반사된 색상 측정의 정확도에 영향을 미치는 매개 변수
색상은 380-780 nm의 가시 파장의 빛이 사람의 눈과 상호 작용할 때 생성되는 감각입니다. 색상에 대한 우리의 인식은 물체에서 반사, 흡수 또는 방출되는 빛의 파장을 기반으로합니다. 빛의 반사는 반사 또는 확산 일 수 있습니다. 거울 또는 유리와 같은 매우 매끄러운 표면은 반사각이 입사각과 동일한 정반사를 나타냅니다. 거친 표면은 광범위한 반사를 통해 빛을 반사하는 확산 반사를 나타냅니다
우리가 물체에서 인식하는 색상은 주로 확산 반사입니다. 우리가 다소 광택이 있거나 광택이 있다고 생각되는 많은 표면은 정반사와 확산 반사의 혼합을 나타냅니다 (그림 1). 물체의 반사를 측정 할 때는 어떤 유형의 반사가 지배적이며 반사 된 빛의 일부 또는 전부를 수집해야하는지 고려하는 것이 중요합니다. 반사 된 색상 측정에 가장 적합한 각도를 선택하려면 샘플의 질감을 고려해야합니다.
Specular Reflection
Diffuse Reflection
그림 1. 표면이 매우 매끄러운 샘플은 정반사를 나타내지 만 광택이있는 샘플도 정반사와 확산 반사가 혼합되어 있습니다.
왜 분광계를 사용하여 색상을 측정할까?
분광기는 반사 색상을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 필터 기반 색도계보다 더 많은 정보와 유연성을 제공합니다. 단순 색도계는 측정을 위해 다이오드 또는 센서 픽셀과 함께 빨강, 녹색 및 파랑 필터를 사용합니다. 보다 고급 시스템은 CIE 색상 일치 기능을 모방 한 3 자극 필터를 사용합니다. 이러한 설정은 백열 광원에 적합하지만 LED의 정확도는 떨어집니다. 핸드 헬드 컬러 미터는 최대 20 개의 파장 대역을 측정 할 수 있지만 연구 또는 고 정확도 측정에는 충분하지 않습니다.
작은 색 변화를 감지하려면 매우 높은 색 해상도가 필요합니다. 전체 스펙트럼을 캡처함으로써 분광계로 색상 측정을 수행하여 데이터를 신중하고 상세하게 분석 할 수 있습니다. 필터를 기반으로 한 컬러 미터 및 분석기 또는 특정 대역에서의 감지는 스펙트럼 측정만큼 정확한 컬러 결정을위한 많은 정보를 제공하지 않습니다.
또한 일부 색상 분석기는 조명 조건에 따라 크게 달라지는데, 조명에 따라 물체가 다른 색상으로 나타나는 경향이 있기 때문입니다. 최적의 조명을 사용하면 반사 된 스펙트럼 전력 분포가 다른 경우에도 두 물체의 색상이 동일하게 나타날 수 있습니다. 그러나 조명이 바뀌면 색상이 크게 다르게 보일 수 있습니다. 따라서 일관된 결과를 얻으려면 조명 조건을 제어해야합니다.
분광계를 사용하여 색상을 측정 할 때는 전체 반사 또는 방출 스펙트럼이 모든 계산의 시작점입니다. 완전한 스펙트럼을 캡처하면 데이터를 다양한 방식으로 분석하고 나중에 다시 계산하여 관찰자, 광원 또는 색 공간을 변경할 수 있습니다. 다른 측정 방법으로는 사용할 수없는 유연성을 제공합니다.
색상에 대한 반사 측정을 어떻게 최적화 하나요?
색상 측정을 위해 분광계 설정을 최적화 할 때 고려해야 할 몇 가지 구성 요소가 있습니다.
광원 : 반사 된 색상의 광원은 사람의 눈이 빛을 감지하는 범위 인 380-780 nm의 우수한 출력을 가져야합니다. 텅스텐 할로겐 광원의 광범위하고 부드럽게 변화하는 출력은 잘 작동하며 다른 응용 분야에 경제적이고 다목적입니다. 이에 비해 크세논 광원은 울퉁불퉁 한 펄스 스펙트럼과 우수한 품질 측정을 위해 높은 평균화가 필요하기 때문에 색상에 적합하지 않습니다.
