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摘要

LED封装、分光、品质工程师日常处理大批量CIE(x,y)色坐标数据时，人工对照图纸归类分Bin效率极低，且极易出现看错、分错问题。本文分享一套纯Python开发的桌面色区划分工具，无需手动逐点比对，导入色坐标与标准色区四边形后一键自动分类，同步输出各Bin数量、良率占比，搭配可视化色坐标分布图，最终可导出完整Excel报表。文章完整拆解核心几何算法：叉积法判断坐标点是否位于凸四边形色区内，附带可直接运行的独立算法源码，可单独复用至其他分光自动化项目。

行业痛点：光谱仪导出成百上千组灯珠色坐标，需要对照客户标准四边形色区人工区分A/B/C等Bin位。依靠Excel肉眼识图，几百颗样品耗时数十分钟，长期操作伤眼，人为误差无法避免。本工具将几何判定逻辑程序化，批量处理一键完成，大幅降低分光质检工作量。

一、工具解决的核心业务场景

1. LED分光分Bin：批量匹配色坐标与标准四边形色区，自动统计各Bin产出数量、良率占比；
2. 色坐标一致性校验：对比实测灯珠分布与标准色区边界，快速识别批量偏移不良；
3. 来料/出货检验：自动区分合格色区、超规不良点，输出完整统计台账；
4. 标准色区灵活处理：支持整体缩放、均等拆分，快速生成多级子Bin用于精细化分光。

少量样品、色区数量少时可临时使用Excel手动处理；若样品量数百上千、色区规格10个以上，人工操作成本极高，本自动化工具可完美替代人工识图判断。

二、工具整体介绍

基础信息

• 工具名称：色区划分V1.0
• 形态：Windows独立EXE程序，双击直接运行，无需本地安装Python环境
• 技术架构：Python + Tkinter可视化界面 + Matplotlib绘图；几何判定逻辑独立封装为core.py算法模块；Excel读写依赖openpyxl/xlrd，兼容新旧表格格式
• 核心优势：纯几何运算，不依赖Office软件；批量自动分类、可视化直观、结果一键导出
• 底层核心算法：凸四边形点包含判定（二维向量叉积法）

三、数据导入支持格式

顶点排序规则：录入色区四点无需严格控制顺逆时针，工具内置极角重排逻辑：自动以X坐标最小点为起点，剩余三点按极角逆时针排序，保证四边形判定逻辑稳定生效。

四、完整功能清单

1. 色坐标录入
   支持手动填写与文件导入双模式，兼容CSV、XLS、XLSX三种主流分光导出格式，两列数据仅需X、Y色坐标。

2. 多色区定义
   最多配置15个独立凸四边形色区，支持单条录入、表格批量导入，适配多Bin分光标准。

3. 基准色区专属处理功能

• 缩放：沿色区横向/纵向双向放大、缩小，快速对比标准边界偏移；
• 拆分：将整块色区均等切分为1~10份子色区，实现精细化分级分光。

4. 一键自动分类运算
   点击运行即可批量判定每一组色坐标归属Bin，界面表格实时回填分类结果；同步汇总各Bin数量、占比、超规不良数量、总样品数。

5. CIE色坐标可视化绘图
   等比例坐标系自动适配数据范围；各色区填充区分色标注名称，基准色区使用红色虚线框；已分类灯珠按所属Bin上色，未判定原始点灰色展示，批量分布好坏一目了然。

6. Excel报表一键导出
   输出完整XLSX文件，包含两大模块：①单颗灯珠明细（序号、X、Y、归属Bin）；②各Bin数量、占比汇总统计表，可直接用于品质归档、客户交付。

五、核心底层算法：叉积法判断点是否在凸四边形色区内

工具核心逻辑：输入单个色坐标点P、四边形4顶点，通过二维向量叉积判断点相对四条有向边的方位，实现快速包含判定。

算法原理

1. 二维叉积公式
   给定原点O、两点P1、P2，叉积计算：
   c r o s s ( O , P 1 , P 2 ) = ( P 1 x − O x ) ( P 2 y − O y ) − ( P 1 y − O y ) ( P 2 x − O x ) cross(O,P1,P2)=(P1_x-O_x)(P2_y-O_y)-(P1_y-O_y)(P2_x-O_x)cross(O,P1,P2)=(P1x​−Ox​)(P2y​−Oy​)−(P1y​−Oy​)(P2x​−Ox​)

• cross＞0：点B在向量OA左侧（逆时针）
• cross＜0：点B在向量OA右侧（顺时针）
• cross≈0：三点共线，点落在四边形边界上

2. 凸四边形判定规则
   四边形顶点统一逆时针/顺时针环绕，依次计算待测点对四条边的叉积；
   全部叉积≥极小阈值ε（1e-12）：点在四边形内部或边界；
   全部叉积≤极小阈值ε：兼容顺时针顶点排布，同样判定为内部；
   两种条件满足其一即判定点在色区内，ε用于规避浮点精度误差导致边界点误判。

