[其他]用于精確測量引起顏色變化的參數的色度量化系統

無效

• 申請號: 86105409
• 申請日: 1986-09-06
• 公開（公告）號: CN86105409A
• 公開（公告）日: 1987-07-08
• 發明（設計）人: 戈登·里斯·瓊斯;詹姆斯·洛多維科·莫魯齊;阿卡納普拉加達·納拉納·普拉薩德
• 申請（專利權）人: 利物浦大學
• 主分類號: G01J3/46
• 分類號: G01J3/46;G01J3/28;G01J3/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 奚漢民,吳秉芬

本發明涉及一種色度量化系統，它能夠通過色度調制器，單值地、高精度地檢測待測的物理的和化學的參數。

色度調制器是一種按傳感器原理檢測光譜變化的傳感器。它們不同于編碼波長傳感器;在編碼波長傳感器中，檢測大部分光譜或整個光譜，而不是簡單地檢測特殊的波長。

雖然可以列出幾種色度調制器，但是目前只有兩種在技術上是可行的。第一種是基于英國專利申請號8522202和8528982的色度調制器，它使調制元件，例如濾光器，在光束中機械移動，使光束的光譜含量根據這種移動而變化（見我們的待批準的專利申請第????號）。第二種是通過化學反應的開始和進展來產生調制。然而，毫無疑問，在不久的將來其他類型的色度調制器將成為在技術上是可行的，而且下文所述的這個色度量化系統將同樣可用于這些色度調制器。

利用色度調制來測量位移的最簡單的方法是在兩個不同的波長（₁，₂）上監視強度變化，并且把這些強度的比值與位置聯系起來。為更充分敘述后者的技術，參考上述我們的待批準的申請第 號。附圖1A和1B中重新說明了這項技術。通過把一個調制元件，例如一片濾色片插入多色光束（即，寬頻帶電磁輻射波束，它可以包含可見的和/或不可見的電磁輻射）中，以對應一個待測的位移來改變多色光束。圖1A中表示對于濾光片的兩個不同的位移，透射光的強度（Ⅰ）對光的波長的關系曲線。在濾色片的許多不同的位移下測量兩種波長的光的強度，從測量結果中可以構成圖1B的校準曲線，它對應兩個波長₁₂的輻射強度的比值隨濾色片位移的變化。在做完強度的定標之后，為了計算濾色片的位移（并因此計算了待測的位移），只要測量兩個不同波長的發射光線的強度：通過計算它們的比值，并且把這比值與圖1B的校準曲線比較，得到上述的位移。

雖然后者的技術是完整的，并具有一些吸引人的特點，但是它也有一些實際的缺點。例如，為了光譜的分辨率，信號檢測需要采用復雜的光學系統，而且只有極少量的可用信息被利用。此外，對于多參數監視，待測波長的數目按比例增加，因此導致硬件和軟件越來越復雜。由于捕捉光譜必需的周期受限，時間分辨率也受到限制。

在上述其他可能的色度調制技術中，化學反應中反映化學反應進程的顏色的變化，需要一種適當的測量顏色的方法，而不是僅僅測量給定的特殊波長下強度的變化。例如，對于化學分解的監視或pH計（酸堿計），這種測量常常是必需的。直到現在，還沒有一種令人滿意的、達到這種精度的測量顏色的方法。

本發明的基本目的是提供一種測量真正的顏色變化的方法，它不同于在有限個數的特殊波長下測量強度的變化。

為了幫助理解本發明的概念，回顧一下關于顏色測量的一般概念和原理是有益的。

圖2表示普通的三維色空間圖，其中徑向表示色飽和度，圓周方向表示色度，軸向表示亮度。本發明原則上涉及色度和色飽和度的測量;可以用光譜的功率分布（P）近似地描述色度和色飽和度。

一般用色度圖來達到定量確定顏色，被普遍接受的色度圖是復制于圖3中的所謂C.I.E.圖（CIE-國際照明委員會）。在這個圖中，純光譜顏色落在由如下定義的色度坐標所確定的X-Y空間中的馬蹄形封閉曲線中;由這個邊界中的位置決定特殊波長占優勢或者不同的色飽和度。白色對應具有坐標（0.33，0.33）的點。這樣，利用這張圖，用二維空間的單個點可以標記任何特殊的顏色。

如同下述那樣定義色度坐標：

x＝ (X)/(（X+Y+Z）) 方程（1）

y＝ (Y)/(（X+Y+Z）) 方程（2）

其中

X＝S_λP（λ）X（λ）dλ

Y＝S_λP（λ）y（λ）dλ

Z＝S_λP（λ）Z（λ）dλ

P（）＝光譜功率分布中在波長處的功率;

X（），y（），Z（）是色匹配函數，即，對應三個不同接收器的獨立響應的三個不同的波長函數。

現在參考附圖4，它表示三個接收器的典型的、所需要的響應特性，它們構成函數X（），y（）和Z（）。注意每種色匹配函數的相關重疊。為進行微處理機輔助分析，可以把這些色匹配函數以數字形式存貯起來;為提供這種匹配函數，已經建立相應顏色的數字庫。

這樣，用于標記任何“混合”顏色的色度的一般方法，需要用三個具有圖4的響應特性的接收器對那種顏色取樣，然后利用結果值X（），y（）和Z（）計算色度圖上對應那種顏色的X和Y的值。