1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263254880 第一章 緒論 PAGEREF _Toc263254880 h 1 HYPERLINK l _Toc263254881 1.1 顏色理論的開展史 PAGEREF _Toc263254881 h 1 HYPERLINK l _Toc263254882 1.2 國際發(fā)光照明委員會 PAGEREF _Toc263254882 h 3 HYPERLINK l _Toc263254883 1.3 顏色的研究應(yīng)用 PAGEREF _Toc263254883 h 4 HYPERLINK l _Toc263254884 1

2、.4 目前顏色測量方法 PAGEREF _Toc263254884 h 5 HYPERLINK l _Toc263254885 1.4.1 目視測色 PAGEREF _Toc263254885 h 5 HYPERLINK l _Toc263254886 1.4.2 儀器測色 PAGEREF _Toc263254886 h 5 HYPERLINK l _Toc263254887 1.5 顏色測量的開展趨勢 PAGEREF _Toc263254887 h 7 HYPERLINK l _Toc263254888 第二章 顏色測量根本原理 PAGEREF _Toc263254888 h 8 HYPER

3、LINK l _Toc263254889 2.1 色度學(xué)根底 PAGEREF _Toc263254889 h 8 HYPERLINK l _Toc263254890 2.1.1 光與光源 PAGEREF _Toc263254890 h 8 HYPERLINK l _Toc263254891 2.1.2 顏色及其視覺理論 PAGEREF _Toc263254891 h 11 HYPERLINK l _Toc263254892 2.1.3 三基色原理與混色規(guī)律 PAGEREF _Toc263254892 h 13 HYPERLINK l _Toc263254893 2.1.4 顏色的計(jì)量系統(tǒng) PA

4、GEREF _Toc263254893 h 15 HYPERLINK l _Toc263254894 第三章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263254894 h 20 HYPERLINK l _Toc263254895 3.1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc263254895 h 20 HYPERLINK l _Toc263254896 3.2 顏色探測器 PAGEREF _Toc263254896 h 21 HYPERLINK l _Toc263254897 檢測原理 PAGEREF _Toc263254897 h 21 HYPERLINK l _Toc263254898 3.

5、2.2 探測頭結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc263254898 h 23 HYPERLINK l _Toc263254899 3.3等精度頻率測量 PAGEREF _Toc263254899 h 23 HYPERLINK l _Toc263254900 3.3.1 D觸發(fā)器原理 PAGEREF _Toc263254900 h 23 HYPERLINK l _Toc263254901 3.3.2 定時(shí)計(jì)數(shù)器 PAGEREF _Toc263254901 h 24 HYPERLINK l _Toc263254902 3.3.3 等精度頻率測量原理 PAGEREF _Toc263254902 h 25

6、 HYPERLINK l _Toc263254903 3.3.4 等精度頻率計(jì)的測量過程 PAGEREF _Toc263254903 h 26 HYPERLINK l _Toc263254904 3.4 電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263254904 h 27 HYPERLINK l _Toc263254905 第四章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263254905 h 29 HYPERLINK l _Toc263254906 第五章 系統(tǒng)測試及測試結(jié)果 PAGEREF _Toc263254906 h 29 HYPERLINK l _Toc263254907 5.1 顏色檢測實(shí)驗(yàn)

7、PAGEREF _Toc263254907 h 29 HYPERLINK l _Toc263254908 5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置 PAGEREF _Toc263254908 h 29 HYPERLINK l _Toc263254909 5.1.2 實(shí)驗(yàn)過程 PAGEREF _Toc263254909 h 30 HYPERLINK l _Toc263254910 5.1.3 應(yīng)用中需要注意到的問題 PAGEREF _Toc263254910 h 31 HYPERLINK l _Toc263254911 5.2 測試結(jié)果 PAGEREF _Toc263254911 h 31 HYPERLINK l

8、_Toc263254912 第五章 結(jié)論 PAGEREF _Toc263254912 h 33第一章 緒論1.1 顏色理論英國科學(xué)家牛頓在1666年發(fā)現(xiàn)，把太陽光經(jīng)過三棱鏡折射，然后投射到白色屏幕上，會顯出一條象彩虹一樣美麗的色光帶譜，從紅開始，依次接臨的是橙、黃、綠、藍(lán)、青、紫七色。在牛頓色相環(huán)上，表示著色相的序列以及色相間的相互關(guān)系。如果將圓環(huán)進(jìn)行六等分，每一份里分別填入紅、橙、黃、綠、青、紫六個(gè)色相，那么他們之間表示著三原色、三間色、鄰近色、比照色、互補(bǔ)色等相互關(guān)系。牛頓色環(huán)為后來的表色體系的建立奠定了一定的理論根底，在此根底上又開展成10色相環(huán)、12色相環(huán)、24色相環(huán)、100色相等。牛

9、頓色環(huán)的創(chuàng)造雖然建立了色彩的色相關(guān)系上的表示方法，但是色彩的根本屬性還有明度與純度。顯然，二維的平面是無法表達(dá)三個(gè)因素的，所謂色立體，就是借助于三維空間的模式來表示色相、明度、純度關(guān)系的一些表色方法。色立體是把色彩的三屬性，有系統(tǒng)的排列組合成一個(gè)立體形狀的色彩結(jié)構(gòu)。色立體對于整體色彩的整理、分類、表示、記述以及色彩的觀察、表達(dá)及有效應(yīng)用，都有很大的幫助。色立體的根本結(jié)構(gòu)，即以明度階段為中心垂直軸，往上明度漸高，以白色為頂點(diǎn)，往下明度漸低，直到黑色為止。其次由明度軸向外做出水平方向的彩度階段，愈接近明度軸，彩度愈低；愈遠(yuǎn)離明度軸，彩度愈高。各明度階段都有同明度的彩度階段向外延伸，因此，構(gòu)成某一種

10、色相的等色相面。以明度階段為中心軸，將各色相的等色相面，依紅、橙、黃、綠等順序排列成一放射狀的結(jié)構(gòu)，便形成所謂的色立體。托馬斯楊曾被譽(yù)為是生理光學(xué)的創(chuàng)始人。他在1793年提出人眼里的晶狀體會自動調(diào)節(jié)以適應(yīng)所見的物體的遠(yuǎn)近。他也是第一個(gè)研究散光的醫(yī)生1801年。后來，他提出色覺取決于眼睛里的三種不同的神經(jīng)，分別感覺紅色，綠色，和藍(lán)色。后來亥姆霍茲對此理論進(jìn)行了改良。此理論在1959年由實(shí)驗(yàn)證明。麥克斯韋喜愛玩兩種玩具：陀螺和活動畫筒?；顒赢嬐惨l(fā)了麥克斯韋對色彩的視覺的興趣。在麥克斯韋以前，托馬斯揚(yáng)的人提出過有關(guān)色視覺的三感受器原理。早在幾個(gè)世紀(jì)以前，畫家們就知道所謂的三原色，即紅、黃、藍(lán)，并且

