[其他]用于精确测量引起颜色变化的参数的色度量化系统

说明书

本发明涉及一种色度量化系统，它能够通过色度调制器，单值地、高精度地检测待测的物理的和化学的参数。

色度调制器是一种按传感器原理检测光谱变化的传感器。它们不同于编码波长传感器;在编码波长传感器中，检测大部分光谱或整个光谱，而不是简单地检测特殊的波长。

虽然可以列出几种色度调制器，但是目前只有两种在技术上是可行的。第一种是基于英国专利申请号8522202和8528982的色度调制器，它使调制元件，例如滤光器，在光束中机械移动，使光束的光谱含量根据这种移动而变化（见我们的待批准的专利申请第    号）。第二种是通过化学反应的开始和进展来产生调制。然而，毫无疑问，在不久的将来其他类型的色度调制器将成为在技术上是可行的，而且下文所述的这个色度量化系统将同样可用于这些色度调制器。

利用色度调制来测量位移的最简单的方法是在两个不同的波长（₁，₂）上监视强度变化，并且把这些强度的比值与位置联系起来。为更充分叙述后者的技术，参考上述我们的待批准的申请第 号。附图1A和1B中重新说明了这项技术。通过把一个调制元件，例如一片滤色片插入多色光束（即，宽频带电磁辐射波束，它可以包含可见的和/或不可见的电磁辐射）中，以对应一个待测的位移来改变多色光束。图1A中表示对于滤光片的两个不同的位移，透射光的强度（Ⅰ）对光的波长的关系曲线。在滤色片的许多不同的位移下测量两种波长的光的强度，从测量结果中可以构成图1B的校准曲线，它对应两个波长₁₂的辐射强度的比值随滤色片位移的变化。在做完强度的定标之后，为了计算滤色片的位移（并因此计算了待测的位移），只要测量两个不同波长的发射光线的强度：通过计算它们的比值，并且把这比值与图1B的校准曲线比较，得到上述的位移。

虽然后者的技术是完整的，并具有一些吸引人的特点，但是它也有一些实际的缺点。例如，为了光谱的分辨率，信号检测需要采用复杂的光学系统，而且只有极少量的可用信息被利用。此外，对于多参数监视，待测波长的数目按比例增加，因此导致硬件和软件越来越复杂。由于捕捉光谱必需的周期受限，时间分辨率也受到限制。

在上述其他可能的色度调制技术中，化学反应中反映化学反应进程的颜色的变化，需要一种适当的测量颜色的方法，而不是仅仅测量给定的特殊波长下强度的变化。例如，对于化学分解的监视或pH计（酸碱计），这种测量常常是必需的。直到现在，还没有一种令人满意的、达到这种精度的测量颜色的方法。

本发明的基本目的是提供一种测量真正的颜色变化的方法，它不同于在有限个数的特殊波长下测量强度的变化。

为了帮助理解本发明的概念，回顾一下关于颜色测量的一般概念和原理是有益的。

图2表示普通的三维色空间图，其中径向表示色饱和度，圆周方向表示色度，轴向表示亮度。本发明原则上涉及色度和色饱和度的测量;可以用光谱的功率分布（P）近似地描述色度和色饱和度。

一般用色度图来达到定量确定颜色，被普遍接受的色度图是复制于图3中的所谓C.I.E.图（CIE-国际照明委员会）。在这个图中，纯光谱颜色落在由如下定义的色度坐标所确定的X-Y空间中的马蹄形封闭曲线中;由这个边界中的位置决定特殊波长占优势或者不同的色饱和度。白色对应具有坐标（0.33，0.33）的点。这样，利用这张图，用二维空间的单个点可以标记任何特殊的颜色。

如同下述那样定义色度坐标：

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（）＝光谱功率分布中在波长处的功率;

X（），y（），Z（）是色匹配函数，即，对应三个不同接收器的独立响应的三个不同的波长函数。

现在参考附图4，它表示三个接收器的典型的、所需要的响应特性，它们构成函数X（），y（）和Z（）。注意每种色匹配函数的相关重叠。为进行微处理机辅助分析，可以把这些色匹配函数以数字形式存贮起来;为提供这种匹配函数，已经建立相应颜色的数字库。

这样，用于标记任何“混合”颜色的色度的一般方法，需要用三个具有图4的响应特性的接收器对那种颜色取样，然后利用结果值X（），y（）和Z（）计算色度图上对应那种颜色的X和Y的值。