[發(fā)明專利]用于顏色三刺激值計算的光譜預(yù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011061193.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112161708B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃新國;劉前程;瞿小陽;鐘云飛;謝小春
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南福瑞印刷有限公司
• 主分類號: G01J3/50
• 分類號: G01J3/50;G01N21/25;G06F18/10;G06F18/2433
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 叢詩洋

本發(fā)明提供了一種用于顏色三刺激值計算的光譜預(yù)處理方法，包括：將參考標(biāo)準(zhǔn)放置在反射測量支架上，采用光纖光譜儀采集參考標(biāo)準(zhǔn)光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，將參考標(biāo)準(zhǔn)替換為待測樣品，采用光纖光譜儀采集待測樣品光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，將可見光截止檔板放置在反射測量支架與光纖光譜儀之間，采用光纖光譜儀采集暗噪聲光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，再對參考標(biāo)準(zhǔn)、待測樣品和暗噪聲的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除光譜異常值和波動值，光譜平滑和光譜插值等預(yù)處理，得到可用于光譜反射率和顏色三刺激值計算的光譜數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以消除光譜異常峰值和高頻隨機(jī)噪聲，適合對無明顯特征峰值，曲線變化趨勢比較平緩的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可提高光纖光譜儀測量顏色的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于顏色三刺激值計算的光譜預(yù)處理方法。

背景技術(shù)

顏色是印刷、紡織、食品、汽車制造等行業(yè)評價產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3977-2008《顏色的表示方法》，物體顏色采用三刺激值CIE XYZ表示。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7921-2008《均勻色空間和色差公式》，符合人眼視覺特性的均勻顏色空間CIE Lab值、色差值等評價產(chǎn)品顏色質(zhì)量的色度參數(shù)也是基于三刺激值CIE XYZ計算得到。因此三刺激值是計算色度參數(shù)和定量評價顏色的基礎(chǔ)。與使用模仿CIE顏色匹配函數(shù)的三基色濾光片和可見光探測器進(jìn)行顏色測量相比，采用光纖光譜儀測量顏色可以獲得更多的原始光譜信息和顏色信息，可以滿足不同場合的顏色測量和顏色質(zhì)量檢測要求，如工廠在線顏色檢測與控制。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3979-2008《物體色的測量方法》可知，光纖光譜儀測量顏色三刺激值的方法是：對于反射樣品，首先在CIE規(guī)定的反射測量幾何條件下，采用光纖光譜儀采集可見光范圍內(nèi)樣品的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)V_s(λ)，參考標(biāo)準(zhǔn)的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)V_r(λ)和暗噪聲的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)V_d(λ)；再采用式(9)計算物體光譜反射率ρ(λ)；最后將光譜反射率ρ(λ)、與CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體相對光譜功率分布S(λ)和標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者數(shù)據(jù)相乘，并求和即可計算得到得到顏色三刺激值，如式(10)所示。對于透射樣品的測量和計算方法和反射樣品類似，只需要根據(jù)樣品的透射光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，參考標(biāo)準(zhǔn)的透射光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)和暗噪聲的透射光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)計算光譜透射率τ(λ)，再采用式(10)計算三刺激值。

根據(jù)光譜反射率及顏色三刺激值的計算方法可知，光纖光譜儀采集的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)是計算物體反射或透射光譜特性，三刺激值CIE XYZ，以及CIE L^*a^*b^*和色差等色度參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是，受探測器、電子器件、暗電流以及外部環(huán)境干擾等因素的影響，光纖光譜儀采集的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)除了含有顏色信息外，還包含各種噪聲數(shù)據(jù)。因此為了保證顏色測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，需要對光纖光譜儀測量的原始光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除異常值、去噪和平滑等光譜預(yù)處理，抑制或消除光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)中的噪聲數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的光譜預(yù)處理方法主要分為以下幾類：(1)光譜異常值的剔除方法：在測量過程中，受測量儀器性能、測量方法，或測量環(huán)境等因素變化的影響，光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)可能混雜異常值，即部分?jǐn)?shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)相比出現(xiàn)明顯不一致。異常光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)直接影響光譜計算和分析結(jié)果，甚至?xí)?dǎo)致錯誤結(jié)論。因此需要通過數(shù)理統(tǒng)計的方剔除異常數(shù)據(jù)。目前常用的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)異常值的剔除方法是利用馬氏距離、Cook距離、光譜特征異常值、光譜殘差比、化學(xué)值絕對誤差等指標(biāo)，再結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計檢驗方法，如三倍標(biāo)準(zhǔn)差法、比值法或截斷點(diǎn)法來判斷光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)異常值。(2)光譜去噪方法：光譜去噪的目的是消除系統(tǒng)誤差，尤其是中由于樣品不均勻分布、表面散射變化、光程變化等因素引起的測量數(shù)據(jù)變化。目前常用的校正方法有標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量校正法、多元散射校正法、正交信號校正等方法。(3)光譜平滑方法：光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)平滑的目的是消除光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲，尤其是高頻噪聲。常用的光譜平滑方法有移動平均濾波器、多項式平滑濾波器、中值濾波器等。

發(fā)明內(nèi)容