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，最短的烘烤时间为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），最佳的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最佳烘烤时间之内，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。
