Nguyên lí hoạt động của máy đo màu

 Nguyên lí hoạt động máy đo màu: Nguyên tắc chung thiết bị đo màu nguồn sáng chiếu sáng mẫu đo, mẫu đo hấp thụ phản xạ tín hiệu màu đến phận thu nhận (bộ cảm biến), tín hiệu sau thu nhận phận thu nhận xử lý để đưa giá trị màu Các giá trị màu đo hiển thị hình in máy in Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động máy đo Các loại thiết bị đo màu thường dùng Có thiết bị đo màu bản: máy đo màu quang phổ, máy đo màu theo phương pháp kích thích thành phần màu (colorimeter) máy đo mật độ (densitometer), thiết bị có ứng dụng khác cung cấp thông tin khác liệu màu cần đo 1.1 Máy đo màu kích thích ba thành phần Máy đo màu kích thích ba thành phần chế tạo với nguyên lý hoạt động tương tự chế nhìn màu mắt người Hình 1.2 : Tín hiệu phản xạ từ vật thể thu nhận thu nhận có độ nhạy mắt người Để có hiểu rõ máy đo màu kích thích ba thành phần ta tìm hiểu phương pháp đo kích thích thành phần màu Phương pháp đo kích thích thành phần màu đo ánh sáng phản xạ từ vật thể cách sử dụng thu nhận có tác dụng lọc màu có phổ đáp ứng tương tự mắt người đo trực tiếp giá trị kích thích R, G, B (hoặc X,Y, Z) Tuy nhiên, việc đo màu bị lệ thuộc nguồn sáng đặc tính người quan sát nên quy trình xác định giá trị kích thích màu diễn hình 1.3 Ánh sáng với phân bố quang phổ phản chiếu từ mẫu đo (A) vào cảm biến (B) lọc tương ứng với màu sơ cấp tổng hợp cộng, sau cảm biến xuất giá trị kích thích (X,Y,Z) (C) Vì (C)=(A)x(B) Hình 1.3: Quy trình xác định giá trị màu theo phương pháp kích thích thành phần màu Máy đo màu sử dụng phương pháp đo kích thích thành phần màu trình bày gọi máy đo màu kích thích ba thành phần Ánh sáng phát từ nguồn chiếu tới bề mặt mẫu, sau phản xạ từ mẫu, chùm ánh sáng phản xạ truyền tới cảm biến màu Cảm biến màu có tác dụng lọc chùm ánh sáng phản xạ cho loại ánh sáng Red, Green Blue qua đồng thời chuyển đổi cường độ màu thành tần số điện áp màu thành phần Tín hiệu sau qua cảm biến chuyển đến hệ thống vi xử lý nhằm hiệu chỉnh cho phù hợp với chuẩn quan sát CIE Và cho giá trị thành phần hợp nên màu bề mặt mà ta đo Ví dụ với táo màu đỏ giá trị kích thích mà máy đo X=21,21, Y=13,37 Z=9,32 Các giá trị kích thích sau dùng để tính giá trị không gian màu khác Yxy hay L*a*b* Các thiết bị đo theo phương pháp kích thích thành phần có hạn chế độ xác khơng cao Tuy nhiên ưu điểm kích thước nhỏ, tốc độ xử lí nhanh, giá thành tương đối rẻ tiện lợi Do vậy, chúng dùng chủ yếu cho việc đo khác biệt màu lĩnh vực sản xuất kiểm tra chất lượng sản phẩm in Máy đo màu quang phổ Nguyên tắc đo màu quang phổ xác định giá trị màu cách phân tích phổ phản xạ mẫu đo bước sóng Máy đo quang phổ hiển thị liệu đo thành đường cong phổ phản xạ biểu diễn phổ phản xạ bước sóng biết nguồn sáng Trong máy quang đo màu phổ, ánh sáng thường chia lăng kính cách tự nhiễu xạ trước bước sóng lựa chọn để đo Mỗi dải vùng hẹp phổ khả kiến Còn dải hẹp, người ta thường dùng lọc màu Độ phân giải phổ thiết bị phụ thuộc vào khoảng nhỏ dải màu mà đo Phương pháp đo phổ phương pháp xác phức tạp gồm bước đo phổ tính tốn số liệu đo Đo phổ trình vật lý để xác định độ phản xạ theo độ dài bước sóng Độ phản