CN219065276U - 一种基于多光谱相机的简易式比色装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于多光谱相机的简易式比色装置，包括壳体、标准板、多光谱相机、标准光源；其中，壳体的上端口安装玻璃，壳体的侧壁开设安装豁口；标准板的上端与壳体铰接；多光谱相机安装在壳体内，与壳体外侧壁上的接口连接，通过接口和数据线将多光谱相机实时获取的探测目标的图像和光谱数据传输至计算机或移动终端；标准光源位于壳体的内部，与壳体外侧壁上的开关电连接；计算机或移动终端用于根据多光谱相机获取的光谱数据和内部存储的光谱数据实现比色。该比色装置可对探测目标的图像和光谱进行实时获取和处理，大幅提高比色的效率，具有结构简单、使用方便、检测结果准确可靠、不受环境光影响、应用场合灵活等优势。

Description

一种基于多光谱相机的简易式比色装置

技术领域

本实用新型属于比色装置领域，更具体地，涉及一种基于多光谱相机的简易式比色装置。

背景技术

随着世界经济的高速发展，社会生活水平的显著提高，人们对商品多元化需求分类细化，对颜色的要求也随之提高。

在印刷、涂料、油漆、服装、汽车、化妆品等行业中，产品的比色是不可缺少的一环，在工业生产中有着相当重要的意义，特别是生产厂产品与标准样品之间的颜色差别是质量管理的一项核心指标。

目前，世界上所有的产品比色环节仍依靠人眼目测完成，和进行局部抽样，使用专业的测色仪进行接触式的离线测量两种形式进行。然而，这两种形式中，目测方法除了必须有适宜的环境和符合要求的光源外，还要求评级人视力正常，且经过严格训练，有丰富的辨色经验。除此之外，人眼容易疲劳，易受多种因素干扰，从而使检测出来的结果很多时候不能达到要求；而且，比色对工人来说是一种单调繁重的重复性劳动，劳动强度大。局部抽样的方法单位局部取样进行离线的自动化程度低，检测速度慢，增加了生产周期；并且取样代表性差，不能反映全部产品的色差指标情况。更为关键的是，人眼检测以及通过测色仪的离线检测，检测结果都会受检验人员的经验、熟练程度以及一些主观因素的影响，缺乏一致性和可靠性，检测结果容易使产业上下游之间产生矛盾和纠纷。

现有的在线设备存在测量值与测色仪数值不一致、测量值数据漂移、低效率、高成本等问题，因此仅能作为显示参考，而无法作为具备产品检测放行和记入质保书级别的检测数据。因此，急需要一种简单便携、速度快、精度高、成本低、应用场合灵活的的比色装置。

实用新型内容

鉴于上述问题和缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于多光谱相机的简易式比色装置，该装置具有结构简单、使用方便、检测结果准确可靠、不受环境光影响、应用场合灵活等优势。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于多光谱相机的简易式比色装置，包括壳体、标准板、多光谱相机、标准光源；其中，所述壳体的上端口安装有玻璃，所述玻璃用于密封壳体的顶部，透过标准光源发出的光；所述壳体的侧壁开设安装豁口；壳体上还设置开关和接口；

所述标准板设置在壳体的安装豁口处，标准板的上端与壳体铰接，其相对壳体可向壳体内旋转至与玻璃平行，标准板的外侧面的吸收散射特性已知，标准板用于获取环境光光谱，也用于标准光源的校准；

所述多光谱相机安装在壳体内且固定在壳体的底部，多光谱相机与壳体外侧壁上的接口连接，通过接口和数据线将多光谱相机实时获取的探测目标的图像和光谱数据传输至计算机或移动终端；

