كيف تقوم الكاميرات الفائقة الطيفية بقياس الألوان؟

في عصر اليوم من التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا ، فإن قياس الألوان له مكانة حيوية في العديد من المجالات ، من مراقبة جودة المنتجات ، والإبداع الفني إلى البحث العلمي.كجهاز بصري متقدم، الكاميرا الفائقة الطيفية تجلب حلاً جديداً وأكثر دقة وشمولاً لقياس اللون.

一المبدأ الأساسي للكاميرا الفائق الطيف

مبدأ عمل الكاميرات الفائقة الطيفية يعتمد على التقاط المعلومات الطيفية بدقةالذي يمكن أن تسجل فقط معلومات اللون من القنوات الثلاث من الأحمر، الخضراء والأزرق ، يمكن للكاميرات الفائقة الطيفية تقسيم الطيف إلى العديد من النطاقات الضيقة في نطاق طيفي واسع مثل الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة ، عادة ما يصل إلى مئات أو أكثر.مثلاً، يمكن أن تقسم النطاق الطيفي من 400-1000nm إلى نطاقات مع فترات صغيرة جدا، مثل 1nm أو فترات أصغر.خصائص امتصاص ونقل الجسم إلى أطوال موجة مختلفة من الضوء مختلفةمن خلال نظامها البصري الخاص و الكاشف، الكاميرا الفائقة الطيفية تجمع كثافة إشارة الضوء من كل شريط بدوره،بحيث بناء منحنى الانعكاس الطيفي للجسمهذا المنحنى يسجل بالتفصيل انعكاسية الأجسام في مختلف أطوال الموجات وهو مصدر البيانات الأساسية لقياس الألوان.

二عملية قياس الألوان المحددة

(1) المعايرة

المعايرة هي خطوة حاسمة قبل استخدام كاميرا فرط الطيف لقياس الألوان.الغرض من المعايرة هو إقامة مطابقت دقيقة بين البيانات الطيفية التي التقطتها الكاميرا وقيم اللون الحقيقيةغالباً ما تستخدم اللوحات البيضاء القياسية ذات الخصائص الطيفية المعروفة كمراجع للتعديل. اللوحات البيضاء القياسية لها انعكاس مستقر ومعروف بدقة في أطوال موجة مختلفة.الكاميرا الفائقة الطيفية تلتقط صور من اللوحة البيضاء القياسية، يسجل شدة الإشارة البصرية في كل نطاق، ويحسب وظيفة استجابة الكاميرا وفقًا للبيانات المعروفة عن انعكاس الطيف من اللوحة البيضاء القياسية،لتصحيح الانحراف الطيفي المحتمل، ضوضاء التيار المظلم وعوامل الخطأ الأخرى للكاميرا، وضمان دقة وموثوقية بيانات القياس اللاحقة.

(2) جمع الصور

بعد الانتهاء من المعايرة، يمكن الحصول على صورة الجسم المستهدف.يحصل على معلومات كثافة الضوء المنعكس من قبل نطاق الكائن بنطاق حسب نطاق النطاق الطيفي المحدد مسبقًا والقرارعلى سبيل المثال، لكل بكسل في الصورة، يتم تسجيل بيانات الضوء المنعكس عبر العديد من النطاقات الطيفية. إذا قامت الكاميرا بتقسيم النطاق الطيفي إلى 200 نطاق،ثم كل بكسل سيكون 200 قيمة انعكاس الطيفية المقابلةمعًا ، تشكل هذه البيانات مكعبًا للبيانات ثلاثي الأبعاد ، حيث يمثل المستوى ثنائي الأبعاد معلومات الموقع المكاني للصورة (إحداثيات x ، y) ،والبعد الثالث يمثل معلومات النطاق الطيفي (λ)بهذه الطريقة، الكاميرا الفائقة الطيفية لا تسجل فقط معلومات اللون والمظهر للجسم، ولكن أيضا يحتوي على معلومات خصائصه الطيفية،والتي توفر بيانات أكثر وفرة من الكاميرات التقليدية.

