一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法与流程

1.本发明一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，属于迷彩伪装设计技术领域。
技术背景
2.迷彩伪装主要是指将伪装涂料或其它材料涂覆于装备表面，用于改变装备表面波谱特性，达到降低目标显著性或歪曲、分割目标外形轮廓的目的，主要用于对抗可见光近红外波段观察、照相以及多光谱成像侦察和制导攻击等。迷彩设计原理在于使一部分斑点的颜色、亮度等与背景相融合，成为背景的一部分。
3.目前大多数迷彩涂料仅能做到可见光波段的颜色与背景颜色一致。但新一代的迷彩涂料必须满足反射光谱一致性要求，达到“同色同谱”的性能指标。伪装涂料配方的设计方法有人工试验法和计算机设计法。人工试验法是一种传统调色手段，该方法很大程度上依赖于个人经验，往往要经过上百次的调试才能得出相近颜色的配方，且容易出现“同色异谱”的现象。迷彩涂料对颜色的要求非常严格，在不同的光照条件或多频谱观测下，漆膜和背景都必须具有非常相近的反射光谱特性。因此不仅要求漆膜颜色与背景环境相一致，而且对它们在可见、近红外波段的反射光谱相似性也有相应的严格要求。随着同色同谱涂料对调色的需求急剧增长，精度要求越来越高，人工调色由于效率低和精度差等问题已不能满足需求，计算机配色系统应运而生。我们可以采用目前已有的无机、有机颜料体系，通过全光谱模拟配色的技术手段，实现所配颜色与背景颜色达到“同色同谱”的效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提出一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，以便提高配色效率，所配颜色达到同色同谱精度需求。
5.本发明的技术方案是：
6.一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.(一)基础颜料数据库建立
8.以基准色浆与其他颜料色浆按照不同配比进行混合，得到几种不同浓度的混和色样，测量这些混合色样的光学参数和光谱数据作为基础颜料数据库中该颜料的基础数据；
9.基础数据库建立步骤如下：
10.(1)色样配置；
11.(2)采用紫外可见光分光光度计测量各组混合色样的反射光谱ri，其中r代表反射光谱，i代表颜料种类，ri代表不同颜料的反射光谱；
12.(3)建立各颜料光谱数据库；
13.基于kubelka-munk原理，对于基准色样、任意色样以及混合色样，在某一波长下的散射系数关系表达式如公式(1)所示：
14.15.其中s0为标准色样的散射系数，si为任意色样的散射系数，sm为混合色样的散射系数，数，λ为波长，r为反射率，s为散射系数，k为吸收系数，c0为标准色样的浓度，ci为任意色浆i的浓度，这样即可得任意色浆i当浓度为m时在某一波长下的散射系数si；并建立数据组(i，m，λ，ri，φi，si，ki)；
16.(二)双参数计算模型建立
17.基于kubelka-munk原理进行计算，用颜料本身的散射系数s和吸收系数k两个参数来说明涂层光学特性；入射光进入颜料涂层时，颜料涂层将发生光散射和光吸收；不同颜料混合后，如果各颜料间不起化学作用，则混合物的吸收和散射系数符合颜料光学叠加原理，即混合物的吸收和散射系数为构成该混合物的各颜料的吸收和散射系数的线性和；
18.混合颜料的光谱反射率与该混合颜料的组成比例之间的换算关系式如公式(2)所示：
[0019][0020]
其中k和s为n种颜料按以上比例混合后在某波长下的光吸收系数和散射系数，c1、c2...cn为n种颜料的混合比例，kn和sn是第n种颜料的吸收系数和散射系数，r为反射率；
[0021]
(三)全光谱配色模型建立
[0022]
物体的颜色取决于其反射光谱，通过计算机模拟使配出色样的反射光谱与标准样的反射光谱一致，则两者颜色一定相同，达到同色同谱性能。即在波长为λ时，有：允许标样的r
λs
与配样的r
λm
之间存在一定的差值δr
λ