11、知道利用這三種顏色可以混合調(diào)配出各種想要的顏色。然而當(dāng)時(shí)人們對三原色和三感受器原理還存有疑惑，因?yàn)榕ｎD斷定并通過實(shí)驗(yàn)表示出來：棱鏡光譜包含的原色是七種而不是三種。麥克斯韋早在1849年在愛丁堡的福布斯實(shí)驗(yàn)室就開始了色混合實(shí)驗(yàn)。在那個(gè)時(shí)候，愛丁堡有許多研究顏色的學(xué)者，除了福布斯、威爾遜和布儒斯特外，還有一些對眼睛感興趣的醫(yī)生和科學(xué)家。實(shí)驗(yàn)主要就是在于觀察一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)圓盤上的幾個(gè)著色扇形所生成的顏色。麥克斯韋和福布斯首先做出的一個(gè)實(shí)驗(yàn)是使紅、黃、藍(lán)組合產(chǎn)生灰色。他們的實(shí)驗(yàn)失敗了，而其中的主要原因是：藍(lán)與黃混合并不象常規(guī)那樣生成綠色，而是當(dāng)兩者都不占優(yōu)勢時(shí)產(chǎn)生一種淡紅色，這種組合加上紅色不可能產(chǎn)生任

12、何灰色。接著，麥克斯韋又改良了他們的色螺旋盤，這是根據(jù)他的老師福布斯在1849年的創(chuàng)造而開展起來的，它有兩套不同顏色的著色紙，使用時(shí)靈活地在盤上排列成可調(diào)整的扇形。當(dāng)色盤旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，這些顏色就在眼睛中混合起來。麥克斯韋還用了一套直徑比第一套小的可調(diào)扇形，以便做出更為準(zhǔn)確精密的色比擬。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)、比擬，麥克斯韋根據(jù)各種顏色顯露的角度，列出色方程式。實(shí)驗(yàn)后，麥克斯韋正確地區(qū)分了三個(gè)新的光學(xué)變量色彩光譜色、色輝飽和度、色蔭照度。從而，麥克斯韋創(chuàng)立了定量色度學(xué)這一學(xué)科，他證明：各種顏色都可由三種光譜刺激源的混合配成。并證實(shí)了托馬斯揚(yáng)關(guān)于色視覺的三個(gè)感受器的理論，證明了色盲的原因是一個(gè)或多個(gè)感受器的無

13、效。1868年，他研制了“色箱，在生理視覺領(lǐng)域做出了非凡的奉獻(xiàn)，直到今天，在生理視覺學(xué)科中，人們還把人因特殊視覺效果產(chǎn)生于特殊區(qū)域的一條黑斑稱為“麥克斯韋斑，也算是對麥克斯韋在這一領(lǐng)域工作成果的紀(jì)念。1861年，麥克斯韋在皇家研究院向聽眾們映示了第一張三原色彩色照片，這無疑是光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑，為后來的光學(xué)研究和彩色照片的誕生打下根底。1.2 CIE標(biāo)準(zhǔn)CIE國際發(fā)光照明委員會：原文為Commission Internationale de LEclairage法或International Commission on Illumination英。這個(gè)委員會創(chuàng)立的目的是要建立一套界定和測

14、量色彩的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。可回溯到1930年，CIE標(biāo)準(zhǔn)一直沿用到數(shù)字視頻時(shí)代，其中包括白光標(biāo)準(zhǔn)D65和陰極射線管CRT內(nèi)外表紅、綠、藍(lán)三種磷光理論上的理想顏色。CIE的總部位于奧地利維也納。 為了從基色出發(fā)定義一種與設(shè)備無關(guān)的顏色模型，1931年9月國際照明委員會在英國的劍橋市召開了具有歷史意義的大會。CIE的顏色科學(xué)家們企圖在RGB模型根底上，用數(shù)學(xué)的方法從真實(shí)的基色推導(dǎo)出理論的三基色，創(chuàng)立一個(gè)新的顏色系統(tǒng)，使顏料、染料和印刷等工業(yè)能夠明確指定產(chǎn)品的顏色。會議所取得的主要成果包含：定義了標(biāo)準(zhǔn)觀察者(Standard Observer)標(biāo)準(zhǔn)：普通人眼對顏色的響應(yīng)。該標(biāo)準(zhǔn)采用想象的X, Y和Z三種基色

15、，用顏色匹配函數(shù)(color-matching function)表示。顏色匹配實(shí)驗(yàn)使用2的視野(field of view)。定義了標(biāo)準(zhǔn)光源(Standard Illuminants)：用于比擬顏色的光源標(biāo)準(zhǔn)。定義了CIE XYZ基色系統(tǒng)：與RGB相關(guān)的想象的基色系統(tǒng)，但更適用于顏色的計(jì)算。定義了CIE xyY顏色空間：一個(gè)由XYZ導(dǎo)出的顏色空間，它把與顏色屬性相關(guān)的x和y從與明度屬性相關(guān)的亮度Y中別離開。定義了CIE色度圖(CIE chromaticity diagram)：容易看到顏色之間關(guān)系的一種圖。其后，國際照明委員會的專家們對該系統(tǒng)做了許多改良，包括1964年根據(jù)10視野的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

16、，添加了補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者(Supplementary Standard Observer)的定義。1976年國際照明委員會又召開了一次具有歷史意義的會議，試圖解決1931的CIE系統(tǒng)中所存在兩個(gè)問題：該標(biāo)準(zhǔn)使用明度和色度不容易解釋物理刺激和顏色感知響應(yīng)之間的關(guān)系。XYZ系統(tǒng)和在它的色度圖上表示的兩種顏色之間的距離與顏色觀察者感知的變化不一致，這個(gè)問題叫做感知均勻性(perceptual uniformity)問題，也就是顏色之間數(shù)字上的差異與視覺感知不一致。為了解決顏色空間的感知一致性問題，專家們對CIE 1931 XYZ系統(tǒng)進(jìn)行了非線性變換，制定了CIE 1976 L*a*b*顏色空間的標(biāo)準(zhǔn)。

17、事實(shí)上，1976年CIE規(guī)定了兩種顏色空間，一種是用于自照明的顏色空間，叫做CIELUV，另一種是用于非自照明的顏色空間，叫做CIE 1976 L*a*b*，或者叫CIELAB。這兩個(gè)顏色空間與顏色的感知更均勻，并且給了人們評估兩種顏色近似程度的一種方法，允許使用數(shù)字量E表示兩種顏色之差。CIE XYZ是國際照明委員會在1931年開發(fā)并在1964修訂的CIE顏色系統(tǒng)(CIE Color System)，該系統(tǒng)是其他顏色系統(tǒng)的根底。它使用相應(yīng)于紅、綠和藍(lán)三種顏色作為三種基色，而所有其他顏色都從這三種顏色中導(dǎo)出。通過相加混色或者相減混色，任何色調(diào)都可以使用不同量的基色產(chǎn)生。雖然大多數(shù)人可能一輩子都