xạ tính theo tỷ lệ ánh sáng phản xạ từ mẫu đo so với mẫu trắng chuẩn Tập hợp giá trị độ phản xạ theo độ dài bước sóng biểu diễn thành đường cong phản xạ vùng ánh sáng thấy Đường cong gọi đường cong phản xạ màu Thông qua độ phản xạ ánh sáng theo độ dài bước sóng, người ta tính tốn toạ độ màu cụ thể khơng gian màu Hình 2.1 Minh họa màu ứng với đồ thị phản xạ phổ Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý đo màu máy đo màu phương pháp quang phổ Như vậy, phương pháp trước tiên ta tiến hành đo đạc để xác định phổ phản xạ, từ phổ đo người ta xác định giá trị độ phản xạ từ tính toạ độ màu Q trình tính tốn diễn nhanh chóng thiết bị có đặt phần mềm thích hợp cho kết đo hình máy in Tính tốn màu cơng việc tốn nhiều thời gian công việc máy tính đảm nhiệm nhằm tìm trị số X , Y, Z từ tính tọa độ màu x, y, z Máy đo mật độ Máy đo mật độ màu đo lượng ánh sáng phản xạ truyền qua mẫu đo so sánh với lượng ánh sáng chiếu đến mẫu, tỉ lệ lượng sáng chiếu tới phản xạ (hoặc truyền qua) cho biết mật độ màu bề mặt mẫu đo Kết phép đo tính tốn máy tính riêng biệt hiển thị hình Máy đo mật độ màu thường dùng công nghệ in đo giá trị mật độ lớp mực in thơng qua kính lọc Có dạng máy đo mật độ màu sử dụng theo mục đích khác • Máy đo mật độ thấu minh, đo lượng ánh sáng truyền qua vật liệu suốt phim Dạng máy chủ yếu dùng để đo độ đen phim • Máy đo mật độ phản xạ, đo lượng ánh sáng phản xạ từ bề mặt, ví dụ đo mật độ tơng ngun qua kính lọc màu thích hợp để biết độ dày lớp mực in thông số khác Ngược lại, từ giá trị mật độ tơng ngun người ta biết giá trị màu Các yếu tố ảnh hưởng đến kết đo màu Kết đo màu phụ thuộc vào điều kiện sau: loại ánh sáng chiếu tới; góc đo hình học góc nhìn người quan sát chuẩn * Điều kiện chiếu sáng : Sự khác nguồn sáng so với nguồn sáng khác phân bố lượng ánh sáng toàn dải phổ Khi quan sát vật thể nguồn sáng khác cảm nhận màu sắc khác Thí dụ ánh sáng đèn tròn vật bị vàng so với quan sát vật ánh sáng mặt trời Nguyên nhân tượng phân bố lượng phổ khác nguồn sáng khác Nguồn sáng khác làm cho màu xuất khác Điều ta thấy hình 4.1 Giả sử đo táo máy đo quang phổ với nguồn sáng chuẩn D65 (Ví dụ 1) nguồn sáng chuẩn A (ví dụ 2) Trong ví dụ 1, (A) đồ thị phân bố lượng phổ nguồn sáng chuẩn D65 (B) đồ thị phổ phản xạ táo (C) đồ thị phân bố lượng phổ ánh sáng phản chiếu từ táo kết kết hợp (A) (B) Ở ví dụ (A’) phân bố lượng nguồn sáng chuẩn A (B) phổ phản xạ mẫu đo (quả táo) Cũng giống ví dụ (C’) phân bố lượng phổ mẫu đo kết phối hợp (A’) (B) Hình 4.1: Kết đo phụ thuộc vào nguồn sáng Nếu so sánh (C) (C’) ta thấy ánh sáng vùng màu Red (C’) mạnh nhiều so với (C), có nghĩa táo đỏ nhiều nguồn sáng (A) Điều màu vật thể thay đổi tuỳ theo nguồn sáng chiếu vào Một máy đo phổ thực tế đo phổ phản xạ mẫu đo, thiết bị đo tính tốn giá trị màu dạng số không gian màu khác cách sử dụng liệu phân bố lượng phổ cho nguồn sáng chọn liệu cho đường cong tổng hợp màu chuẩn * Hiện tượng Meta Là tượng hai vật thể nhìn giống nguồn sáng lại khác nguồn sáng khác Đây vấn đề phức tạp Trong hình 4.2, đường cong phổ phản xạ hai mẫu đo khác Tuy giá trị L*a*b* hai mẫu đo nguồn sáng D65 giống đo nguồn sáng A chúng lại