샘플링 광학 장치 : Vis-NIR 또는 UV-Vis 광섬유는 380-780 nm 사이에서 잘 전송되므로 색상 측정에 사용할 수 있습니다. UV-Vis 섬유는 ~ 400 nm 이하에서 약간 더 우수한 투과 특성을 가지므로, 시스템의 S : N을 단파장에서 개선해야하는 경우 유용 할 수 있습니다.
반사 프로브를 사용하는 경우 동일한 방향에서 프로브가 조명 및 감지되어 반사 된 빛의 일부 또는 물체의 색상 만 "감지"한다는 것을 기억하십시오. 이것은 대부분의 샘플에 적합하지만, 조명 각도 나 시야에 따라 색상이 변하는 무지개 빛깔의 샘플과 반사율이 높은 샘플을 측정 할 때는주의하십시오. 이것은 닦은 금속, 식물 종자 및 반사 표시 또는 재료와 같은 거친 표면에서 발생할 수 있습니다.
적분구는 모든 각도에서 빛을 비추고 모으기 때문에 이러한 샘플에 더 적합합니다. 적분 구는 볼록한 곡면을 보거나 구에 들어갈만큼 작은 물체의 색상을 측정하는 데에도 좋습니다. 포트 대 직경 비율이 낮은 통합 구를 사용하여 색상을 측정하면 특히 L * a * b * 스케일에서 가장 정확한 결과를 얻을 수 있습니다. (ISP-REF를 사용한 측정은 ~ 5 % 이상의 오류를 나타내는 경향이 있으므로 이것이 선호되는 통합 영역이 아닙니다.) 또한 반사광 (광택)이 색상에 포함되어야하는지 여부를 고려해야합니다. 측정. 콜리 메이팅 렌즈는 반사 된 컬러 측정을 할 때 입사각과 수집 각도를 커스터마이즈하기 위해 개별 파이버의 끝에서 사용될 수 있습니다.
콜리 메이팅 렌즈와 섬유를 사용하여 측정 한 색상 측정 값은 통합구를 사용하여 측정 한 값만큼 정확하지 않으므로 이 방법을 사용하기 전에 추가 고정 장치와 정렬이 정당한지 확인하십시오.
반사 색상 설정의 예가 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2. 다양한 옵션을 선택할 수 있지만 일반적인 반사 색상 측정 설정 범용 분광계, 백색 광원, 반사 프로브 또는 적분 구 및 반사 표준을 포함합니다.
분광계 구성 : 조명을 위해 텅스텐 할로겐 광원을 사용하여 색상을 측정하는 경우 분광계에서 250-800 nm를 커버하는 격자 # 2와 같은 UV-Vis 격자 사용을 고려하십시오. 격자 # 2는 사전 구성된 Vis-NIR 분광계 장치에 사용되는 Vis-NIR 격자 (350-850nm를 덮는 격자 # 3)보다 짧은 파장에서 피크입니다. 실리콘 검출기 및 텅스텐 광원과 결합 된 UV-Vis 격자는 파장에 따라 덜 변하는 스펙트럼 응답을 생성하여 중요한 380-780 nm 범위에서 S : N이 약간 향상됩니다. 색상 측정에 일반적으로 지정된 격자의 응답 특성을 더 잘 이해하려면 이러한 격자 응답 곡선을보십시오.
색상은 느리게 변화하는 스펙트럼 기능이므로 좋은 측정을 위해 높은 해상도가 필요하지 않습니다. ≤2.0 nm (FWHM)의 해상도로 충분합니다.
어떤 반사 표준을 사용해야합니까?
반사 표준은 참조 표준이 없으면 완전하지 않습니다. 반사율 측정은 반사광 스펙트럼과 입사광 스펙트럼의 비율입니다. 표면에 입사되는 모든 빛을 직접 수집 할 수있는 방법이 없기 때문에 반사율은 일반적으로 기준 표준에 따라 측정됩니다.
선택된 표준은 측정하는 동안 신호 레벨을 거의 동일하게 유지하여 최상의 신호 대 잡음비 (S : N)를 달성하기 위해 샘플과 반사율이 유사해야합니다. WS-1 확산 반사 표준은 무광 흰색이며 250-1500 nm에서> 98 % 반사 (및 2200 nm에서> 95 % 반사)하기 때문에 널리 사용됩니다. WS-1-SL은 밭이나 더러운 환경에서 작업 할 때 좋은 선택이 될 수 있습니다. 움푹 파인 곳이 있거나 얼룩이 묻어 있으면 매끄럽고 납작하게 씻을 수 있습니다.