18、不直接使用這個(gè)系統(tǒng)，只有顏色科學(xué)家或者某些計(jì)算機(jī)程序中使用，但了解它對開發(fā)新的顏色系統(tǒng)、編寫或者使用與顏色相關(guān)的應(yīng)用程序都是有用的。1.3 顏色的研究應(yīng)用當(dāng)今色彩技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，如：現(xiàn)代建筑環(huán)境和城市色彩規(guī)劃產(chǎn)業(yè)，紡織、服裝與服飾產(chǎn)業(yè)，新聞出版與印刷傳媒產(chǎn)業(yè)，文藝演出、文化載體產(chǎn)業(yè)，甚至飲食、動畫與游戲制作產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，普遍存在色彩存儲、傳遞與交流。特別是在信息行業(yè)中的色彩復(fù)現(xiàn)、流行色彩預(yù)測等方面，都起著創(chuàng)新和增加產(chǎn)品附加值的重要作用。目前，在中國市場上，如紡織、印刷、印染、多媒體顯示等企業(yè)，沒有適宜、方便的顏色的測量工具，導(dǎo)致了色彩在生產(chǎn)和貿(mào)易的過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題?；蛘咭Ц秶?/p>

19、外顏色標(biāo)準(zhǔn)昂貴的使用費(fèi)，或者要使用國外顏色體系，或者要使用國外的色卡等等。1.4 目前顏色測量方法1.4.1 目視測色目視法是一種最傳統(tǒng)的顏色測量方法。在進(jìn)行目視測色時(shí),首先要確定標(biāo)準(zhǔn)的照明和觀察條件，該條件要必須能在較長的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，通常需要采用光暗室(如標(biāo)準(zhǔn)燈箱),并且光暗室的光譜功率分布和照度應(yīng)該正好與樣品需要的照明條件一致。盡管國際照明委員會(CIE)推薦了多種標(biāo)準(zhǔn)照明體，其中包括D50、D55、D65、D75等各種標(biāo)準(zhǔn)D照明體，但還沒有相應(yīng)的可用于光室的CIE自然日光標(biāo)準(zhǔn)光源。所有實(shí)際用于目視評估的光源,與自然晝光在光譜功率分布和照度上都存在很大差異。為此，需要科學(xué)合理地定

20、義目視照明的周圍場和背景，使光暗室中的真實(shí)光源到達(dá)對現(xiàn)實(shí)世界照明條件的最接近模擬。周圍場指的是光暗室的內(nèi)壁,其應(yīng)該是無光澤和中性的,而且其特定的明度取決于被模擬的照明環(huán)境。背景指的是樣品放置其上的外表，一般大多指光暗室的底面。當(dāng)限定了光暗室的周圍場和背景，并且其光源也選定后,必須測量光源的光譜功率分布和照度水平。被測顏色樣品的尺寸應(yīng)該保持一致，并且樣品的尺寸越大,其目視測量的精確度也越高。一般,樣品至少應(yīng)有13cm2大小。如圖1所示，觀察的視角為：2= 2 arctan (r/d)。判斷兩個(gè)試樣的色差時(shí)，該樣品對的制備方法應(yīng)該相同,并且習(xí)慣上將試樣以與其邊界接觸的方式放置。1.4.2 儀器測色

21、在光與材料相互作用時(shí)，會產(chǎn)生鏡面反射和漫反射、定向透射和散射透射以及光吸收等,其中每種成分的特定組合取決于光源、材料的性能及其幾何關(guān)系。當(dāng)人們在觀察一種均勻有色材料時(shí),會注意到其顏色以及光是如何從材料外表反射的。從材料外表反射的光產(chǎn)生鏡面光澤、紋理、圖像清晰度光澤和珠光等。由于光源、物體和觀察者的相互作用取決于光源的漫反射和定向性能、觀察位置以及光源與樣品、樣品與觀察者之間的特定幾何關(guān)系,所以可以通過調(diào)整相關(guān)的條件參數(shù),以突出或減弱其顏色、紋理或光澤。根據(jù)每種光學(xué)成分的關(guān)系,以及每種成分的顏色,可以判斷該材料是否漆有油漆,或是否為塑料、織物、金屬等。因此,在大多數(shù)計(jì)算機(jī)三維作圖軟件中,通過改變

22、三原色的比例,可以模擬出日常生活中的物體。為了便于國際比照,顏色的測量必須在CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體或標(biāo)準(zhǔn)光源下進(jìn)行。由于樣品外表的結(jié)構(gòu)特性,同樣的物體在不同方向上具有不同的反射或透射,因此照明的幾何狀態(tài)對測色結(jié)果會有很大的影響。同時(shí),照明光束的孔徑和測量光束的孔徑大小對顏色測量的結(jié)果也有影響,這些幾何參數(shù)稱為照明與觀察條件?？梢?為了交流、比擬顏色測量的結(jié)果,必須嚴(yán)格規(guī)定照明與觀察幾何條件。國外早期生產(chǎn)的分光測色儀，大多采用光譜掃描法。20世紀(jì)70年代前，分光測色儀采用HARDY分光光度計(jì)的傳統(tǒng)光路和結(jié)構(gòu), 此類儀器體積龐大，測速慢。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的MACBETHM 2S2021分光光度計(jì)采用

23、閃光光源和陣列硅二極管探測，改良了結(jié)構(gòu)，大大縮短了測量時(shí)間，代表了當(dāng)時(shí)測色儀器的開展方向。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，20世紀(jì)80年代初，微型計(jì)算機(jī)很快應(yīng)用于顏色測量儀器，通過不同的接口，輔助分光光度計(jì)完成控制測量和數(shù)據(jù)采樣,并能根據(jù)使用要求計(jì)算出色度參數(shù)。美國X-Rite公司生產(chǎn)的8000系列是全球第一臺采用USB接口連接的臺式分光光度儀。20世紀(jì)80年代后期和90年代初, 采用光電攝譜法的分光測色儀在國際上得到很大開展。Datacolor公司的SF系列儀器和日本美能達(dá)公司的CM 22 500d 2600d和CM 23600d等測色儀是這一時(shí)期分光測色儀向便攜式、小型化開展的代表產(chǎn)品。采用光電攝譜

24、法的分光測色儀，其特點(diǎn)是測色過程自動化，并能夠利用電腦擴(kuò)展測色儀器的功能，以滿足不同用戶的需求。目前國內(nèi)外普遍研究和采用帶有微處理器，并建有檢測和信息處理功能的集成電路系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用液晶顯示，并具有自動校正、自動補(bǔ)償、數(shù)據(jù)處理、圖像處理、圖像識別、存儲和記憶等功能。一般便攜式分光測色儀內(nèi)的存儲器能儲存1000多個(gè)數(shù)據(jù)和50多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色樣, 并通過接口與電腦連接，廣泛應(yīng)用于多種測量的比擬和運(yùn)算,如SF450X分光測色儀與配色軟件連接，可組成電腦配色系統(tǒng)。美能達(dá)CM22600d是世界上首創(chuàng)的內(nèi)置UV瞬間調(diào)節(jié)功能的便攜式分光測色計(jì)，它可與電腦連接使用色彩品質(zhì)管理軟件或配色系統(tǒng)?，F(xiàn)代色度學(xué)的開展為儀

