1 引 言
颜色作为评价棉花质量的指标之一已有二百多年历史了，当然，这主要是通过分级员的眼睛来确定的。但是，人眼只能比较测量两个颜色的差别，而不能对颜色进行绝对测量，因此目视测量中往往包含着一些人为的因素。此外，颜色的外貌还与照明光源有关，当外界照明光源发生变化时，颜色的外貌也随着改变。为了研究棉花色泽的分级问题，实际上需要研制一种专用的色度测量仪器。
根据我国尚无棉花色泽测量仪器的状况，我们研制了一台由单片机控制的棉花色泽测量仪，不仅为棉花色泽分级提供了依据，而且为今后我国研制棉花色泽仪标准机提供了可行性方案。
2 棉花色泽的测量原理
物体的颜色，如果用色度学的术语来描述时，可用三个基本参数表示它的特性，即明度、色调和饱和度。以这三个参数为三个坐标轴，可以把现实存在的颜色包含在一个球形的颜色立体中，棉花的色泽也不例外。根据CIE(国际照明委员会)1931年色度系统可以求得棉花样品的X、Y、Z三刺激值：
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其中Pe(λ)为照明物体的光源相对光谱功率分布，ρ(λ)为物体的光谱反射比，K为比例常数，(λ)、(λ)、(λ)为CIE1931XYZ系统标准色度观察者光谱三刺激值。
根据CIE1931色度系统，只要测量出物体的光谱反射比ρ(λ)，并测量出照明光源的相对光谱功率分布，物体的颜色即可由(1)式求得。为使国际颜色测量标准化，国际照明委员会还规定了几种标准照明光源，对于棉花色泽测量，一般采用标准C光源。
由于人眼对颜色亮度和饱和度分级不存在线性关系，在色度学研究中提出了很多颜色空间，Hunter系统是其中之一。Hunter系统中的Rdab与CIE1931色度系统存在着下列关系式：
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于是，应用CIE1931系统测量出物体的X、Y、Z三刺激值，就可以计算出物体的Rd、a、b参数。
如果用Hunter系统表示棉花的颜色特性，则Rd、a、b参数即为棉花测量的绝对值。根据大量的统计结果表明，棉花的色泽变化主要是在Rd和b平面上，因此可用Rd和b值来代表棉花色泽的特性。
3 仪器的结构设计
3.1 工作原理
要正确测量物体颜色，除了规定标准色度观察者和标准光源以外，尚需规定正确的测量几何条件，对棉花色泽测量来说可采用45/0照明和测量几何条件。下面给出棉花色泽测量仪的框图，见图1。
利用一种特殊的色修正方法研制两个光谱响应特性与(λ)和(λ)相似的光电探测器，它们能对棉花的反射光进行一次积分测量获得反射光的Y刺激值和Z刺激值。测
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量系统的工作原理如下：对称的光源1，2(为标准C光源)以45°方向照明棉花样品，由棉花表面漫反射的光在0°方向被Y和Z探测器接收(符合45/0测量几何条件)，输出的光电信号被放大，再由单片机组成的测量系统对信号进行处理，输出Rd和b参数，由显示器显示结果参数。
3.2 硬件设计
测量系统由单片微机(从MCS-51系列中的8031为核心)，数据采集接口，再配上键盘和数字显示等部分组成，如果需要，还可以配上打印机，这样就构成了一个智能化的光电设备的测量系统。系统结构见图2。
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系统工作时，由8031主电脑控制数据采集接口的逻辑电路，将探测器的两路光电信号通过多路开关依次取出，由于两路信号输出强度不同，故需将信号经放大器进行规范，再经A/D转换电路将模拟量转换成二进制的数字量，读入内存，并对数据进行运算分析，判断后再显示测量值。
3.3 软件设计
测量软件主要由四大部分组成：(1)仪器读标准样品数据；(2)检测光源的工作情况；(3)仪器自校；(4)检测棉样。软件全部用汇编语言编写，编译成机器语言，固化在EPROM中。软件中编制的系统自校和光源检测程序，是为了提高系统的可靠度，保证系统的正常工作。整个系统的软件框图见图3所示。
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4 结 束 语
该仪器为便携式，体积小，重量轻，使用方便，可由使用人员携带巡回检测或集中检测。色泽仪还配有一套标准瓷板，供仪器自校定标，提高仪器的测量精度。该仪器用已知标准板检验，表明仪器的检测精度为：ΔRd≤±0.2%，Δb≤±0.2。这样不仅大大提高了检测精度，而且检测速度也很快，适用于大批量的棉样测量。