，如果能使该差值最小，且该差值在可接受的范围内，则配样符合要求。配样和标样光谱反射率差异关系如公式(3)所示：
[0023][0024]
其中，为标样的反射率，为配样的反射率；
[0025]
基于kubelka-munk原理，配样和标样光谱反射率差异关系如公式(4)所示：
[0026][0027]
其中，c1...cn为n种颜料的混合比例；
[0028]
用a
λ
表示与ci无关的常数，用b
λi
表示与ci有关的系数，标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的关系变为线性关系如公式(5)所示：
[0029]
δr
λ
＝a
λ
c1b
λ1
c2b
λ2

…
c
nbλn
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0030]
其中，
[0031]
(四)对偶单纯行法求解
[0032]
以步长δλ将全光谱进行分割，得到n组波长下的光谱反射率差异δrn＝an c1b
n1
c2b
n2

…
c
ibni
，即公式(6)，即可转化为线性规划求解最优值问题；
[0033]
利用对偶单纯行法，进行迭代计算，求解最优值，可满足δr最小，即可得到配样的配方；
[0034]
光谱反射率差异最小化方程组如下：
[0035][0036]
其中，a
λ
表示与ci无关的常数，b
λi
表示与ci有关的系数，c代表颜料浓度，i代表颜料种类，ci代表不同颜料的浓度，最终得到最优的颜料配比c1...ci，再加上归一化方程：c1 c2
…
cn＝1。
[0037]
步骤(一)中基础颜料数据库建立时，可根据配色需要建立多种颜料的光学基础数据，以保证配色的准确性。在配色计算时，采用线性内插法可算出某任意颜料在任意浓度下的散射系数和吸收系数；
[0038]
步骤(一)中第(3)步中采用的基础颜料为二氧化钛色浆，可直接令s0＝1，这样就可以得到任意色浆的散射系数si，未知量si/s
λs
即变为可测量，其中的存在相当于对各散射系数同除以一个系数，并不影响最终求解得到的各颜料混合比例；
[0039]
步骤(三)标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的线性关系式中s
1λ
/s
λs
、...s
nλ
/s
λs
为未知量，这些未知量的计算通过基础颜料数据库的建立来实现；
[0040]
步骤(四)对偶单纯行法求解方程组解时，可以将回代入b
λi
，增加求解精度。
[0041]
以白色浆作为基准色浆。
[0042]
以二氧化钛色浆作为基准色浆。
[0043]
按照下表对基准色浆和其他颜料色浆进行色样配置：
[0044][0045]
本发明的优点是：
[0046]
1.本发明采用计算机辅助的配色方法，相对于人工配色方法，该方法不过渡依赖于个人经验，配色精确、效率高，且所配颜色与目标颜色具有同色同谱的特点。
[0047]
2.本发明采用双参数计算模型和全光谱配色模型，所配颜色与目标颜色具有同色同谱特性，二者光谱相似度达到0.8以上，色差小于2。
[0048]
3.本发明提出的一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，所配颜色与目标颜色具有高度一致性，可为各类环境的迷彩设计提供参考借鉴，也适用于军事目标在多种不同地形背景下的伪装图案设计。
附图说明
[0049]
图1为本发明中一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法的流程框图；
[0050]
图2为本发明实施例中中绿色背景颜色和涂料颜色发射光谱数据图；
具体实施方式
[0051]
下面结合附图对本发明进行进一步详细的说明。
[0052]
一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，包括如下步骤：
[0053]
(一)基础颜料数据库建立
[0054]
以基准色浆与其他颜料色浆按照不同配比进行混合，得到几种不同浓度的混和色样，测量这些混合色样的光学参数和光谱数据作为基础颜料数据库中该颜料的基础数据；