核心算法代码（示意）

defpoint_in_convex_quad(p,quad):defcross(o,a,b):return(a[0]-o[0])*(b[1]-o[1])-(a[1]-o[1])*(b[0]-o[0])n=len(quad)ifn<3:returnFalsesigns=[cross(quad[i],quad[(i+1)%n],p)>=-1e-12foriinrange(n)]returnall(signs)ornotany(signs)defclassify_point(point,regions):forname,quadinregions:ifpoint_in_convex_quad(point,quad):returnname# 返回第一个命中的色区returnNone# 都不在 → 色区外defclassify_all_points(points,regions):return[(p[0],p[1],classify_point(p,regions))forpinpoints]

算法选型说明

选用叉积法而非射线法的原因：LED标准色区全部为规整凸四边形，叉积仅需4次运算，计算量更小、运行速度更快；代码简洁稳定，无复杂边界判断；内置顺逆时针兼容逻辑，降低用户录入顶点的操作门槛。

补充：若后续需要处理异形凹多边形色区，可替换为射线法/环绕数算法。

整套逻辑就是对每种数据"读入 → 几何判定 → 写回/统计"。最小可用版（教学用，覆盖点-色区判定与批量分类）：

importmathdefreorder_quad(pts):pts=sorted(pts,key=lambdap:(p[0],p[1]))p1=pts[0]others=sorted(pts[1:],key=lambdap:math.atan2(p[1]-p1[1],p[0]-p1[0]))return[p1]+othersdefpoint_in_quad(p,quad):defcross(o,a,b):return(a[0]-o[0])*(b[1]-o[1])-(a[1]-o[1])*(b[0]-o[0])s=[cross(quad[i],quad[(i+1)%4],p)>=-1e-12foriinrange(4)]returnall(s)ornotany(s)# 示例：一个色区 + 几个点region=reorder_quad([(0.30,0.34),(0.36,0.34),(0.36,0.42),(0.30,0.42)])pts=[(0.33,0.38),(0.50,0.50),(0.32,0.36)]forpinpts:print(p,"在色区内"ifpoint_in_quad(p,region)else"色区外")

真实工具把判定放在独立的core.py，GUI（tkinter）只负责输入、绘图（matplotlib）和导出（openpyxl）——职责分离，算法可单独测试复用。

六、完整操作流程

1. 录入标准色区：右侧面板手动输入每个Bin的4个顶点，或导入Excel/Csv批量加载，最多支持15组色区；
2. （可选）基准色区调整：导入基准色区四边形，按需缩放边界或均等拆分为多组子Bin；
3. 导入实测色坐标：左侧面板导入光谱仪导出表格，或手动录入少量测试坐标；
4. 执行分类运算：点击运行，表格实时回填每颗灯珠归属Bin，下方面板自动统计各Bin数量、占比、不良总数；
5. 可视化校验：查看CIE色坐标分布图，区分各色区颜色，快速判断批量偏移、不良集中区域；
6. 导出归档报表：一键导出XLSX文件，包含明细数据与汇总统计表，用于品质记录、客户对账。

使用注意事项：各标准色区四边形尽量避免重叠；若存在重叠区域，色坐标会优先匹配先录入的色区，定义顺序会影响分类结果。

七、使用避坑要点

1. 色区边界要求：工具判定逻辑仅适配凸四边形，LED行业分光标准均为凸区域，无误判风险；凹四边形、自交多边形会出现判定错误；
2. 界面表格限制：界面仅展示前50组色坐标用于预览，后台完整读取全部数据运算，不会丢失样品；
3. 运行依赖说明：源码本地运行时core.py与主程序需放在同一文件夹；打包EXE已内置全部依赖，无需额外配置；
4. 浮点精度处理：内置1e-12容差，边界上的色坐标不会被误判为不良，适配仪器测量微小波动；
5. 软件依赖库：Tkinter、Matplotlib、openpyxl、xlrd，标准Python环境可一键pip安装。

八、工具落地价值总结

本工具完整解决LED分光人工分Bin的低效痛点，对比传统人工识图具备四大优势：

1. 批量极速处理：上千组色坐标一分钟完成全部分类，替代半小时以上人工操作；
2. 数据零误差：几何算法统一判定标准，消除人眼识别偏差；
3. 可视化辅助分析：分布图直观呈现样品整体分布，批量色差、偏移问题一眼定位；
4. 报表自动生成：明细、良率汇总一键导出，省去手工统计、制表工作；
5. 色区灵活调整：支持缩放、拆分基准色区，适配客户各类细分分光标准。

如果你也常卡在"一批色坐标要判断 Bin"这一步，不想自己搭环境、不想写判定代码，可以私信我聊聊——工具是桌面版，需要的话我发你包和用法。也欢迎关注我，后续还会写更多"把重复活交给软件"的自研小工具实战。