色差計的誤差校正方法研究

我們知道要想色差計的測量結(jié)果精準(zhǔn)，測量前的儀器矯正是非常重要的，多余測色色差計來說誤差的矯正可能拿到手的成品是非常簡單的，幾個步驟就解決了，但是但色差計的研發(fā)過程中這種誤差的矯正并不是一項簡單的工作。目前色差計行業(yè)研發(fā)儀器是對采用一種用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)的方法對光電探測器的光譜反應(yīng)特性進(jìn)行擬合，給出了相應(yīng)的算法和公式，保證其與觀察者在標(biāo)準(zhǔn)照明體下的光譜反應(yīng)達(dá)到更佳，目的就是為了提高測量的準(zhǔn)確度。測量數(shù)值結(jié)果證明該方法是誤差校正的準(zhǔn)確有效的方法。

目前，顏色的測量與控制愈來愈受到現(xiàn)代工業(yè)制造者的重視，色差計器也倍受青睞。適用于染料和顏料測色的儀器，有分光光度計和光電色差計兩大類。現(xiàn)代分光光度計具有測色和計算的快速性、測量準(zhǔn)確度高的特點，但價格昂貴、體積大、速度慢。光電色差計是仿照人眼感色的原理制成的，采用了能感受紅、綠、藍(lán)三種顏色的受光器，將各自所感受光電的光電流加以放大處理，得出各顏色的刺激量，從而獲得這一顏色信號，具有輕便、靈活、成本低的優(yōu)點。測色色差計是典型的光電色差計，其測量準(zhǔn)確度主要取決于光電探測器 的光譜響應(yīng)特性與標(biāo)準(zhǔn)觀察者在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下的光譜響應(yīng)特性曲線一致的程度。與傳統(tǒng)的用濾色片對光電探測器的光譜反應(yīng)特性進(jìn)行校正的方法不同，本文所述的方法是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)的方法對其光譜反應(yīng)特性進(jìn)行擬合，使它的光譜響應(yīng)很像人眼的視覺系統(tǒng)。

測色色差計一般均采用濾色片校正儀器光源，使它的光譜分布與標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜分布呈比例；校正光電探測器使它的相對光譜靈敏度比例于標(biāo)準(zhǔn)觀察者。為此，校正濾色器的模擬準(zhǔn)確度決定了該類儀器原理誤差的大小，提高濾色器的模擬準(zhǔn)確度有重要的意義。為了提高濾色器的模擬準(zhǔn)確度，校正濾色器的設(shè)計必須以盧瑟條件為基礎(chǔ)，根據(jù)色度學(xué)原理和選定的標(biāo)準(zhǔn)照明光源，儀器的總體光譜響應(yīng)特性(光源、光學(xué)系統(tǒng)和探測器的綜合響應(yīng)特性)應(yīng)符合盧瑟條件(Luther condition)，在D65光源10°視場下的盧瑟條件：

式中，S（λ）為儀器所用的標(biāo)準(zhǔn)光源光譜功率分布；?X10（λ）、?Y10（λ）、?Z10（λ）為10°視場補充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值；?X（λ）、?Y（λ）、?Z（λ）為儀器特定濾色器的光譜透過率：?（λ）為儀器探測器的相對光譜靈敏度；KX、KY、KZ為與波長無關(guān)的常數(shù)。

在儀器的生產(chǎn)中，各濾色器的光譜曲線是通過各種濾色片的組合匹配而形成，實際的光譜曲線不可能完全符合式的要求，只能近似的接近。示意圖如圖 1 所示，這種不符合在顏色測量中帶來的誤差便是這類儀器的原理誤差，儀器的精度取決于接近盧瑟條件的程度。正是這種原理誤差給儀器帶來了一些弊病，如絕對測量誤差較大，同類儀器之間的測量誤差較大等。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度非線性映射能力，能方便地實現(xiàn)兩曲線的非線性變換并提高擬合精度，故采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法解決這兩條曲線的非線性擬合問題，以提高色差計的測量準(zhǔn)確度。

 

圖一 光譜曲線誤差

數(shù)據(jù)處理

實際匹配的濾色片與盧瑟條件的符合程度直接關(guān)系到顏色測量 準(zhǔn)確度。由于濾色片的匹配不可能完全滿足盧瑟條件而總是存在一定的誤差，其 匹配誤差體現(xiàn)為在大部分光譜波長處非常接近，而在部分光譜波長處誤差較大，使得測量有些顏色時的誤差小，而測量另一些顏色時誤差較大 ，因此需要進(jìn)行色度修正。也就是說實際匹配的校正濾色器的光譜曲線 和10°視場D65光源CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者三刺激值曲線存在差異。為此本文提出采用三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)兩種曲線的非線性擬合，網(wǎng)絡(luò)的輸入層的輸入是經(jīng)過線性變換計算出物體色的三刺激值歸一化處理后的數(shù)據(jù)：輸出訓(xùn)練后的測量數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行還原計算，得到物體色的三刺激值。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)對整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特性具有決定性的影響。本測色 系統(tǒng)中采用三層前饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2，輸入層有3個節(jié)點，輸出層有3個節(jié)

點。根據(jù)Kolmogomv定理(連續(xù)函數(shù)表示定理)，中間隱層的節(jié)點數(shù)取2M+1 =2×3+1=7個為更佳。因此，本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定為3—7—3。

 

圖2  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

這個問題相對比較晦澀一般都是生產(chǎn)研發(fā)團(tuán)隊比較重視和了解的信息，對于一般用戶可能應(yīng)用比較少，畢竟一般色差計出廠時這些矯正問題都已經(jīng)嚴(yán)格的設(shè)置完好了，真正出現(xiàn)色差計矯正不準(zhǔn)確的問題大多數(shù)我們也建議返廠維修，不提倡自主修整。但是了解這些矯正信息可以幫助色差計的使用者更加透徹的了解色差計的工作原理，使用時更為熟悉，分析色差計故障是更為清晰。

 

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