25、器客觀地評價(jià)顏色奠定了根底。光電積分法是20世紀(jì)60年代儀器測色中采用的常見方法。光電積分法不是測量某一波長的色刺激值，而是在整個(gè)測量波長區(qū)間內(nèi)，通過積分測量測得樣品的三刺激值X、Y、Z，再由此計(jì)算出樣品的色品坐標(biāo)等參數(shù)。通常用濾光片覆蓋在探測器上, 把探測器的相對光譜靈敏度S(K)修正成CIE推薦的光譜三刺激值x(K)、y(K)、z(K)。用這樣的三個(gè)光探測器接收光刺激時(shí)，就能用一次積分測量出樣品的三刺激值X 、Y、Z。濾光片需滿足盧瑟條件，以精確匹配光探測器。在實(shí)際的濾色修正中,由于色玻璃的品種有限，儀器不可能完全符合盧瑟條件，只能近似符合。1.5 顏色測量的開展趨勢顏色測試儀器應(yīng)用行業(yè)較

26、廣，可應(yīng)用于國防、紡織印染、化裝品、造紙、油漆、塑料、交通、醫(yī)藥、汽車和家電等行業(yè)，市場前景十分廣闊。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，目視測色法因精度低，已根本被淘汰。目前顏色測量通常采用光電積分法和分光光度法。光電積分式測色儀器具有一定的測量精度，適用于只需要控制物體顏色(如快速質(zhì)檢、在線檢測)，測量精度要求不很高而又不需要配色的行業(yè)。分光光度法有光譜掃描法和光電攝譜法兩種，是目前科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的顏色測量方法。隨著光電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷開展，精確顏色測量目前已完全過渡到分光光度法。光電攝譜法是當(dāng)今國際上最先進(jìn)的測色方法，代表了顏色測量的開展方向。測色儀器的開展趨勢: 便攜化、小

27、型化、快速化和高精度化；與電腦結(jié)合擴(kuò)展測色儀器功能；顏色在線動態(tài)測試。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，虛擬測色儀器也是開展方向。第二章 顏色測量根本原理2.1 色度學(xué)根底色度學(xué)是本世紀(jì)開展起來的以物理光學(xué)、視覺生理學(xué)和視覺心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域?yàn)楦椎木C合性學(xué)科。它超出了通常意義下的物理學(xué)范圍，但又常常在物理學(xué)中介紹它。在科學(xué)研究、生產(chǎn)和生活中有許多現(xiàn)象往往和視覺聯(lián)系在一起，這些現(xiàn)象是物理過程和生理過程的一種混合。要完全理解這些現(xiàn)象，必須研究視覺這個(gè)領(lǐng)域，特別是色的視覺，即色度學(xué)所涉及的問題。 光與光源一、光的種類光的種類繁多，下面僅從顏色，頻率成分和發(fā)光方式等三方面將其分類。按顏色可分為彩色光和非變化光。非彩

28、色包適白色光、各種深淺不一樣的灰色光和黑色光；彩色光又可細(xì)分為紅光、綠光、黃光、.紅紫光等。按頻率成分可分為單色光和復(fù)合光。單色光是指具有一波長的色光或者所占波譜寬度小于5nm的色光；非單色光即分復(fù)合光。按頻率和顏色綜合考慮可分為譜色光Spectrum Color和非譜色光。譜色光主要是指波長從780nm到380nm，而顏色按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫順序排列的各種單色光；把兩個(gè)或者兩個(gè)以上的單色光混合所得，但又不能作為譜色出現(xiàn)在光譜上的色光稱為非譜色光。白光是非譜色光。單色光一定是譜色光，非譜色光一定是復(fù)合光，而復(fù)合光也可能是譜色光。例如，紅單色光和綠單色光合成的復(fù)合光為黃色，它屬于譜色光。

29、按發(fā)光方式可分為直射光，反射光和透射光。發(fā)光體光源直接發(fā)出的光稱為直射光；物體對光源發(fā)出的光，能夠進(jìn)行反射所形成的光稱為反射光；能進(jìn)行透射所形成的光稱為透射光。假設(shè)設(shè)光源的功率波譜為P ，物體反射或透射特性分別為 和 ，那么直射光、反射光和透射光的功率波譜將分別為P ，P 和P 。二、光的顏色無論是什么光，它的顏色都是取決于客觀與主觀兩方面的因素?？陀^因素是它的功率波譜分布。對光源的顏色，直接取決于它的功率譜P 和P 。因此物體的顏色不僅取決于它的反射特性 和透射特性 ，而且還與照射光源的功率譜有密切關(guān)系，關(guān)于這一點(diǎn)將在節(jié)中詳細(xì)舉例說明。因此，在色度學(xué)和彩色電視中，對標(biāo)準(zhǔn)光源的輻射功率波譜，必

30、要作出明確而嚴(yán)格的規(guī)定。主觀因素是人眼有視覺特性。不同的人對于同一功率譜P 的光的色感可能是不相同的。例如，對于用紅磚建造的房子，視覺正常的人看是紅色，而有紅色盲的人看是土黃色；同樣，他看綠草坪是黃色。由于周圍環(huán)境的影響，紅色盲患者會把他看到的“土黃色房子叫做“紅色房子；同樣，把他看到的“黃色草坪，叫做綠色草坪，并認(rèn)為他看到的“紅色與“綠色和正常人一樣。只通過一定檢驗(yàn)方法才能發(fā)現(xiàn)色盲患者的視覺缺陷。由此可見，光給人的顏色感覺與人眼的視覺特性有關(guān)。三、標(biāo)準(zhǔn)光源和色溫在色度學(xué)和電視技術(shù)中，常以白色作為一種標(biāo)準(zhǔn)，所以標(biāo)準(zhǔn)光源都是白光。常用的標(biāo)準(zhǔn)白光有五種，稱為A、B、C、D65和E光源。它們輻射的光

31、譜分布在圖2.12b中用幾條曲線表示。這種表示方法雖然精確，但是，對于使用感到非常不方便，于是人們想到了絕對黑體下面簡稱黑體。物理光學(xué)指出：在不同溫度下，黑體輻射電磁波的本領(lǐng)是不同的，它的輻射本領(lǐng)按波長分布的規(guī)律如圖2.1-2(a所示。由圖可見，黑體在不同溫度下的輻射光譜作為標(biāo)準(zhǔn)，讓各種光源的光譜分布與之比擬。當(dāng)光源的光譜與黑體某一溫度下的光譜相一致時(shí)，那么黑體的這一溫度稱為光源的色溫。當(dāng)光源的光譜只能與黑體某一溫度下的光譜相近似，而不能精確等效時(shí)，那么稱這一溫度為光源的相關(guān)色溫。由于黑體這個(gè)溫度與顏色有關(guān)，故名色溫。讀者注意，光源的色溫與光源本身的溫度是兩回事，通常兩者是不相同的。例如白熾燈

