芬兰SPECIM FX10c高光谱相机在工业检测中的应用---颜色测量

 

1、引言 

芬兰Specim高光谱相机在色彩测量准确度上优于人眼和RGB相机，对颜色的测量结果客观可靠，且重复性好。Specim高光谱相机可以采集目标物的反射光谱信息，并使用Lab颜色空间来分析光谱信息。 Lab颜色空间是一个三维颜色坐标系，其中：

L = 亮度，从黑色到白色a = 从青色到品红色/红色        b = 从蓝色到黄色

 

为了表示颜色感知精度，我们使用ΔE值，它用于描述LAB颜色空间中两点之间的差异，ΔE值越小，感知越准确。

测量仪器	颜色感知精度
RGB相机	ΔE= 8-10
人眼	ΔE=～1
高光谱相机	ΔE﹤1（绝对值）ΔE=～0.2（相对值）

 

为了演示说明Specim高光谱相机是如何用于颜色测量和分析的，我们测量了在烤箱中烘烤不同时长的面包的颜色。标准的烘烤时间为5-6分钟，短的烘烤时间为3分钟，烘烤时间依次增加1分钟。明显烤焦的面包（黑色）烘烤了8分钟。

 

2、实验测试

 

实验使用芬兰Specim FX10c高光谱相机，光谱范围为400-770nm。Specim FX10c是专为颜色测量而设计的一款高光谱相机。

♦  芬兰Specim FX10c高光谱相机

♦  Specim Labscanner 40x20

♦  卤素灯光源：DECOSTAR 51 ALU（型号）35W（额定功率） 12V（额定电压） 36deg （光束角度）GU5.3 lamps（灯座）

♦  工业PC和Lumo Recorder SW

 

3、数据分析

 

我们使用芬兰Specim公司的专有分析软件分析了样品的原始数据，并获得了表征面包外观颜色的Lab值。为使分析结果简单明了，我们仅呈现三个单独测量点的Lab值；当然，我们也可以获取图像的每个像素点的Lab值。下表列出了每个面包上三个不同测量点的Lab值。

烘烤时间	L值	a值	b值
烘烤3分钟	77.6 77.4 66.1	13.4 5.0 13.4	35.5 25.9 33.9
烘烤4分钟	55.6 74.4 55.3	21.3 15.6 21.7	32.3 40.3 28.9
烘烤5分钟	66.3 51.3 52.5	20.3 19.9 17.8	38.0 28.0 30.5
烘烤6分钟	59.9 48.2 58.4	22.6 19.8 20.3	31.7 18.7 29.0
烘烤7分钟	35.3 36.7 36.7	14.8 13.9 14.7	4.5 6.8 3.3
烘烤8分钟	29.9 30.0 24.8	11.9 10.7 7.5	1.4 0.7 2.6

 

 

从以上分析得出的数据我们能够明显的看到：

•   按照配方烘烤的面包，L值约为50-60。未烤熟的面包的L值明显较高（超过65），而烤焦的面包的L值明显较低，约为35。

•   未烤熟或烤焦面包的a值都较低（﹤16），佳的a值约为20-22。

•  除非面包被烤焦，否则b值几乎没有差异。若b值﹤10，面包被轻微的烤焦；若b值﹤4，则面包明显被烤焦了。

 

下图可以看到面包上每个测量点的具体情况：

	烘烤3分钟   未烤熟的面包的L值始终高于65，而b值略高于烤熟的面包。
	烘烤4分钟   有2个测量点的Lab值看起来与按配方烘烤的面包的Lab值接近。而第三个测量点(L:74.4  a:15.6  b:40.3)表明面包尚未烤熟：该点的Lab值接近未烤熟面包（烘烤3分钟）的Lab值。
	烘烤5分钟   此面包的烘烤时间是在配方要求的时间之内。三个测量点的L值均没有超过70，而a值高于烤焦和未烤熟面包的a值，b值大约为30。
	烘烤6分钟   虽然此面包的烘烤时间在佳烘烤时间之内，但其中一个测量点（L:28.2  a:19.8   b:18.7）的值低于烘烤了5分钟的面包。这表明该面包的烘烤时间应该接近5分钟，而不是6分钟，即使有两个测量点的Lab值符合按配方要求烘烤的面包颜色。   这表明，为了确保整个面包烘烤均匀，有必要测量尽可能多的点。
	烘烤7分钟   在视觉检测中，此面包的烘烤时间略微过长，但还可以食用。   所有测量的Lab值都更接近烤焦的面包（烘烤8分钟），这表明此面包不符合我们的质量标准。
	烘烤8分钟   此面包明显被烤焦，每个测量点的Lab值都低于我们测量过的其他面包。

 

芬兰Specim高光谱相机不仅适用于食品的颜色测量，还可以检测食品中的异物、检测糖分或水分的含量、检测填充物是否均匀分布等。在线检测过程快速、可靠，可显著提高食品质量和安全性。