(3) معالجة البيانات وحساب الألوان

البيانات الطيفية الضخمة التي تم جمعها يجب أن تمر بمعالجة بيانات معقدة للحصول على نتائج قياس اللون النهائيةتصحيح تشويه الطيف والعمليات الأخرىبعد ذلك ، يتم حساب اللون وفقًا لنموذج ألوان محدد وخوارزمية. في مجال علوم الألوان ، فإن النماذج اللونية المستخدمة بشكل شائع هي CIE XYZ و CIELAB ، إلخ.أخذ نموذج لون CIELAB كمثال، وهو يمثل اللون كثلاثة قيم إحداثيات استنادا إلى خصائص إدراك العين البشرية للألوان: L يمثل الوضوح، a يمثل مكون درجة الأحمر الأخضر،و b * يمثل عنصر الدرجة الأصفر الأزرقمن خلال الجمع بين بيانات انعكاس الطيفية التي جمعتها الكاميرا الفائقة الطيفية مع توزيع الطاقة الطيفية لجسم الإضاءة القياسي (مثل مصدر الضوء القياسي D65) ،والتكامل وفقا لوظيفة مطابقة الألوان، يمكن حساب قيمة إحداثيات الكائن في مساحة ألوان CIELAB ، حتى يتم وصف سمة اللون للجسم بدقة. مثل عمق اللون والصوت والشبع. بالإضافة إلى ذلك,يمكن أيضاً حساب الفرق في اللون عن طريق مقارنة قيم إحداثيات اللون لأجسام مختلفة أو أجزاء مختلفة من نفس الكائن.الذي يستخدم لتقييم الاتساق أو درجة تغيير اللون.

三فوائد قياس ألوان الكاميرا الفائقة الطيف

(1) دقة عالية ووضوح عال

توفر الكاميرات الفائقة الطيفية دقة طيفية عالية للغاية، مما يسمح لها بتقاط الاختلافات اللونية الدقيقة للغاية في قياسات اللون. على سبيل المثال،في بعض الصناعات التي تتطلب دقة لون عالية جدا، مثل الطباعة المتطورة، إنتاج مستحضرات التجميل، الخ، يمكن أن تميز بدقة تغيرات اللون التي يصعب على العين البشرية اكتشافها،ضمان اتساق لون المنتج ومعايير الجودة العاليةتساعد نتائج قياسها عالية الدقة على تحسين مستوى مراقبة جودة المنتجات وتقليل معدل المنتجات المعيبة الناجمة عن انحراف اللون.

(2) معلومات طيفية غنية

بالإضافة إلى معلومات قيمة التحفيز الثلاثي للونمنحنى الانعكاس الطيفي الذي تم الحصول عليه بواسطة الكاميرا الفائقة الطيفية يحتوي على معلومات مفصلة عن الجسم على امتداد النطاق الطيفي المقياس بالكاملهذا له مزايا فريدة من نوعها لتحليل اللون لبعض المواد أو الأشياء الخاصة. على سبيل المثال في مجال استعادة الآثار الثقافية وحمايتها،عن طريق تحليل الخصائص الطيفية للصبغات على سطح الآثار الثقافيةفي مجال الزراعة ، يمكن أن نفهم تكوينها وعمر المعلومات ، والتي توفر أساسا هاما لعمل الترميم.يمكن مراقبة محتوى المواد الغذائية وأمراض الحشرات وآفات النباتات وفقًا للتغيرات في انعكاس الطيفي لأوراق النباتات، لأن خصائص امتصاص وانعكاس الأطوال الموجية المختلفة للضوء ستتغير في مراحل النمو المختلفة وحالات الصحة للنباتات.

(3) قياس بدون اتصال

لا تحتاج الكاميرات الفائقة الطيف إلى الاتصال المباشر مع الكائن الذي يتم قياسه، وهو أمر مهم في كثير من الحالات.الآثار الثقافية، العينات البيولوجية، وما إلى ذلك، والقياس دون اتصال يمكن أن تتجنب الضرر أو التلوث على الكائن. في نفس الوقت يمكن أن تحقق أيضا، والسرعة كبيرة مساحة قياس اللون،تحسين كفاءة القياسعلى سبيل المثال، في الكشف عن الألوان من لوحات الجدار على نطاق واسع، يمكن الحصول على معلومات اللون من الجدار بأكمله بسرعة،توفير دعم شامل للبيانات لعمل الحماية والترميم.

四اختبار تجريبي للكاميرا الفائقة الطيف في قياس الألوان

1الغرض التجريبي
اختبر قيمة المختبر من العينة أدناه

2قائمة أدوات الاختبار التجريبية

3المحتوى التجريبي

تم الحصول على منحنى الانعكاس عن طريق الكشف عن مسح الدفع الخارجي للكاميرا الفائقة الطيفية 400-1000nm
يتم عرض عملية القياس التجريبية في الشكل أدناه:

4الاستنتاج

تم استخدام الكاميرا الفائقة الطيفية FS-13 لالتقاط عينات العميل، وحصلت قيمة المختبر لكل عينة من تحليل الصورة الفائقة الطيفية،والتي يمكن استخدامها لتحل محل مقياس الفرق اللون، وكان استقرار الاختبار جيدًا ، وكان وضع أخذ العينة مرنًا ، ويمكن إجراء قياس متعدد النقاط لتحقيق الكشف التلقائي.