32、光源本身溫度為2800K，但其色溫是2845K。有了色溫和相關(guān)色溫的概念，表示光源的特性將非常方便。例如：A光源：色溫為2845K，相當(dāng)于白熾燈在2800K時(shí)輻射出的光。B光源：相關(guān)色溫為4800K，相當(dāng)于中午直射的日光。C光源：相關(guān)色溫為6700K，相當(dāng)于白天的自然光，它的藍(lán)色成分較多。D65光源：相關(guān)色溫為6500K，相當(dāng)于白天平均光照，近年來，常被用作彩色電視的標(biāo)準(zhǔn)光源。E光源：又稱為等能白光，即P 常數(shù)，它是一種假想而實(shí)際并不存在的光源，采用它純粹是為了簡化色度學(xué)中的計(jì)算，其相關(guān)色溫為550K。另外，在彩色電視、電影攝影棚和演播室中常采用新式鹵鎢燈，其相關(guān)色溫3200K，它是近代照明技

33、術(shù)中常采用的光源。顯象管屏幕上顯現(xiàn)的白光，有些色溫高達(dá)900011000K，此時(shí)白色已經(jīng)偏藍(lán)了。維恩Wien位移定律指出：當(dāng)絕對黑體的溫度增高時(shí)，最大的發(fā)射本領(lǐng)向短波方向移動,所以色溫較高的光源，其發(fā)出的輻射能較多地分布在波長較短的綠光和藍(lán)光之中；而色溫較低的光源，其輻射能較多地分布在波長較長的紅光中。因此，在上述幾種標(biāo)準(zhǔn)白光中，色溫較低者，偏紅；色溫較高時(shí)，偏藍(lán)。 顏色及其視覺理論一、顏色顏色可分為非彩色與彩色兩大類，顏色是非彩色與彩色的總稱。非彩色指白色，黑色與各種深淺不同的灰色。白色、灰色、黑色物體對光譜各波長的反射沒有選擇性，它們是中性色。彩色物體對光譜各波長反射具有選擇性所以它們在白

34、光照射下出現(xiàn)彩色。圖2.13畫出了幾種顏色物體的光譜反射率特性。白色物體反射系數(shù)近1，黑色物接近于0，灰色物體介于0與1之間。彩色物體的反射率是隨頻率變化的，其數(shù)值介于0至1之間。彩色是指白黑系列以外的各種顏色，顏色有三特性：亮度、色調(diào)和飽和度。亮度Luminance是指色光的明暗程度，它與色光所含的能量有關(guān)。對于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量光功率。對物體而言，物體各點(diǎn)的亮度正比于該點(diǎn)反射或透射色光的光通量大小。一般地說，照射光源功率越大，物體反射或透射的能力越強(qiáng)，那么物體越亮；反之，越暗。色調(diào)Hue:指顏色的類別，通常所說的紅色，綠色，藍(lán)色等，就是指色調(diào)。光源的色調(diào)由其光譜分布P

35、 決定；物體的色調(diào)由照射光源的光譜P 和物體本身反射特性 或者透射特性 決定，即取決P 或P 。例如藍(lán)布在日光照射下，只反射藍(lán)光而吸收其它成分。如果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日光照射下，只透射紅光，所以是紅色。飽和度Ssturation：是指色調(diào)深淺的程度。各種單色光飽和度最高，單色光中摻入的白光愈多，飽和度愈低，白光占絕大局部時(shí)，飽和度接近于零，白光的飽和度等于零。物體色調(diào)的飽和度決定于該物體外表反射光譜輻射的選擇性程度，物體對光譜某一較窄波段的反射率很高，而對其它波長的反射率很低或不反射，說明它有很高的光譜選擇性，物體這一顏色的飽和度就高。色調(diào)與飽和度合稱為色度

36、Chromaticity，它既說明彩色光的顏色類別，又說明顏色的深淺程度。色度再加上亮度，就能對顏色作完整的說明。非彩色只有亮度的差異，而沒有色調(diào)和飽和度這兩種特性。二、三色學(xué)說這種學(xué)說認(rèn)為人眼的錐狀細(xì)胞是由紅、綠、藍(lán)三種感光細(xì)胞組成的，它們有著各自獨(dú)立的相對視敏函數(shù)曲線，分別為Vr 、Vg 和Vb 。如果某色光的功率頻譜分布為P ，那么三種色敏細(xì)胞感受到光通量分別為FR、FG和FB大腦對該色光感覺到的亮度正比于它的總光通量FFRFGFB，大腦感覺該色光的色度色調(diào)和飽和度由FR、FG和FB分別相互比值來決定。所以，對于兩種不同功率頻譜分布的色光，只要它們的FR、FG和FB分別相同，對人眼來說，

37、感覺到的亮度是完全相同的，它們的對人眼的彩色視覺是完全等效的。如果它們的FR、FG和FB雖然不同，但是FR、RG和FB的相同互比值相同，那么它們對人眼來說，只是亮度感覺不同而色度感覺是完全相同的。由此可見，人眼的顏色感覺雖然取決于色光譜布，但是并不能從看到的顏色來測斷它們的光譜分布。也就是說，一定的光譜分布，對應(yīng)著一種唯確定的顏色；但是同一顏色，可以由不同的光譜分布所組成，這種現(xiàn)象稱為“同色異譜現(xiàn)象。彩色電視正是利用這一現(xiàn)象進(jìn)行顏色重現(xiàn)的。在顏色重現(xiàn)過程中，并非一定要求重現(xiàn)原景物輻射光的光譜成分，而重要的是應(yīng)獲得與原景物相同的彩色感覺。用什么方法才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)呢？下面討論的三基色原理與顏色混

38、配規(guī)律為此問題的解決提供理論依據(jù)方法。 三基色原理與混色規(guī)律一、混色規(guī)律不同顏色混合在一起，能產(chǎn)生新的顏色，這種方法稱為混色法。混色分為相加混色和相減混色。相加混色是各分色的光譜成分相加，彩色電視就是利用紅、綠、藍(lán)三基色相加產(chǎn)生各種不同的彩色。相減混色中存在光譜成分的相減，在彩色印刷、繪畫和電影中就是利用相減混色。它們采用了顏色料，白光照射在顏色料上后，光譜的某些局部使被吸收，而其他局部被反向或透射，從而表現(xiàn)出某種顏色。混合顏料時(shí)，每增加一種顏料，都要從白光中減去更多的光譜成分，因此，顏料混合過程稱為相減混色。1853年格拉斯曼H.Grasman教授總結(jié)也以下相加混色定律：1.補(bǔ)色律：自然界任

39、一顏色都有其補(bǔ)色，它與它的補(bǔ)色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。2.中間律：兩個(gè)非補(bǔ)色相混合，便產(chǎn)生中間色。其色調(diào)決定于兩個(gè)顏色的相對數(shù)量，其飽和度決定于二者在顏色順序上的遠(yuǎn)近。3.代替律：相似色混合仍相似，不管它們的光譜成分是否相同。4.亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之和。所示的顏色環(huán)，可以比擬直觀地表達(dá)各種顏色的混合規(guī)律。按順序把飽和度最高的譜色光和紫紅色圍成一個(gè)近似的圓環(huán)，每一顏色都在圓環(huán)上或環(huán)內(nèi)占有一確定位置。白色位于圓心，顏色飽和度愈低，愈靠近圓心。顏色環(huán)圓心對邊的任何兩種顏色都是互補(bǔ)色，按適當(dāng)比例混合是得到白色或灰色，例如，黃色與藍(lán)色，紅色與青色，綠色與品紅色。顏色

