[发明专利]基于D/8条件对SCI误差修正的分光测色仪及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及颜色测量技术领域，尤其涉及的是一种基于D/8条件对SCI误差修正的分光测色仪及其方法。

背景技术

为了保证颜色数据的可对比性，颜色测量必须在标准照明和观察几何条件下进行。CIE(国际照明委员会International Commission on Illumination)在1971年推荐了四种用于反射样品测量的标准照明与观察几何条件：垂直/45(0/45)，45/垂直(45/0)，垂直/漫射（0/d），漫射/垂直(d/0)。为了便于讨论，可以将各种不同的照明与观察条件减少成三种最普通的几何条件：漫射照明、8度观察角、包含镜面反射成分（d/8:i）；漫射照明、8度观察角、消除镜面成分（d/8:e）；和45°环形照明、垂直观察（45/0:c）。

对表面颜色进行观测时，光泽会对颜色判定产生极大的影响。为了去除表面光泽对颜色测量带来的影响，通常采用d/8:i照明观测条件对颜色进行测量。在此结构中，需要采用积分球对材料表面反射光进行混光。但是，积分球的混光效果和理想情况有一定差距，导致在测量相同光谱反射率、不同光泽的样品时，得到的测量结果存在误差。

具体来说，对于一个测试样品，如图1所示，用折射率为n2涂料涂覆在基底材料表面，遮盖住基底材料的本色。当一束光强为I的平行光由折射率为n1的空气入射至样品表面时，在空气和样品的交界处发生了反射和入射，可以用式（1）描述：I=I_r+I_i                 （1）

式（1）中I_r为表面反射光光强，I_i为入射至涂料内部光强。I_r和I_i的比例关系，可以按照Fresnel（菲涅尔）公式进行计算，只和涂料的折射率相关，与其它因素不相关。I_r的光谱特性和入射光光谱一致。强度为I_i的入射光进入涂料层后，在涂料内部发生了透射和散射。在透射和散射过程中，材料本身对不同光谱的光吸收的差异性，导致了对不同波长的入射光产生了吸收。该部分光通过基底的反射，最终被人眼或探测器接收，这部分光是真正携带材料光谱信息的。

最终人眼或传感器所接收到的光线，不仅包括一部分反射光I_r，也包括一部分I_i携带材料光谱信息后的光线，分光测色仪测量几何条件示意图如图2所示，传感器信号可以用式（2）表示：

式（2）中，为人眼或传感器接收的光信号，与材料表面反射光谱和材料表面光泽相关。R_intrinsic(λ)为涂料层反射光线，是与材料表面反射光谱相关的。r(g)为由于表面光泽导致接收到的表面反射光信号，只与光源光谱相关。在观察颜色和用仪器测量颜色时，测量和观察的结果取决于表面反射光中哪一部分，有多少进入了观察范围或测量角度。在人眼对材料表面的观察过程中，人眼感觉表面越光滑的材料，反射光越强。实际上，表面越光滑，代表材料表面的微结构越细致、越平整。当光线以一定角度入射至材料表面时，表面越光滑，则有更多的光线遵循镜面反射定律，在对应的反射方向进行观察，就会觉得反射光线越强，即式（2）中的r(g)比例越大。但是在接收到的信号中混入了大量光源光谱，会降低观察到的颜色饱和度。

CIE推荐的d/8:i测量结构如图3所示。在这种测量条件下，光源发出的光首先入射到积分球内壁上，通过积分球的混光作用对样品进行漫射照明，观察角度与材料表面法线方向成8°角度。在d/8:i结构中，进入观察角度的光强，包括一部分在材料表面发生的镜面反射光r(g)和一部分包含材料表面光谱信息的R_intrinsic(λ)。当被测材料是高光泽镜面时，测量孔径相对表面法线对称方向的积分球壁发出的光线经过被测物体表面的镜面反射之后，镜面反射光会进入测量孔径。在理想情况下，由于积分球的匀光作用，认为积分球内壁上的光强分布处处相等，在这种情况下，可以认为式（2）中的大小以及r(g)和R_intrinsic(λ)的比例只与涂料表面折射率相关，与材料表面光泽不相关。