[0055]
基础数据库建立步骤如下：
[0056]
(1)色样配置；
[0057]
(2)采用紫外可见光分光光度计测量各组混合色样的反射光谱ri，其中r代表反射光谱，i代表颜料种类，ri代表不同颜料的反射光谱；
[0058]
(3)建立各颜料光谱数据库；
[0059]
基于kubelka-munk原理，对于基准色样、任意色样以及混合色样，在某一波长下的散射系数关系表达式如公式(1)所示：
[0060][0061]
其中s0为标准色样的散射系数，si为任意色样的散射系数，sm为混合色样的散射系数，数，λ为波长，r为反射率，s为散射系数，k为吸收系数，c0为标准色样的浓度，ci为任意色浆i的浓度，这样即可得任意色浆i当浓度为m时在某一波长下的散射系数si；并建立数据组(i，m，λ，ri，φi，si，ki)；
[0062]
(二)双参数计算模型建立
[0063]
基于kubelka-munk原理进行计算，用颜料本身的散射系数s和吸收系数k两个参数来说明涂层光学特性；入射光进入颜料涂层时，颜料涂层将发生光散射和光吸收；不同颜料混合后，如果各颜料间不起化学作用，则混合物的吸收和散射系数符合颜料光学叠加原理，即混合物的吸收和散射系数为构成该混合物的各颜料的吸收和散射系数的线性和；
[0064]
混合颜料的光谱反射率与该混合颜料的组成比例之间的换算关系式如公式(2)所示：
[0065][0066]
其中k和s为n种颜料按以上比例混合后在某波长下的光吸收系数和散射系数，c1、c2...cn为n种颜料的混合比例，kn和sn是第n种颜料的吸收系数和散射系数，r为反射率；
[0067]
(三)全光谱配色模型建立
[0068]
物体的颜色取决于其反射光谱，通过计算机模拟使配出色样的反射光谱与标准样的反射光谱一致，则两者颜色一定相同，达到同色同谱性能。即在波长为λ时，有：允许标样的r
λs
与配样的r
λm
之间存在一定的差值δr
λ
，如果能使该差值最小，且该差值在可接受的范围内，则配样符合要求。配样和标样光谱反射率差异关系如公式(3)所示：
[0069][0070][0071]
其中，为标样的反射率，为配样的反射率；
[0072]
基于kubelka-munk原理，配样和标样光谱反射率差异关系如公式(4)所示：
[0073][0074]
其中，c1...cn为n种颜料的混合比例；
[0075]
用a
λ
表示与ci无关的常数，用b
λi
表示与ci有关的系数，标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的关系变为线性关系如公式(5)所示：
[0076]
δr
λ
＝a
λ
c1b
λ1
c2b
λ2

…
c
nbλn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0077]
其中，
[0078]
(四)对偶单纯行法求解
[0079]
以步长δλ将全光谱进行分割，得到n组波长下的光谱反射率差异δrn＝an c1b
n1
c2b
n2

…
c
ibni
，即公式(6)，即可转化为线性规划求解最优值问题；
[0080]
利用对偶单纯行法，进行迭代计算，求解最优值，可满足δr最小，即可得到配样的配方；
[0081]
光谱反射率差异最小化方程组如下：
[0082][0083]
其中，a
λ
表示与ci无关的常数，b
λi
表示与ci有关的系数，c代表颜料浓度，i代表颜料种类，ci代表不同颜料的浓度，最终得到最优的颜料配比c1...ci，再加上归一化方程：c1 c2
…
cn＝1。
[0084]
步骤(一)中基础颜料数据库建立时，可根据配色需要建立多种颜料的光学基础数据，以保证配色的准确性。在配色计算时，采用线性内插法可算出某任意颜料在任意浓度下的散射系数和吸收系数；
[0085]
步骤(一)中第(3)步中采用的基础颜料为二氧化钛色浆，可直接令s0＝1，这样就可以得到任意色浆的散射系数si，未知量si/s
λs
即变为可测量，其中的存在相当于对各散射系数同除以一个系数，并不影响最终求解得到的各颜料混合比例；