40、環(huán)上任何兩種非補(bǔ)色相混合，可產(chǎn)生中間色，它的位置在此兩色的連線上。中間色的色調(diào)決定于兩顏色的比例多少，并按重力中心定律偏向比重大的一色；中間色的飽和度決定于兩色在顏色環(huán)的距離，二者距離愈近，飽和度越大，反之越小。互補(bǔ)色在色環(huán)上的距離被認(rèn)為是最遠(yuǎn)。還可以利用如圖2.1-6所示的顏色三角形，簡便地記憶相加混色和相減混色的規(guī)律。相加混合紅青白 紅綠黃藍(lán)黃白 綠藍(lán)青綠品紅白 紅藍(lán)品紅紅綠藍(lán)白相減混合黃白藍(lán) 白藍(lán)綠紅青白紅 白藍(lán)紅綠品紅白綠 白綠紅藍(lán)白藍(lán)紅綠黑色 二、三基色原理三基色原理是指自然界常見的多數(shù)彩色都可以用三種相互獨(dú)立的基色按不同比例成，所謂獨(dú)立的三基色是指其中的任一色都不能由另外兩色合成。

41、三基色原理可用混色規(guī)律中的“中間律證明：先讓兩種基色按不同比例合成出所有中間色，然后讓第三基色與每一種中間色按不同比例再合成出所有中間色，這樣三基色按不同比例就能合成出如圖2.1-6所示的以三基色為頂點(diǎn)的三角形所包圍的各種顏色。三、相加混色的實(shí)現(xiàn)方法為了實(shí)現(xiàn)相加混色，除了將三種不同的基色，同時(shí)投射到某一全反射面產(chǎn)生相加混色外，還可以利用人眼的某些視覺特性實(shí)現(xiàn)相加混色。1. 時(shí)間混色法：將三種不同的基色以足夠快的速度輪流投射到某一平面，因?yàn)槿搜鄣囊曈X惰性，分辨不出三種基色，而只能看到它們的混合色。時(shí)間混色法是順序制彩色電視的根底。2.空間混色法：將三種基色分別投射到同一外表上相鄰的三點(diǎn)，只要這些

42、點(diǎn)足夠的近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨出這三種基色，而只能感覺到它們的混合色。空間事法是同時(shí)制彩色電視的根底。3.生理混色法：當(dāng)兩只眼睛同時(shí)分別觀看不同的顏色，也會產(chǎn)生混色效應(yīng)。例如，兩只眼睛分別戴上紅、綠濾波眼鏡，當(dāng)兩眼分別單獨(dú)觀看時(shí)，只能看到紅光或綠光；當(dāng)兩眼同時(shí)觀看時(shí)，正好是黃色，這就是生理混色法。 顏色的計(jì)量系統(tǒng)一、配色試驗(yàn)圖2.21所示的比色計(jì)中有兩塊互成直角的白板屏幕將觀察者的視場分為兩局部，它們對所有可見光譜幾乎全反射。將待配色光F投射到屏幕左邊，三種基色光投射于屏幕右邊，分別調(diào)節(jié)它們的強(qiáng)度，直到它們的混合光與待色光F的亮度完全一致為止。此時(shí)，整個(gè)視場將出現(xiàn)待配光的顏色。二

43、、三基色單位的選定進(jìn)行配色試驗(yàn)，必先選定三基色單位；根據(jù)不同三基色單位，可分為不同的計(jì)色制。在RGB計(jì)色制中，國際照明委員會CIE規(guī)定：把波長為700nm，光通量為1光瓦的紅光作為一個(gè)紅基色單位或稱單位量，用R表示；把波長為560nm，光通量為4.5907光瓦的綠光作為一個(gè)綠基色單位或稱單位量，用G表示；把波長為435.8nm，光通量為0.0601光瓦藍(lán)光作為一個(gè)藍(lán)基色單位，用B表示。比色計(jì)的讀數(shù)將按基色單位R、G、B進(jìn)行刻度，而不按輻射功率或者光通量刻度。紅、綠、藍(lán)基色波長的選擇，是采用汞弧光譜中經(jīng)濾波后的單一譜線作為觀標(biāo)準(zhǔn)的。它們?nèi)菀撰@得，色度穩(wěn)定而準(zhǔn)確，配出彩色也較多。光通量如此確定就是

44、使。此時(shí)，F(xiàn)E白的光通量等于5.6508光瓦。三、配色方程與色系數(shù)選定三基色單位后，就可以進(jìn)行配色試驗(yàn)。對于任意給定的彩色光F，如果三基色調(diào)節(jié)裝置中的讀數(shù)分別為R、G、B，就可以寫出配色方程FRR+GG+BB 2.2-2上式中等式的含義是“任何顏色可R、G、B按不同比例混合配出，式中R、G、B稱為三色系數(shù)，它們之間的比例關(guān)系決定了所配色光的色度，它們的大小決定了所配色光的光通量：在式2.22和式2.23中，F(xiàn)是代表具有亮度和色度的彩色光。F是代表彩色F的亮度，通常用光通量單位。由式2.21可推出因?yàn)樵谑?.21和式2.24中，兩組三色系數(shù)的比例都是1：1：1，所以色度不變，都應(yīng)配出等能白光E白

45、，只是后者的光通量是前者的倍。如果用相互垂直的三個(gè)坐標(biāo)軸分別表示三色系數(shù)R、G、B，那么任意一個(gè)彩色F就能用三維空中的一個(gè)彩色矢量表征，如圖2.22所示。四、分布色系數(shù)與混色曲線利用配色試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，常因人而異。因此，CIE推薦了一種國際通用的標(biāo)準(zhǔn)分布色系數(shù)數(shù)據(jù)，它是由很多正常視覺觀測者的觀測結(jié)果取平均所組成。所謂分布色系數(shù)是指輻射功率為1瓦注意，不是1光瓦波長為 的單色光所需要的三基色的單位數(shù)，分別用 QUOTE 、 QUOTE 和 QUOTE 表示。假設(shè)用 QUOTE 表示輻射功率恒定為1瓦，但波長 可改變的單色光，那么通過大量實(shí)驗(yàn)，CIE分別于1931年和1964年公布了兩組分布色系數(shù)的

46、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。1931年的數(shù)據(jù)適用于1 4 視場，1964年公布的數(shù)據(jù)適用于大于4 的視場，表21列出了1931年CI公布的局部數(shù)據(jù)。根據(jù)表21繪制出分布色系數(shù)曲線稱為混色曲線，如圖2.23所示。從圖2.23可見，每條曲線都有一段負(fù)值。其含義是：是可見光譜范圍內(nèi)，有些純度很高的物理學(xué)三基色直接相加得到，必須將帶負(fù)號的一個(gè)或二個(gè)基色搬到待配的單色光一邊，才能使比色計(jì)兩邊的彩色完全相同。假設(shè)某彩色的輻射功率譜 QUOTE ,求其三色系數(shù)時(shí)，可不必再進(jìn)行配色實(shí)驗(yàn)，而直接根據(jù)CIE提供的分布色系數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算求出：五、彩色的合成通過大量配色試驗(yàn)證明：合成彩色的三系數(shù)分別等于各混合彩色對應(yīng)色系數(shù)之和。根據(jù)上述規(guī)

