應(yīng)用案例
在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時代，顏色測量在眾多領(lǐng)域都有著至關(guān)重要的地位，從產(chǎn)品質(zhì)量控制、藝術(shù)創(chuàng)作到科學(xué)研究等均有涉及。高光譜相機(jī)作為一種先進(jìn)的光學(xué)設(shè)備，為顏色測量帶來了全新的、更為精確和全面的解決方案。
高光譜相機(jī)的工作原理基于對光譜信息的精細(xì)捕捉。與傳統(tǒng)相機(jī)只能記錄紅、綠、藍(lán)三個通道的顏色信息不同，高光譜相機(jī)能夠在可見光到近紅外等較寬的光譜范圍內(nèi)，將光譜分成眾多狹窄的波段，通常可達(dá)到上百個甚至更多。例如，它可以把 400 - 1000nm 的光譜范圍劃分成間隔非常小的波段，如 1nm 或更小的間隔。當(dāng)光線照射到被測量物體表面時，物體對不同波長光的反射、吸收和透射特性各不相同。高光譜相機(jī)通過其特殊的光學(xué)系統(tǒng)和探測器，依次采集每個波段的光信號強(qiáng)度，從而構(gòu)建出物體的光譜反射率曲線。這條曲線詳細(xì)地記錄了物體在各個波長處的反射率情況，是進(jìn)行顏色測量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。
在使用高光譜相機(jī)進(jìn)行顏色測量之前，校準(zhǔn)是極為關(guān)鍵的步驟。校準(zhǔn)的目的是建立相機(jī)采集到的光譜數(shù)據(jù)與真實顏色值之間的準(zhǔn)確對應(yīng)關(guān)系。通常會使用已知光譜特性的標(biāo)準(zhǔn)白板作為校準(zhǔn)參考物。標(biāo)準(zhǔn)白板在各個波長下具有穩(wěn)定且精確已知的反射率。高光譜相機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行拍攝，記錄下其在各個波段的光信號強(qiáng)度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)白板的已知光譜反射率數(shù)據(jù)，計算出相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，從而校正相機(jī)可能存在的光譜偏差、暗電流噪聲等誤差因素，確保后續(xù)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
完成校準(zhǔn)后，便可以對目標(biāo)物體進(jìn)行圖像采集。高光譜相機(jī)對物體進(jìn)行拍攝時，會按照預(yù)設(shè)的光譜波段范圍和分辨率，逐波段地獲取物體反射光的強(qiáng)度信息。例如，對于一幅圖像中的每個像素點，都會記錄其在多個光譜波段上的反射光數(shù)據(jù)。假設(shè)相機(jī)將光譜范圍劃分為 200 個波段，那么每個像素就會有 200 個對應(yīng)的光譜反射率數(shù)值。這些數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了一個三維的數(shù)據(jù)立方體，其中二維平面表示圖像的空間位置信息（x、y 坐標(biāo)），而第三維則表示光譜波段信息（λ）。通過這種方式，高光譜相機(jī)不僅記錄了物體的顏色外觀信息，還蘊含了其光譜特征信息，相比傳統(tǒng)相機(jī)提供了更為豐富的數(shù)據(jù)。
采集到的海量光譜數(shù)據(jù)需要經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理才能得到最終的顏色測量結(jié)果。首先，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去除噪聲、校正光譜畸變等操作。然后，根據(jù)特定的顏色模型和算法進(jìn)行顏色計算。在顏色科學(xué)領(lǐng)域，常用的顏色模型有 CIE XYZ、CIELAB 等。以 CIELAB 顏色模型為例，它基于人眼對顏色的感知特性，將顏色表示為三個坐標(biāo)值：L表示明度，a表示紅綠色度分量，b * 表示黃藍(lán)色度分量。通過將高光譜相機(jī)采集到的光譜反射率數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)照明體（如 D65 標(biāo)準(zhǔn)光源）的光譜功率分布相結(jié)合，并依據(jù)顏色匹配函數(shù)進(jìn)行積分運算，可以計算出物體在 CIELAB 顏色空間中的坐標(biāo)值，從而精確地描述物體的顏色屬性，如顏色的深淺、色調(diào)以及飽和度等。此外，還可以通過比較不同物體或同一物體不同部位的顏色坐標(biāo)值，進(jìn)行色差計算，用于評估顏色的一致性或變化程度。
高光譜相機(jī)能夠提供極高的光譜分辨率，這使得它在顏色測量中可以捕捉到極其細(xì)微的顏色差異。例如，在一些對顏色精度要求極高的行業(yè)，如高端印刷、化妝品生產(chǎn)等，能夠準(zhǔn)確區(qū)分人眼難以察覺的顏色變化，確保產(chǎn)品顏色的一致性和高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其高精度的測量結(jié)果有助于提高產(chǎn)品的品質(zhì)控制水平，減少因顏色偏差導(dǎo)致的次品率。
除了顏色的三刺激值信息外，高光譜相機(jī)所獲取的光譜反射率曲線包含了物體在整個測量光譜范圍內(nèi)的詳細(xì)信息。這對于一些特殊材料或物體的顏色分析具有獨特的優(yōu)勢。例如，在文物修復(fù)和保護(hù)領(lǐng)域，通過分析文物表面顏料的光譜特征，可以了解其成分和年代信息，為修復(fù)工作提供重要依據(jù)；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可以根據(jù)植物葉片的光譜反射率變化，監(jiān)測植物的生長狀況、營養(yǎng)成分含量以及病蟲害情況等，因為植物在不同生長階段和健康狀態(tài)下對不同波長光的吸收和反射特性會發(fā)生改變。
高光譜相機(jī)進(jìn)行顏色測量時無需與被測量物體直接接觸，這在很多情況下具有重要意義。對于一些易損、珍貴或難以接觸的物體，如藝術(shù)品、文物、生物樣本等，非接觸式測量可以避免對物體造成損壞或污染。同時，它還能夠?qū)崿F(xiàn)快速、大面積的顏色測量，提高測量效率。例如，在大型壁畫的顏色檢測中，可以快速獲取整幅壁畫的顏色信息，為保護(hù)和修復(fù)工作提供全面的數(shù)據(jù)支持。
測試下方樣品Lab值
設(shè)備名稱 | 型號 | 配置明細(xì) | 備注 |
彩譜高光譜相機(jī) |
FS-13 | 光譜范圍：400-1000nm； 光譜分辨率：2.5nm 光譜波段：1200 |
在400-1000nm高光譜相機(jī)外置推掃檢測得出反射率曲線
實驗測量過程圖如下圖所示：
通過高光譜相機(jī)FS-13拍攝本次客戶來樣，從高光譜圖像分析得到每個樣品的Lab值，可以用來替代色差儀，且測試穩(wěn)定性良好，對測樣取樣位置靈活，可多點測量，實現(xiàn)自動化檢測。
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彩譜科技（浙江）有限公司的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水質(zhì)、塑膠制品、涂料、食品安全及醫(yī)學(xué)檢驗等領(lǐng)域，應(yīng)用范疇持續(xù)拓展。公司堅持技術(shù)研發(fā)，提升服務(wù)水平，保障產(chǎn)品穩(wěn)定性。公司主營多光譜相機(jī)、色差儀、分光測色儀、光澤度儀等一系列光學(xué)檢測設(shè)備，能為用戶提供有效解決方案。
