色差計(jì)的誤差校正方法研究

我們知道要想色差計(jì)的測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)，測(cè)量前的儀器矯正是非常重要的，多余測(cè)色色差計(jì)來(lái)說(shuō)誤差的矯正可能拿到手的成品是非常簡(jiǎn)單的，幾個(gè)步驟就解決了，但是但色差計(jì)的研發(fā)過(guò)程中這種誤差的矯正并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作。目前色差計(jì)行業(yè)研發(fā)儀器是對(duì)采用一種用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)的方法對(duì)光電探測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確度。測(cè)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(cè)量與控制愈來(lái)愈受到現(xiàn)代工業(yè)制造者的重視，色差計(jì)器也倍受青睞。適用于染料和顏料測(cè)色的儀器，有分光光度計(jì)和光電色差計(jì)兩大類。現(xiàn)代分光光度計(jì)具有測(cè)色和計(jì)算的快速性、測(cè)量準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，但價(jià)格昂貴、體積大、速度慢。光電色差計(jì)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(hào)，具有輕便、靈活、成本低的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)色色差計(jì)是典型的光電色差計(jì)，其測(cè)量準(zhǔn)確度主要取決于光電探測(cè)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(duì)光電探測(cè)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(duì)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(jué)系統(tǒng)。

測(cè)色色差計(jì)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(cè)器使它的相對(duì)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(jì)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(cè)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(chǎng)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(chǎng)補(bǔ)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(guò)率：?（λ）為儀器探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度；KX、KY、KZ為與波長(zhǎng)無(wú)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(guò)各種濾色片的組合匹配而形成，實(shí)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(cè)量中帶來(lái)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(lái)了一些弊病，如絕對(duì)測(cè)量誤差較大，同類儀器之間的測(cè)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(shí)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(wèn)題，以提高色差計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。

 

圖一 光譜曲線誤差

數(shù)據(jù)處理

實(shí)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(cè)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(zhǎng)處非常接近，而在部分光譜波長(zhǎng)處誤差較大，使得測(cè)量有些顏色時(shí)的誤差小，而測(cè)量另一些顏色時(shí)誤差較大 ，因此需要進(jìn)行色度修正。也就是說(shuō)實(shí)際匹配的校正濾色器的光譜曲線 和10°視場(chǎng)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(shí)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(guò)線性變換計(jì)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(cè)量數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行還原計(jì)算，得到物體色的三刺激值。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特性具有決定性的影響。本測(cè)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(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層有3個(gè)節(jié)

點(diǎn)。根據(jù)Kolmogomv定理(連續(xù)函數(shù)表示定理)，中間隱層的節(jié)點(diǎn)數(shù)取2M+1 =2×3+1=7個(gè)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(gè)問(wèn)題相對(duì)比較晦澀一般都是生產(chǎn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)比較重視和了解的信息，對(duì)于一般用戶可能應(yīng)用比較少，畢竟一般色差計(jì)出廠時(shí)這些矯正問(wèn)題都已經(jīng)嚴(yán)格的設(shè)置完好了，真正出現(xiàn)色差計(jì)矯正不準(zhǔn)確的問(wèn)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(jì)的使用者更加透徹的了解色差計(jì)的工作原理，使用時(shí)更為熟悉，分析色差計(jì)故障是更為清晰。

 

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