基于单片机的光色标测量系统

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1、基于单片机的光色标测量系统王占宁（西北大学物理系，西安，710069）摘要本文介绍MCS-51单片机在光色标测量系统的一种应用。该系统采用摄谱仪将光源分解为不同波长的单色光，通过线阵CCD测量各个波长的强度，利用单片机对数据进行处理和整个电路的控制。关键词单片机CCD色坐标StudyoftheTestingSystemofColorCoordinateBasedontheSingleChipMicroComputerWangZhanning(Dep.Ofphysics,Northwestuniv.,Xi’an710069)AbstractThispape

2、rintruducesoneofusesofthesinglechipmicrocomputerinthetestingsystemofcolorcoordinate.Inthetestingsystemthelightsourceisdividedintotheunicolorlightofvariouswavelengthbyspectrograph.ThemagnitudeofvariouswavelengthlightismeasuredbytheCCD.Thesinglechipmicrocomputertreatswiththedataand

3、thesinglechipmicrocomputerisusedtothecontrolofthewholecircuit.KeywordsSinglechipmicrocomputerChargecoupleddevicesColorcoordinate171前言色坐标是色度学的重要内容之一。色度学是研究人的颜色规律、颜色测量的理论与技术科学。这是一门本世纪发展起来的，以物理光学、视觉生理、心理物理等学科领域为基础的综合科学。彩色电视、彩色摄影和彩色印刷、染料和涂料、纺织、造纸、交通信号、照明技术等都涉及到颜色测量问题。在这些工业和技术部门中，颜色指标

4、是评定产品质量的重要一环。摄谱仪光源现有的色坐标测量一起大都是计算机数据采集卡模式，由于采用了计算机使整套设备体积大，费用高，耗电量大。光源本系统采用A/D转换器和单片机代替了上述数据采集卡和计算机，单片机A/D转换器CCD使得成本低，操作方便，只需按几下键盘即可。2色坐标原理⒉11931CIE-RGB表色系统及色坐标一般说来光源所发出的光都是由许多颜色的光按一定的比例组合而成的。在混色实验中发现，所有颜色的光都是可由某三种单色光按一定比例混合而成，这三种单色光中的任何一种都不能由其余两种混合产生。这三种单色光称为三原色。1931CIE规定RGB系统的三

5、原色为：红光（R）λR=700.0nm绿光（G）λG=546.1nm蓝光（B）λB=435.8nm在RGB系统中，以白光作为标准，三原色（R）、（G）、（B）的光通量按（R）：（G）：（B）=1lm：4.5907lm：0.0601lm的比例相加混色可得到能量（E）=5.6508lm白光。于是规定：（R）=1lm，（G17）=4.5907lm，（B）=0.0601lm为RGB系统三原色的单位量，简称基色量。任何一种颜色光F用数学表达式表示为：F=R（R）+G（G）+B（B）（1）R、G、B称为三刺激值。令r=g=b=（2）r、g、b表示了颜色光的色度，成为

6、色度坐标。⒉21931CIE-XYZ表色系统在1931CIE-XYZ表色系统中，由于用来标定光谱色的三刺激值R、G、B有时会出现负值，这给计算带来不便，也不易直观理解。因此提出了三个虚拟的三原色（X）、（Y）、（Z）并在此基础上建立了XYZ表色系统。三刺激值X、Y、Z与三刺激值R、G、B的关系如下：X=2.7689R+1.7517G+1.1302BY=1.0000R+4.5907G+0.0601BZ=0.0000R+0.0565G+5.5943B(3)在X、Y、Z系统中的色坐标为：x=y=z=(4)根据颜色相加原理17X=Y=Z=（5）由于光敏器件CCD

7、对不同波长的光存在光电转换差异，实验中需对待测灯的相对光谱分布做以校正，即待测灯的的相对光谱能量分布为：P（λ）=（6）在公式（5）中M（λ）为实验测得的待测灯在波长λ处的相对能量分布，M0（λ）为实验测得的标准灯在波长λ处的相对能量分布，P0（λ）为标准灯在波长λ处的能量分布。在公式（4）中，、、为配色函数。本实验采用XYZ表色系统。通过对M（λ），M0（λ）的测定，代入上述公式（6）、（5）即可求得待测色坐标。3系统结构设计放大打印机摄谱仪CCD驱动A/D单片机光源键盘17图1色坐标测量系统框图采用钨带灯作为标准光源，经过摄谱仪，被分解的光谱直接投射

8、到线阵CCD上，经CCD转换的电信号被放大后，经A/D转换送入单片机进行数据处理