47、律，可以不必進(jìn)行配色試驗(yàn)，而通過計(jì)算求出合成彩色。：兩個(gè)彩色光和的配色方程分別為求：，相混后的合成光依上述彩色光的相加規(guī)律有2.2-12a或者2.2-12b六、RGB色彩模式RGB色彩模式也翻譯為“紅綠藍(lán)，比擬少用是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過對紅(Red)、綠(Green)、藍(lán)(Blue)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的，RGB即是代表紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的顏色，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一。 RGB色彩模式使用RGB模型為圖像中每一個(gè)像素的RGB分量分配一個(gè)0255范圍內(nèi)的強(qiáng)度值。例如：純紅色R值為255，G值為0，

48、B值為0；灰色的R、G、B三個(gè)值相等除了0和255；白色的R、G、B都為255；黑色的R、G、B都為0。RGB圖像只使用三種顏色，就可以使它們按照不同的比例混合，在屏幕上重現(xiàn)16777216種顏色。在 RGB 模式下，每種 RGB 成分都可使用從 0黑色到 255白色的值。 例如，亮紅色使用 R 值 246、G 值 20 和 B 值 50。 當(dāng)所有三種成分值相等時(shí)，產(chǎn)生灰色陰影。 當(dāng)所有成分的值均為 255 時(shí)，結(jié)果是純白色；當(dāng)該值為 0 時(shí)，結(jié)果是純黑色。目前的顯示器大都是采用了RGB顏色標(biāo)準(zhǔn)，在顯示器上，是通過電子槍打在屏幕的紅、綠、藍(lán)三色發(fā)光極上來產(chǎn)生色彩的，目前的電腦一般都能顯示32位

49、顏色，約有一百萬種以上的顏色。 在led 領(lǐng)域 利用三合一點(diǎn)陣全彩技術(shù)， 即在一個(gè)發(fā)光單元里由RGB三色晶片組成全彩像素。 隨著這一技術(shù)的不斷成熟，led顯示技術(shù)會給人們帶來更加豐富真實(shí)的色彩感受。 RGB是從顏色發(fā)光的原理來設(shè)計(jì)定的，通俗點(diǎn)說它的顏色混合方式就好似有紅、綠、藍(lán)三盞燈，當(dāng)它們的光相互疊合的時(shí)候，色彩相混，而亮度卻等于兩者亮度之總和,越混合亮度越高，即加法混合。 有色光可被無色光沖淡并變亮。如藍(lán)色光與白光相遇，結(jié)果是產(chǎn)生更加明亮的淺藍(lán)色光。知道它的混合原理后，在軟件中設(shè)定顏色就容易理解了。紅、綠、藍(lán)三盞燈的疊加情況，中心三色最亮的疊加區(qū)為白色，加法混合的特點(diǎn)：越疊加越明亮。 紅、

50、綠、藍(lán)三個(gè)顏色通道每種色各分為255階亮度，在0時(shí)“燈最弱是關(guān)掉的，而在255時(shí)“燈最亮。當(dāng)三色數(shù)值相同時(shí)為無色彩的灰度色，而三色都為255時(shí)為最亮的白色，都為0時(shí)為黑色。RGB 顏色稱為加成色，因?yàn)槟ㄟ^將 R、G 和 B 添加在一起即所有光線反射回眼睛可產(chǎn)生白色。 加成色用于照明光、電視和計(jì)算機(jī)顯示器。 例如，顯示器通過紅色、綠色和藍(lán)色熒光粉發(fā)射光線產(chǎn)生顏色。絕大多數(shù)可視光譜都可表示為紅、綠、藍(lán) (RGB) 三色光在不同比例和強(qiáng)度上的混合。 這些顏色假設(shè)發(fā)生重疊，那么產(chǎn)生青、洋紅和黃。電腦屏幕上的所有顏色，都由紅色綠色藍(lán)色三種色光按照不同的比例混合而成的。一組紅色綠色藍(lán)色就是一個(gè)最小的顯示

51、單位。屏幕上的任何一個(gè)顏色都可以由一組RGB值來記錄和表達(dá)，因此這紅色綠色藍(lán)色又稱為三原色光，用英文表示就是R(red)、G(green)、B(blue)?？梢园裄GB想象為中國菜里面的糖、鹽、味精，任何一道菜都是用這三種調(diào)料混合的 。在制作不同的菜時(shí)，三者的比例也不相同，甚至可能是迥異的。因此不同的圖像中，RGB各個(gè)的成分也不盡相同，可能有的圖中R(紅色)成分多一些，有的B(藍(lán)色)成分多一些。做菜的時(shí)候，菜譜上會提示類似“糖3克、鹽1克等，來表示調(diào)料的多少，在電腦中，RGB的所謂“多少就是指亮度，并使用整數(shù)來表示。通常情況下，RGB各有256級亮度，用數(shù)字表示為從0、1、2.直到255。注意

52、雖然數(shù)字最高是255，但0也是數(shù)值之一，因此共256級。如同2000年到2021年共是11年一樣。按照計(jì)算，256級的RGB色彩總共能組合出約1678萬種色彩，即25625625616777216。通常也被簡稱為1600萬色或千萬色。也稱為24位色(2的24次方)。2.2 第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，本系統(tǒng)主要由顏色傳感器、光源、單片機(jī)和液晶顯示等局部組成。 3.2 顏色探測器檢測原理此顏色檢測過程：白光照射在被測物體外表上產(chǎn)生反射光，在反射光路中放置紅、綠、藍(lán)三塊濾色片，光感探測器將依次檢測透過三塊濾色片的光通量。在檢測前必須對系統(tǒng)進(jìn)行色平衡，即依次對白色卡、黑色卡進(jìn)行檢

53、測。標(biāo)準(zhǔn)白卡的光通量為標(biāo)準(zhǔn)黑卡的光通量為那么被測物體的光通量為即3.2.2 探測頭結(jié)構(gòu)如圖2所示,在顏色采集系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部,來自點(diǎn)光源(氙燈)的光線通過拋物面反射鏡形成平行光。平行光穿過一塊由半透明聚乙烯構(gòu)成的散射片,使光線變得均勻柔和。光線經(jīng)漫反射鏡形成漫反射進(jìn)入顏色傳感器光室。由于三原色的顏色傳感器分散分布在光室底部,為保證光線可以均勻照射在三原色顏色傳感器上,在光室中安裝了另一塊散射片以及一塊IR ( Infra Red)濾鏡(1mm Hoya CM500),以保證光線均勻分布在不同的顏色傳感器上。顏色傳感器光室內(nèi)部均勻染黑并密閉以保證其光密性,防止在顏色傳感器排列端漏光現(xiàn)象的發(fā)生,