STAN-SSH 고 반사 스펙 큘러 참조 표준은 매우 반짝이는 표면을 측정 할 때 가장 좋은 선택이지만 250-2500 nm 범위에서 85 %에서 98 %까지의 반사율이 다릅니다. 이는 비 통합 수정 기능을 사용하여 OceanView 소프트웨어에서 설명 할 수 있습니다. 보정을 적용하지 않으면 OceanView는 표준이 모든 파장에서 100 % 반사 된 것으로 가정하여 왜곡 된 데이터를 제공합니다.
다른 한편으로는 STAN-SSL의 낮은 반사율 반사 반사 표준은 박막 코팅, 반사 방지 코팅, 차단 필터 및 기판과 같은 낮은 반사 반사 값을 가진 표면에 가장 적합합니다. 200-2500 nm에서 반사율이 ~ 4.0 %에 불과합니다. 자매 회사 인 Labsphere에서 보정 된 "회색"표준 (다양한 중간 값의 확산 반사 표준)을 구입할 수도 있습니다.
비 통합 수정 기능을 사용하는 이유는 무엇인가요?
비유 니티 보정은 빛을 비추는 빛의 100 %를 반사하지 않는 반사 표준을 보정하는 OceanView 소프트웨어의 기능입니다. 기본 가정은 기준 표준이 전체 파장 범위에서 100 % 반사를 갖지만 표준에 부딪 치는 광자의 100 %를 반영하는 표준은 없다는 것입니다. 비 통일 수정없이 작업하는 것은 정성 비교 작업에는 적합하지만 가장 정확한 정량적 결과를 산출하지는 않습니다. 가장 정확한 결과를 얻으려면 비 통합 수정을 적용해야합니다.
주어진 반사 표준에 대한 실제 반사량을 알고 있다면이를 수정할 수 있습니다. 예를 들어, OceanView 설치 중에 STAN-SSH, STAN-SSL, WS-1 및 WS-1-SL 리플렉션 표준에 대한 표준 파일이 컴퓨터에 저장됩니다. 이러한 파일은 비유 니티 수정을 적용 할 때 사용할 수 있습니다.
최고로 어두운 측정은 어떻게 하나요?
반사 프로브 또는 적분 구로 어두운 측정을 할 때는 광원의 빛을 차단하는 것이 가장 좋습니다. 광원을 껐다가 다시 켜면 열 평형에서 광원을 제거하고 새로운 기준 측정이 필요합니다.
또 다른 옵션은 조명 된 프로브 또는 적분 구의 개구부를 어두운 공간으로 향하게하여 어두운 측정을 수행하여 빛이 다시 산란되지 않도록하는 것입니다. 이러한 방식으로 수행 된 배경 측정에는 산란 된 참조광이 포함되어 있기 때문에 더욱 정확합니다. 샘플 측정 값에 존재하므로 제대로 뺄 수 있습니다.
샘플링 옵틱이 검은 색 (종이 또는 커버 천과 같은)을 향하도록 충동에 저항하십시오. 모든 파장을 흡수하는 것으로 보이는 물체는 일반적으로 다른 것보다 일부 색상을 더 잘 반사합니다.
반사율과 색상
스펙트럼 반사율을 올바르게 측정하면 눈과 거의 동일한 정보를 얻을 수 있지만보다 객관적입니다. 반사 기법은 샘플의 색상을 측정하거나 정렬 또는 품질 관리를 위해 객체 간의 차이를 검사 할 수 있습니다. 샘플은 자동차 부품, 페인트, 커피 원두, 염색 된 머리카락 또는 도마뱀만큼 다양 할 수 있으므로 최상의 설정을 선택하기가 어렵습니다. 여기에서 설명했듯이 핵심은 시스템의 각 부분이 샘플을 측정하기 위해 어떻게 작동하는지 이해하는 것입니다. 트레이드 오프를 이해하면 최적의 시스템 구성이 쉬워집니다. 이를 도와 드리고 최상의 측정 결과를 얻는 방법에 대한 팁을 제공하고자 합니다.