. 2 d /8 度积分球

　　积分球可降低并除去由光线的形状、发散角度、及探测器上不同位置的响应度差异所造成的测量误差，此处检测光路采用 d/8 度积分球，照明与观察条件为 d/8 方式，如图3 所示。使用凸镜可降低测量时因入射光源不均匀分布或光束偏移所造成的微小误差，可以提高测量的准确度，因而在积分球的设计中使用了凸镜。由光源产生光线入射到凸镜上，经过凸镜聚焦，以 8°角直射到标准色板或被测样品上，其镜面反射成分被光泽陷阱吸收，漫射照明光线被积分球搜集，由 RGB 颜色传感器接收。