所述标准光源位于壳体的内部，并且向玻璃的方向照射；标准光源与壳体外侧壁上的开关电连接，通过开关控制标准光源开启或关闭；

所述计算机或移动终端，用于根据多光谱相机获取的光谱数据和计算机或移动终端内存储的光谱数据实现比色。

作为本实用新型的优选，所述标准光源多光谱信息已知。

作为本实用新型的优选，所述标准板的外侧面为白色。

作为本实用新型的优选，所述多光谱相机包括从上至下依次设置的超透镜Ⅰ、超透镜Ⅱ、截止滤波器和多光谱芯片；其中，所述超透镜Ⅰ、超透镜Ⅱ用于对入射光进行相位调制，实现光场调制功能；所述截止滤波器用于透过工作谱段，滤除干扰光线；所述多光谱芯片，用于将光谱分光后的光信号转化为电信号并以数字信号或者编码输出。

作为本实用新型的优选，所述计算机或移动终端内储存大量标准色号所对应的光谱数据、自定义色号所对应的光谱数据、标准板的光谱数据、标准光源的辐射光谱、环境光光源的辐射光谱，计算机或移动终端用于将多光谱相机获取的被测样品表面的光谱数据与标准光源的辐射光谱或环境光光源的辐射光谱做除法，得到不同波长下对应的被测样品表面的吸收和散射特性，之后将其与预先储存的标准色号所对应的光谱数据和自定义色号所对应的光谱数据进行比对，并显示比对的结果。

本实用新型的优点和有益效果是：

(1)本实用新型提供的比色装置利用多光谱相机对探测目标的图像和光谱进行实时获取，无延迟，仅通过简单拍摄操作即可检验颜色，操作简单，可大幅提高比色的效率，提高比色的准确性。

(2)本实用新型提供的比色装置具有结构简单、体积小、成本低、使用方便等优势，采用该装置既可减小比色误差，使比色精度保持在高水平，还可减少比色时人力、物力、财力的消耗。

(3)本实用新型提供的比色装置巧妙的将标准板安装在壳体的侧壁，标准板可用于获取环境光光谱，当标准板绕轴打开时，外界光源(环境光光谱)通过打开后的缺口进入壳体内部照在标准板上，此时可以测量任意环境光的多光谱信息，之后在环境光下测量样品，然后通过计算机或移动终端将测量样品表面光谱与环境光谱做除法，既可获得测量样品的不含环境光的多光谱数据，从而使本装置在任意环境光源条件下均能使用。

(4)本实用新型提供的比色装置在壳体内安装标准光源，标准光源可用于环境光较暗或不需环境光的情况下被测样品的照明，标准光源的多光谱信息已知，因此可以获得样品的不含环境光的多光谱数据，从而使本装置完全不受使用环境的影响，适用场合广。

(5)本实用新型提供的比色装置中的标准板还可用于标准光源的校准，间隔一段时间后，可以使用标准板重新录一遍标准光源的辐射光谱，并将其存储在移动终端或计算机内，用于后续比色用，以保证检测结果的准确性、可靠性。

(6)本实用新型提供的壳体上安装开关和接口，便于使用，且便于对数据进一步处理；另外，当测量样品贴在玻璃上进行测量时，壳体结构可有效排除外界杂散光的干扰，使被测样品接收到的光源有且仅有本装置中的标准光源。

(7)本实用新型提供的比色装置可以采集非标准色的光谱数据，并将其存储在计算机或移动终端内，用于后续比色，因此可实现两种非标准色之间的比色。

附图说明

图1是本实用新型比色装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型比色装置的前视剖视示意图；

图3是本实用新型比色装置的俯视示意图。

附图标记：壳体1、标准板2、多光谱相机3、标准光源4、玻璃5、铰接轴6、超透镜Ⅰ31、超透镜Ⅱ32、截止滤波器33、多光谱芯片34、安装豁口101、开关102、接口103。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为：基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1至3所示，本实用新型提供的一种基于多光谱相机的简易式比色装置包括壳体1、标准板2、多光谱相机3、标准光源4；其中，所述壳体1的上端口安装有玻璃5，所述玻璃5用于密封壳体1的顶部，保护内部结构，同时可以透过标准光源4发出的光；所述壳体1的侧壁开设安装豁口101，壳体1上还设置开关102和接口103；