[0086]
步骤(三)标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的线性关系式中s
1λ
/s
λs
、...s
nλ
/s
λs
为未知量，这些未知量的计算通过基础颜料数据库的建立来实现；
[0087]
步骤(四)对偶单纯行法求解方程组解时，可以将回代入b
λi
，增加求解精度。
[0088]
以白色浆作为基准色浆。
[0089]
以二氧化钛色浆作为基准色浆。
[0090]
按照下表对基准色浆和其他颜料色浆进行色样配置：
[0091][0092][0093]
一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0094]
s01.基础颜料数据库建立；
[0095]
以二氧化钛色浆(白色浆)作为基准色浆，某任意颜料色浆与白色浆以不同配比混合，得到几档浓度下的混和色样，测量这些混合色样的光学参数和光谱数据作为基础颜料数据库中该颜料的基础数据。
[0096]
基础数据库建立步骤如下：
[0097]
s01.1色样配置；
[0098]
按照表1所示的混色色样质量配比，配置色样。
[0099]
表1基础数据库用混色色样质量配比
[0100][0101]
s01.2采用紫外可见光分光光度计测量各组混合色样的反射光谱ri；
[0102]
s01.3建立各颜料光谱数据库；
[0103]
对于基准色样、任意色样以及混合色样在某一波长下分别有如下表达式：
[0104]
基于kubelka-munk原理，对于基准色样、任意色样以及混合色样，散射系数关系表达式如下：
[0105][0106]
s0为标准色样的散射系数；
[0107]
si为任意色样的散射系数；
[0108]
sm为混合色样的散射系数；
[0109][0110][0111][0112]
λ为波长，r为反射率，s为散射系数，k为吸收系数，c为浓度；
[0113]
这样即可得任意色浆i当浓度为m时在某一波长下的散射系数si。建立数据组(i，m，λ，ri，φi，si，ki)；
[0114]
s02.双参数计算模型建立；
[0115]
基于kubelka-munk原理进行计算，用颜料本身的散射系数s和吸收系数k两个参数来说明涂层光学特性。入射光进入颜料涂层时，颜料涂层将发生光散射和光吸收。不同颜料混合后，如果各颜料间不起化学作用，则混合物的吸收和散射系数符合颜料光学叠加原理，即混合物的吸收和散射系数为构成该混合物的各颜料的吸收和散射系数的线性和；
[0116]
混合颜料的光谱反射率与该混合颜料的组成比例之间的换算关系式如下：
[0117][0118]
其中k和s为n种颜料按以上比例混合后在某波长下的光吸收系数和散射系数；c1、c2...cn为n种颜料的混合比例；kn和sn是第n种颜料的吸收系数和散射系数；
[0119]
s03.全光谱配色模型建立；
[0120]
物体的颜色取决于其反射光谱，通过计算机模拟使配出色样的反射光谱与标准样的反射光谱一致，则两者颜色一定相同，达到同色同谱性能。即在波长为λ时，有：允许标样的r
λs
与配样的r
λm
之间存在一定的差值δr
λ
，如果能使该差值最小，且该差值在可接受的范围内，则配样符合要求。配样和标样光谱反射率差异关系式如下：
[0121][0122]
为标样的反射率，为配样的反射率；
[0123]
基于kubelka-munk原理，配样和标样光谱反射率差异关系式为：
[0124][0125][0126]
上式中c1...cn为n种颜料的混合比例。如果用a
λ
表示与ci无关的常数，用b
λi
表示与ci有关的系数，标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的关系变为线性关系如下：
[0127]
δr
λ
＝a
λ
c1b
λ1
c2b
λ2

…
c
nbλn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0128][0129]
对于不同的波长，可得不同的线性方程组。再加上归一化方程：
[0130]
c1 c2
…
cn＝1；
