[發明專利]物體表面顏色測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201310566568.5
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103630240A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 周常河;劉昆;王少卿;韋盛斌;李樹斌;朱鋒;黃巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/46
• 分類號: G01J3/46
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及顏色測量領域，具體地說是涉及一種分析和測量物體表面顏色的裝置與方法。

背景技術

在許多情況下，人們往往需要對物體表面的顏色進行快速而客觀的測量。在進行汽車噴漆或者產品制造質量管控時，人們又需要在不同的物體之間進行顏色比對。隨著社會的進一步發展，顏色產品已經滲透到工業生產和日常生活的各個方面，故對顏色測量和評價的需求日益增長。傳統的顏色測量的方法分為目視測色和儀器測色兩大類，其中儀器測色包括分光光度法和光電積分法。目視測色法通過人眼對樣品顏色與標準顏色進行直接的視覺比較，要求操作人員具有豐富的顏色觀察經驗和敏銳的判斷力，但是觀測過程中仍受主觀因素影響，效率不高。分光光度法主要測量物體的反射光譜或自身光度特性，然后由這些光譜測試數據計算求得物體的三刺激值。光電積分法是通過把光電探測器的光譜響應匹配成所要求的CIE標準顏色觀察者光譜三刺激值曲線或者某一特定的光譜響應函數，從而對探測器接收到的光譜能量進行積分測量。上述兩種儀器價格昂貴操作復雜，限制了其進一步的推廣應用。

對于二維物體表面的光譜測量，可以采用點掃描的方式。逐點獲取待測物體表面的光譜信息，組合拼接后得到待測物體的二維光譜信息。這種方式可以高精度地得到物體表面的光譜信息，但缺點是速度慢效率較低。當然，也可以采用線掃描的方式，即一次獲取一條掃描線上的光譜信息再組合得到待測物體的二維光譜信息。這種方式的測量速度比點掃描方式提高了很多倍，但是仍然需要用掃描的方式得等到二維物體的光譜信息。無論是點掃描或線掃描方式，都無法實時一次性獲取物體表面的二維成像信息。另一方面，以往的面陣探測器又無法獲得物體表面的光譜信息。這就是俗稱的“光譜不成像，成像不光譜”的困境。傳統的彩色面陣探測器可以得到物體表面的彩色信息，但這個方法得到的僅僅是通過紅綠藍三個濾光片波段的光強值，不是嚴格意義上科學分辨的精細光譜信息。

National?Research?Council?of?Canada在專利US005708498A中提出了一種基于光學三角測距原理的彩色三維成像儀。采用一束含有多組分波長的復色光束掃描待測物體表面，反射光束隨后被分裂為兩束。一束照射到傳感器陣列上確定它們的相對位置，另一束經棱鏡分光后入射至顏色敏感光探測器上獲得代表著反射光束的近似顏色組合物的數據。目標表面的顏色和輪廓從位于傳感器上的子光束的相對位置確定。這種技術是真實的彩色掃描，它在獲得物體表面指定點的三維坐標的同時獲取了該點的顏色信息，但是它采取的多波長逐點掃描的方式導致此法數據采集效率偏低。

專利200780049991.0提出了一種用于材料的顏色測量或其他光譜測量的系統與方法，其包括照明器、檢測器、控制器與分析器。照明器由一個或多個LED組成，產生用于照明材料樣本的光。檢測器（光譜儀）檢測已與樣本發生相互作用的光并且測量之。控制器調控LED的占空比以控制對樣本的照明。分析器利用測量數據確定該樣本的光譜特征。

發明內容

本公開文本提出一種用于物體表面顏色測量裝置與方法，該裝置和方法具有測量效率高、使用方便、成本低的特點，可實現高精度的顏色測量。

本發明的技術解決方案如下：

一種物體表面顏色測量裝置，包括：光投影模塊、數碼相機與控制處理模塊。光投影模塊包含紅綠藍三色光源、光束整形裝置、光束散斑抑制裝置、反射鏡、合色棱鏡、分光棱鏡、中繼透鏡、空間光調制器與投影鏡頭等器件，可對待測物體進行紅綠藍三色均勻照明。數碼相機用于采集各種照明狀態下待測物體的圖像。控制處理模塊控制紅綠藍三色光源的開關與功率以及數碼相機的開啟與關閉，還進一步對數碼相機采集的圖像與標定數據等進行儲存分析并輸出結果。控制處理模塊可以包括用于確定待測物體表面顏色的任何硬件、軟件、固件或其組合。

一種物體表面顏色測量裝置方法，具體步驟如下：光投影模塊對待測物體進行紅色均勻照明，與此同時數碼相機采集待測物體圖像，關閉紅光光源；保持光投影模塊、待測物體與數碼相機相對位置不變，進行綠色均勻照明采集待測物體圖像，關閉綠光光源；保持光投影模塊、待測物體與數碼相機相對位置不變，進行藍色均勻照明采集待測物體圖像，關閉藍光光源。控制處理模塊儲存上述三幅圖像，將紅綠藍三幅圖像中需要測量區域內各像素的紅綠藍亮度值I_R(x,y):I_G(x,y):I_B(x,y)與預先針對色品坐標已知的標準色卡的標定結果進行分析比對，最終得出需要測量區域各像素的色品坐標。

本發明發技術效果如下：