所述标准板2设置在壳体的安装豁口101处，标准板2的上端与壳体1铰接，其相对壳体1可向壳体内旋转至与玻璃5平行，标准板2的外侧面的吸收散射特性(光谱线型)已知，标准板2用于获取环境光光谱，也用于标准光源4的校准；贴近测量被测样品的光谱数据时，标准板2与壳体1的侧壁在同一平面上，使壳体1为封闭结构，通过壳体1排除外界杂散光的干扰；测量环境光光源的光谱数据时，标准板2绕铰接轴6打开，与玻璃5平行，环境光光源可以通过打开后的缺口入射到标准板2上；

所述多光谱相机3安装在壳体1内且固定在壳体1的底部，多光谱相机3与壳体外侧壁上的接口103连接，通过接口103和数据线将多光谱相机3实时获取的探测目标的图像和光谱数据传输至计算机或移动终端；

所述标准光源4位于壳体1的内部，并且向玻璃5的方向照射，标准光源4的辐射光谱信息已知，存储在计算机或移动终端内；标准光源4与壳体外侧壁上的开关102电连接，通过开关102控制标准光源4开启或关闭；

所述计算机或移动终端内储存大量标准色号所对应的光谱数据(吸收散射特性)、自定义色号所对应的光谱数据、标准板的光谱数据、标准光源的辐射光谱、环境光光源的辐射光谱，计算机或移动终端用于将多光谱相机获取的被测样品表面的光谱数据与标准光源的辐射光谱或环境光光源的辐射光谱做除法，得到不同波长下对应的被测样品表面的吸收和散射特性，即：不含环境光光源和标准光源的被测样品表面的光谱数据，之后将其与预先储存的标准色号所对应的光谱数据和自定义色号所对应的光谱数据进行比对，通过多光谱数据的直观差异得到颜色之间的差异，实现比色，最后显示被测样品颜色与预先存储的多光谱数据中相应的标准色号或自定义色号比对的结果。

本实施例中所述的多光谱相机采用的为吉林求是光谱数据科技有限公司，型号为蜂鸟V1的多光谱相机，该多光谱相机包括从上至下依次设置的超透镜Ⅰ31、超透镜Ⅱ32、截止滤波器33和多光谱芯片34；其中，所述超透镜Ⅰ31、超透镜Ⅱ32用于对入射光进行相位调制，实现光场调制功能；所述截止滤波器33用于透过工作谱段，滤除干扰光线；所述多光谱芯片34，用于将光谱分光后的光信号转化为电信号并以数字信号或者编码输出。

进一步，所述标准板的外侧面为白色；所述玻璃5倾斜设置在壳体1上，与壳体1呈45°。

本实用新型的基于多光谱相机的简易式比色装置的使用方法如下：

采用本实用新型的比色装置在测量样品时，分两种情况：

(1)贴近测量，即被测样品贴在玻璃上进行测量，这种情况下，标准板2与壳体1的侧壁在同一平面上，壳体1为封闭结构，环境光无法照明，所以打开开关102，使用标准光源4照明，之后通过多光谱相机3采集被测颜色(被测样品)的图像并进行处理，获得被测颜色散射出来的光谱数据，并将该数据传输至计算机或移动终端，计算机或移动终端将多光谱相机获取的光谱数据与标准光源的辐射光谱做除法，得到被测颜色表面的吸收散射特性(光谱数据)，之后将其与预先储存的标准色号所对应的光谱数据和自定义色号所对应的光谱数据进行比对，通过多光谱数据的直观差异得到颜色之间的差异，实现比色，最后显示比对结果。

在使用过程中标准光源4由于时效性，辐射光谱在使用一段时间后会和预存的光谱不一致，因此需要使用标准板重新录一遍标准光源的辐射光谱，具体步骤如下：

标准板2绕铰接轴打开45°，与玻璃5平行，用不透光的挡板将标准板打开后的缺口封住，使壳体1为封闭结构，环境光无法照明；之后打开开关102，使用标准光源4照明，多光谱相机将采集到的标准板2图像进行处理，获得标准板2散射出来的光谱数据，由于标准板的吸收散射特性(光谱线型)已知，因此将获得的标准板散射出来的光谱数据与标准板的吸收散射特性做除法，可得到标准光源的辐射光谱数据，将其存储在计算机或移动终端，以替换之前的标准光源的辐射光谱数据，完成校验。