54、并最大程度防止了內(nèi)部的光線反射,從而使光線以小散射角通過孔徑后最大程度照射在顏色傳感器上。顏色傳感器的光學(xué)系統(tǒng)另一重要組成局部是散熱片。一塊長0.16 cm由不規(guī)那么形狀鋁片構(gòu)成的散熱片被放置在顏色傳感器的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi),用來對反射鏡以及5 V整流器散熱。該散熱片中部采用圓孔狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 5 V整流器被安置于散熱片中心的原孔中,從而保證由5 V整流器產(chǎn)生的23W熱量及時(shí)被散出。3.3等精度頻率測量3.3.1 D觸發(fā)器原理觸發(fā)器它是一種時(shí)鐘控制的記憶器件，觸發(fā)器具有一個(gè)控制輸入訊號 (CLOCK)。CLOCK訊號使觸發(fā)器只在特定時(shí)刻才按輸入訊號改變輸出狀態(tài)。假設(shè)觸發(fā)器只在時(shí)鐘CLOCK由L到H (H

55、到L) 的轉(zhuǎn)換時(shí)刻才接收輸入，那么稱這種觸發(fā)器是上升沿 (下降沿) 觸發(fā)的。D觸發(fā)器是最常用的觸發(fā)器之一。對于上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器來說，其輸出Q只在CLOCK由L到H的轉(zhuǎn)換時(shí)刻才會跟隨輸入D的狀態(tài)而變化，其他時(shí)候Q那么維持不變。圖1顯示了上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的時(shí)序圖，表1那么是其真值表。3.3.2 定時(shí)計(jì)數(shù)器C8051F020 內(nèi)部有5 個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器：其中三個(gè)16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器與標(biāo)準(zhǔn)8051 中的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器兼容，還有兩個(gè)16 位自動重裝載定時(shí)器可用于ADC、SMBus、UART1 或作為通用定時(shí)器使用。這些計(jì)數(shù)器/定時(shí)器可以用于測量時(shí)間間隔，對外部事件計(jì)數(shù)或產(chǎn)生周期性的中斷請求。定時(shí)器

56、0 和定時(shí)器1 幾乎完全相同，有四種工作方式。定時(shí)器2 增加了一些定時(shí)器0 和定時(shí)器1 中所沒有的功能。定時(shí)器3 與定時(shí)器2 類似，但沒有捕捉或波特率發(fā)生器方式。定時(shí)器4 與定時(shí)器2 完全相同，可用作UART1 的波特率發(fā)生源。表格 SEQ 表格 * ARABIC 1定時(shí)器0 和定時(shí)器1定時(shí)器2定時(shí)器3定時(shí)器413 位計(jì)數(shù)/定時(shí)器自動重裝載的16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器自動重裝載的16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器自動重裝載的16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器帶捕捉的16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器帶捕捉的16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8 位自動重裝載的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器UART0 的波特率發(fā)生器UART1 的波特率發(fā)生器

57、兩個(gè)8 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器只限于定時(shí)器0當(dāng)工作在定時(shí)器方式時(shí)，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器存放器在每個(gè)時(shí)鐘滴答加1。時(shí)鐘滴答為系統(tǒng)時(shí)鐘除以1 或系統(tǒng)時(shí)鐘除以12，由CKCON 中的定時(shí)器時(shí)鐘選擇位T4M-T0M指定，如圖22.1所示。每滴答為12 個(gè)時(shí)鐘的選項(xiàng)提供了與標(biāo)準(zhǔn)8051 系列的兼容性。需要更快速定時(shí)器的應(yīng)用可以使用每滴答1 個(gè)時(shí)鐘的選項(xiàng)。當(dāng)作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，所選擇的引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器存放器加1。對事件計(jì)數(shù)的最大頻率可到達(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的四分之一。輸入信號不需要是周期性的，但在一個(gè)給定電平上的保持時(shí)間至少應(yīng)為兩個(gè)完整的系統(tǒng)時(shí)鐘周期，以保證該電平能夠被采樣。定時(shí)器0 和定時(shí)器1 被作為16

58、位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器使用。下面介紹對定時(shí)器0 的配置和操作。由于這兩個(gè)定時(shí)器在工作上完全相同，定時(shí)器1 的配置過程與定時(shí)器0 一樣。TH0 存放器保持13 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的8 個(gè)MSB。TL0 在TL0.4-TL0.0 位置保持5 個(gè)LSB。TL0 的高3 位是不確定的，在讀計(jì)數(shù)值時(shí)應(yīng)屏蔽掉或忽略這3 位。作為13 位定時(shí)器存放器，計(jì)到0 x1FFF全1后再計(jì)一次將發(fā)生溢出，使計(jì)數(shù)值回到0 x0000，此時(shí)定時(shí)器溢出標(biāo)志TF0TCON.5被置位并產(chǎn)生一個(gè)中斷如果被允許。C/T0 位TMOD.2選擇計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的時(shí)鐘源。去除C/T 將選擇系統(tǒng)時(shí)鐘作為定時(shí)器的輸入。當(dāng)C/T0 被設(shè)置為邏輯1 時(shí)

59、，出現(xiàn)在所選輸入引腳T0上的負(fù)跳變使定時(shí)器存放器加1。有關(guān)選擇和配置用于數(shù)字外設(shè)的外部I/O 引腳的詳細(xì)信息見“17.1 端口0 - 端口3 和優(yōu)先級交叉開關(guān)譯碼器。當(dāng)GATE0TMOD.3為0 或輸入信號/INT0 為邏輯1 時(shí)，置1TR0TCON.4位將允許定時(shí)器0 工作。設(shè)置GATE0 為邏輯1 允許定時(shí)器0 受外部輸入信號/INT0 的控制，便于脈沖寬度測量。置1TR0 位TCON.4并不復(fù)位定時(shí)器存放器。在允許定時(shí)器之前應(yīng)對定時(shí)器存放器賦初值。與上述的TL0 和TH0 一樣，TL1 和TH1 構(gòu)成定時(shí)器1 的13 位存放器。定時(shí)器1 的配置和控制方法與定時(shí)器0 一樣，使用TCON 和

60、TMOD 中的相應(yīng)位。 等精度頻率測量原理基于傳統(tǒng)測頻原理的頻率計(jì)的測量精度將隨被測信號頻率的變化而變化。傳統(tǒng)的直接測頻法其測量精度將隨被測信號頻率的降低而降低，測周法的測量精度將隨被測信號頻率的升高而降低，在實(shí)用中有較大的局限性，而等精度頻率計(jì)不但具有較高的測量精度，而且在整個(gè)頻率區(qū)域能保持恒定的測試精度。等精度頻率的測量原理圖1所示。頻率為fx的被測信號經(jīng)通道濾波、放大、整形后輸入到同步門控制電路和主門1閘門，晶體振蕩器的輸出信號作為標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)基信號輸入到主門2。被測信號在同步控制門的作用下，產(chǎn)生一個(gè)與被測信號同步的閘門信號，被測信號與標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)基信號在同步門控制信號的控制下。在同步門翻開