[0131]
s04.对偶单纯行法求解；
[0132]
以步长δλ将全光谱进行分割，得到n组波长下的光谱反射率差异δrn＝an c1b
n1
c2b
n2

…
c
ibni
，即式(6)中n组方程。即可转化为线性规划求解最优值问题；
[0133]
利用对偶单纯行法，进行迭代计算，求解最优值，可满足δr最小，即可得到配样的配方；
[0134]
光谱反射率差异最小化方程组如下：
[0135][0136]
得到最优的颜料配比c1...ci；
[0137]
进一步的：步骤s01基础颜料数据库建立时，可根据配色需要建立多种颜料的光学基础数据，以保证配色的准确性。在配色计算时，采用线性内插法可算出某任意颜料在任意浓度下的散射系数和吸收系数；
[0138]
进一步的：步骤s01.3中采用的基础颜料为二氧化钛色浆，可直接令s0＝1，这样就可以得到任意色浆的散射系数si中，未知量si/s
λs
即变为可测量，其中的存在相当于对各散射系数同除以一个系数，并不影响最终求解得到的各颜料混合比例；
[0139]
进一步的：步骤s03标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的线性关系式中s
1λ
/s
λs
、...s
nλ
/s
λs
为未知量，这些未知量的计算通过基础颜料数据库的建立来实现；
[0140]
进一步的：步骤s04对偶单纯行法求解方程组解时，可以将回代入b
λi
，增加求解精度。
[0141]
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0142]
一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，包括如下步骤：
[0143]
s01.基础颜料数据库建立；
[0144]
以二氧化钛色浆(白色浆)作为基准色浆，某任意颜料色浆与白色浆以不同配比混合，得到几档浓度下的混和色样，测量这些混合色样的光学参数和光谱数据作为基础颜料数据库中该颜料的基础数据。选用炭黑、酞氰蓝、永固黄、耐晒红颜料。
[0145]
基础数据库建立步骤如下：
[0146]
s01.1色样配置；
[0147]
按照表2所示的混色色样质量配比，配置色样。
[0148]
表2基础数据库用混色色样质量配比
[0149][0150]
s01.2采用紫外可见光分光光度计测量各组混合色样的反射光谱ri；
[0151]
s01.3建立各颜料光谱数据库；
[0152]
对于基准色样、任意色样以及混合色样在某一波长下分别有如下表达式：
[0153]
基于kubelka-munk原理，对于基准色样、任意色样以及混合色样，散射系数关系表
达式如下：
[0154][0155]
s0为标准色样的散射系数；
[0156]
si为任意色样的散射系数；
[0157]
sm为混合色样的散射系数；
[0158][0159][0160][0161]
λ为波长，r为反射率，s为散射系数，k为吸收系数，c为浓度；
[0162]
这样即可得任意色浆i当浓度为m时在某一波长下的散射系数si。建立数据组(i，m，λ，ri，φi，si，ki)；
[0163]
按照同样的步骤采集酞青蓝、永固黄、耐晒红颜料的光谱反射数据，建立多种颜料的基础数据，以保证配色的准确性。在配色计算时，采用线性内插法算出某任意颜料在任意浓度下的散射系数和吸收系数；
[0164]
步骤s01.3中采用的基础颜料为二氧化钛色浆，可直接令s0＝1，这样就可以得到任意色浆的散射系数si，未知量si/s
λs
即变为可测量，其中的存在相当于对各散射系数同除以一个系数，并不影响最终求解得到的各颜料混合比例；
[0165]
以炭黑在波长为380nm处数据为例：
[0166]
表3炭黑颜料在波长为380nm处基础颜料数据表
[0167][0168]
输入炭黑在波长380～780nm之间，步长为5nm的光谱反射率数据；
[0169]
输入酞青蓝、永固黄、耐晒红各颜料在波长380～780nm之间，步长为5nm的光谱反射率数据；
[0170]
s02.双参数计算模型建立；
[0171]