(2)有一段距离的测量，即待测物品不是贴在玻璃1上，这种情况下，由于多光谱相机接收到的光谱随环境光变化而发生变化的；因此，为剔除环境光的影响，需要使用标准板先测量一下环境光光谱(测量过程中标准光源不参与工作)。

测量环境光时，标准板2绕铰接轴打开45°，与玻璃5平行，使环境光源可以通过打开后的缺口入射到标准板2上；之后多光谱相机将采集到的标准板图像进行处理，获得标准板散射出来的光谱数据，由于标准板2的吸收散射特性(多光谱线形)已知，因此将标准板散射出来的光谱数据与标准板的吸收散射特性做除法，可得到环境光光源的辐射光谱数据，将其存储在计算机或移动终端；

测量被测物品颜色时(测量过程中标准光源不参与工作)，环境光照射到物体表面，被物体吸收和散射，其中散射光被多光谱相机接收并计算出光谱，采集物体表面散射出来的光谱，并将该光谱数据传输至计算机或移动终端，计算机或移动终端将物体表面散射出来的光谱与环境光光源的辐射光谱做除法，得到物体表面吸收和散射特性(光谱)，利用这一特性来表示物体的颜色，之后将其与预先储存的标准色号所对应的光谱数据和自定义色号所对应的光谱数据进行比对，通过多光谱数据的直观差异得到颜色之间的差异，实现比色，最后显示比对结果。

以上为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于多光谱相机的简易式比色装置，其特征在于，包括壳体、标准板、多光谱相机、标准光源；其中，所述壳体的上端口安装有玻璃，所述玻璃用于密封壳体的顶部，透过标准光源发出的光；所述壳体的侧壁开设安装豁口；壳体上还设置开关和接口；

所述标准板设置在壳体的安装豁口处，标准板的上端与壳体铰接，其相对壳体可向壳体内旋转至与玻璃平行，标准板的外侧面的吸收散射特性已知，标准板用于获取环境光光谱，也用于标准光源的校准；

所述多光谱相机安装在壳体内且固定在壳体的底部，多光谱相机与壳体外侧壁上的接口连接，通过接口和数据线将多光谱相机实时获取的探测目标的图像和光谱数据传输至计算机或移动终端；

所述标准光源位于壳体的内部，并且向玻璃的方向照射；标准光源与壳体外侧壁上的开关电连接，通过开关控制标准光源开启或关闭；

所述计算机或移动终端，用于根据多光谱相机获取的光谱数据和内部存储的光谱数据实现比色。

2.根据权利要求1所述的一种基于多光谱相机的简易式比色装置，其特征在于，所述标准光源多光谱信息已知。

3.根据权利要求1所述的一种基于多光谱相机的简易式比色装置，其特征在于，所述标准板的外侧面为白色。

4.根据权利要求1所述的一种基于多光谱相机的简易式比色装置，其特征在于，所述多光谱相机包括从上至下依次设置的超透镜Ⅰ、超透镜Ⅱ、截止滤波器和多光谱芯片；其中，所述超透镜Ⅰ、超透镜Ⅱ用于对入射光进行相位调制，实现光场调制功能；所述截止滤波器用于透过工作谱段，滤除干扰光线；所述多光谱芯片，用于将光谱分光后的光信号转化为电信号并以数字信号或者编码输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于多光谱相机的简易式比色装置，其特征在于，所述计算机或移动终端内储存大量标准色号所对应的光谱数据、自定义色号所对应的光谱数据、标准板的光谱数据、标准光源的辐射光谱、环境光光源的辐射光谱，计算机或移动终端用于将多光谱相机获取的被测样品表面的光谱数据与标准光源的辐射光谱或环境光光源的辐射光谱做除法，得到不同波长下对应的被测样品表面的吸收和散射特性，之后将其与预先储存的标准色号所对应的光谱数据和自定义色号所对应的光谱数据进行比对，并显示比对的结果。

Images