khác Điều hai mẫu đo có đặc tính phổ phản xạ khác chúng lại có màu giống ánh sáng ban ngày (Nguồn sáng chuẩn D65) Hình 4.2 : Hiện tượng Meta Để ước lượng tượng Meta cần phải đo mẫu hai hay nhiều nguồn chiếu sáng với đặc tính phổ phản xạ khác Mặc dù hai loại máy đo màu kích thích máy đo phổ sử dụng nguồn sáng đơn kết đo tính tốn dựa nguồn chiếu sáng khác Các máy đo màu theo phương pháp kích thích thơng thường đo nguồn sáng chuẩn C D65, hai nguồn sáng đại diện cho ánh sáng ban ngày có phân bố lượng phổ giống nên khơng thể đo tính Meta Ngược lại máy đo trang bị nhiều nguồn sáng khác nên đo tính Meta Hơn với khả biễu diễn đồ thị phổ phản xạ ta thấy cách xác khác biệt phổ phản xạ hai màu * Góc nhìn người quan sát chuẩn : Ngoài khác nguồn chiếu sáng , khả nhìn màu to nhỏ làm cho cảm nhận thị giác biến đổi tức màu cảm nhận khác điều kiện chiếu sáng tính chất bề mặt khơng đổi Hình 4.3 : Góc quan sát chuẩn Ở khoảng cách quan sát 50 cm trường nhìn 20 cho thấy vòng tròn đường kính 1,7 cm trường nhìn 100 vòng tròn đường kính 8,8 cm CIE đề nghị góc quan sát chuẩn góc độ (khi tiến hành đo với mẫu nhỏ) góc 10 độ (với mẫu có diện tích lớn) * Góc đo hình học Nhằm đạt nhiều ứng dụng khác người ta chế tạo thiết bị đo màu có nhiều góc đo hình học khác Khi chiếu lên mẫu đo ánh sáng thẳng góc định hướng khác hẳn chiếu lên ánh sáng từ hướng Vì góc đo hình học đóng vai trò quan trọng đo màu CIE định rõ góc đo hình học cho thiết bị sử dụng đo màu hình 2.9 * Bề mặt mẫu đo : Bề mặt mẫu đo ảnh hưởng nhiều đến kết đo Để kết đo xác chuẩn bị mẫu đo cần thỏa mãn số yêu cầu là: + Kích thước mẫu đo phải lớn kích thước cửa sổ đo thiết bị + Mẫu đo phải đảm bảo ánh sáng không xuyên qua + Bề mặt mẫu đo phải phẳng Hình 4.4: Các góc đo hình học Tùy theo loại ánh sáng, góc nhìn người quan sát chuẩn góc đo hình học khác mà kết đo cho khác 2.3 Hiệu chỉnh máy đo màu Vì cần thiết phải hiệu chỉnh máy đo? Như biết sử dụng thiết bị đo ta thu kết có độ xác tương đối, lúc độ xác thiết bị đo đóng vai trò quan trọng Chính để giảm sai số kết mà máy đo cần thiết phải có bước quan trọng hiệu chỉnh máy đo Bước đóng vai trò khơng thể thiếu việc thiết kế máy đo màu, định độ xác kết đo Hiện người ta đưa số phương pháp để hiệu chỉnh, việc sử dụng máy đo chọn làm chuẩn (máy có độ xác cao kiểm chứng) để thiết lập mối quan hệ giá trị đo máy đo mà ta cần hiệu chỉnh máy đo chuẩn, cụ thể thiết lập ma trận hiệu chỉnh Trong bước ta thấy độ xác máy mà ta cần hiệu chỉnh phụ thuộc nhiều vào độ xác máy chuẩn Như vậy, việc chọn máy đo chuẩn quan trọng  ... hợp cho kết đo hình máy in Tính tốn màu cơng việc tốn nhiều thời gian cơng việc máy tính đảm nhiệm nhằm tìm trị số X , Y, Z từ tính tọa độ màu x, y, z Máy đo mật độ Máy đo mật độ màu đo lượng ánh... 1.3: Quy trình xác định giá trị màu theo phương pháp kích thích thành phần màu Máy đo màu sử dụng phương pháp đo kích thích thành phần màu trình bày gọi máy đo màu kích thích ba thành phần Ánh... hướng Vì góc đo hình học đóng vai trò quan trọng đo màu CIE định rõ góc đo hình học cho thiết bị sử dụng đo màu hình 2.9 * Bề mặt mẫu đo : Bề mặt mẫu đo ảnh hưởng nhiều đến kết đo Để kết đo xác chuẩn