山东省青岛第九中学 266000
摘 要：利用信息技术软件获取图像RGB信息，通过比较极值的方法建立不同光谱间的联系从而挖掘数据信息。通过对太阳测温的案例进行具体操作的说明，并以比对测量数据和真实值之间的差值说明对位极值比较的方法具有较强的可操作性和科学性。
关键词：光谱 RGB极值对位 测温
一、实验原理
真彩色（True-Color）是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。
例如，图像深度为24，用R∶G∶B=8∶8∶8来表示色彩，则R、G、B各占用8位来表示各自基色分量的强度，每个基色分量的强度等级为28=256种。采用RGB24这种编码方法，常见颜色如下表。
颜色名称红色值R绿色值G蓝色值B
黑色 0 0 0
蓝色 0 0 255
绿色 0 255 0
红色255 0 0
白色255 255 255
通过颜色拾取工具确定不同真彩色照片中常见色彩相近点作为实验操作的关键位置，建立起光谱照片之间的联系通道。
二、实验对象
太阳光球是太阳大气最低的一层（厚度约500km），一方面它不断地吸收其下方的对流层给予的能量，另一方面它同时又持续地发射能量，在某种机制的调节下达到局部热动平衡。天文学家在研究各种发光天体的热辐射甚至宇宙微波背景辐射时，普遍使用的是绝对黑体模型。太阳光球的电磁辐射强度随波长的分布就与温度为6000K的黑体辐射非常接近。
根据物理学上描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温度之间反比关系的维恩位移定律，可以通过辐射的峰值波长求出黑体的绝对温度。
利用数码相机和自制装置拍摄太阳和荧光灯光谱照片。
三、实验数据采集
使用ImageJ软件的analyze-plot profile对取样部分的太阳光谱进行处理得到灰度值和水平像素值的变化关系（图3-1）。
利用PhotoShop把灰度图和取样照片拼合在一起（图3-2）。
然后使用ImageJ和PhotoShop得到荧光灯管光谱的灰度图（图3-3），并利用下载wiki百科上的荧光灯管光谱图片（图3-4）作为标准值，依靠图像极值点位置与荧光灯管光谱的取样图片灰度值极值的对应关系，通过PhotoShop调整红色和绿色光波对应的灰度峰值与标准值位置重合（图3-5）。
使用PhotoShop把图3-2和图3-5按照RGB极值对位的方法进行处理，操作如下：
利用取色信息工具在图3-5中绿色光谱区域按照R、G、B数值选择a点（G极大值，B极小值），然后在图3-2中绿色光谱区域按照R、G、B数值选择A点（G极大值，B极小值），并在 图3-6中用黑点标识位置。
在图3-5中红色光谱区域按照R、G、B数值选择b点（R极大值，G极小值），然后在图3-2中红色光谱区域按照R、G、B数值选择B点（R极大值，G极小值），并在图3-6中用黑点标识位置。
所选点的RGB参数如下:
RGB
a 55 1667
A 64 1300
b 184 47 36
B 177 65 49
利用图形自由变换工具调整图3-5使得水平方向上a、A点重合且b、B点重合。
在图3-2中选取灰度值极大值对应的横轴范围作为λmax的取值区间，在图3-6中由白色矩形的短边表示。
利用PhotoShop的长度测量工具，测量出mn的短边长度（图3-7），数据如下：
Mm/MN8.29/9.40
Mn/MN 9.09/9.40
四、数据分析
由图3-7可知MN线段代表450nm至500nm波长区间，根据表中数据计算得mn对应波长区间为494.10nm～498.35nm。
由维恩位移定律得：λmax=b/T。
T∝λmax-1取λmax平均值496.23nm代入数据，得到太阳表面光球层温度约为5838K。
五、研究结论
1.空气分子吸收使得光谱有部分损失。高层大气所含氧原子、平流层所含臭氧吸收波长小于0.175μm的紫外线。对流层所含H2O、CO2分子吸收红外线并散射可见光。
2.光栅品质并不高，且在装配过程中可能受到肉眼难见的刮擦。装置内部不可能完全无光。
3.运用RGB极值对位的方法时极值点的选择存在误差，这也是此过程有待完善改进的地方。
4.就主要误差来源与实测数据分析，百度百科中显示太阳表面温度5770K，相对误差1.2%左右，结果可信度较高。
参考文献
[1]薛加民 我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验[M].北京：人民邮电出版社（第1版），2013：186-196。
论文作者:王嘉丽
论文发表刊物:《素质教育》2017年11月总第252期
论文发表时间:2017/12/7
标签：光谱论文; 极值论文; 极大值论文; 灰度论文; 基色论文; 太阳论文; 波长论文; 《素质教育》2017年11月总第252期论文;