实验演示 | 工业高光谱相机如何进行颜色的测量与分析？

芬兰SPECIM工业高光谱相机在颜色测量的准确度上优于人眼和RGB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。

为了演示说明SPECIM FX工业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。

1、 实验测试

实验环境：芬兰SPECIM FX10c高光谱相机（光谱范围400-770nm）；SPECIM Lab scanner 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。

2、 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。下表中列出了每个面包上三个不同测量点的Lab值。

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），适的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适烘烤时间之内，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，且适用于精美印刷品的色差检测，在汽车车身的颜色测量上也有应用案例。另外，针对食品，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。