基于kubelka-munk原理进行计算，用颜料本身的散射系数s和吸收系数k两个参数来说明涂层光学特性。入射光进入颜料涂层时，颜料涂层将发生光散射和光吸收。不同颜料混合后，如果各颜料间不起化学作用，则混合物的吸收和散射系数符合颜料光学叠加原理，
即混合物的吸收和散射系数为构成该混合物的各颜料的吸收和散射系数的线性和；
[0172]
混合颜料的光谱反射率与该混合颜料的组成比例之间的换算关系式如下：
[0173][0174]
其中k和s为n种颜料按以上比例混合后在某波长下的光吸收系数和散射系数；c1、c2...cn为n种颜料的混合比例；kn和sn是第n种颜料的吸收系数和散射系数；
[0175]
s03.全光谱配色模型建立；
[0176]
物体的颜色取决于其反射光谱，通过计算机模拟使配出色样的反射光谱与标准样的反射光谱一致，则两者颜色一定相同，达到同色同谱性能。即在波长为λ时，有：允许标样的r
λs
与配样的r
λm
之间存在一定的差值δr
λ
，如果能使该差值最小，且该差值在可接受的范围内，则配样符合要求。配样和标样光谱反射率差异关系式如下：
[0177][0178]
为标样的反射率，为配样的反射率；
[0179]
基于kubelka-munk原理，配样和标样光谱反射率差异关系式为：
[0180][0181][0182]
上式中c1...cn为n种颜料的混合比例。如果用a
λ
表示与ci无关的常数，用b
λi
表示与ci有关的系数，标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的关系变为线性关系如下：
[0183]
δr
λ
＝a
λ
c1b
λ1
c2b
λ2

…
c
nbλn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0184][0185]
对于不同的波长，可得不同的线性方程组。再加上归一化方程：
[0186]
c1 c2
…
cn＝1；
[0187]
步骤s03标样和配样间的光谱反射率差异δr与各颜料混合比例的线性关系试中s
1λ
/s
λs
、...s
nλ
/s
λs
为未知量，这些未知量的计算通过基础颜料数据库的建立来实现；
[0188]
s04.对偶单纯行法求解；
[0189]
以步长δλ将全光谱进行分割，得到n组波长下的光谱差异δrn＝an c1b
n1
c2b
n2

…
c
ibni
，即式(6)中n组方程。即可转化为线性规划求解最优值问题；
[0190]
利用对偶单纯行法，进行迭代计算，求解最优值，可满足δr最小，即可得到配样的配方；
[0191]
光谱差异最小化方程组如下：
[0192][0193]
得到最优的颜料配比c1...ci；；
[0194]
步骤s04对偶单纯行法求解方程组解时，将回代入b
λi
，增加求解精度。
[0195]
本发明实施例中背景颜色为中绿色，通过计算机辅助配色程序运算后各颜料比例如下表4所示：
[0196]
表4中绿色的各颜料比例
[0197]
颜料比例炭黑12.10％酞青蓝8.86％永固黄38.56％耐晒红40.48％
[0198]
本发明实施例中背景颜色为中绿色，通过计算机辅助配色程序计算后涂料配方颜色光谱数据如图2所示，涂料颜色与背景颜色一致性较好，光谱相似度大于0.9，色差小于2，涂料颜色与背景颜色达到同色同谱。
[0199]
本发明所述为一种计算机辅助同色同谱涂料配色方法，属于迷彩伪装设计技术领域。其包括如下步骤：s01基础颜料数据库建立：建立多种颜料在不同浓度时的光谱数据；s02双参数计算模型建立：建立基于吸收系数和散射系数的光学模型；s03建立全光谱配色模型：在全波长范围内，拟合光谱曲线和目标光谱曲线相一致；s04对偶单纯行法求解：采用对偶单纯行法拟合最优光谱曲线及其颜料比例。本发明通过计算机模拟配色的技术手段，实现所配颜色与背景颜色达到“同色同谱”的效果。本发明方法和技术思路促进了调色技术及其相关领域的发展。
[0200]
本发明未尽事宜为公知技术。
[0201]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。