Dịch vụ thành lập Thay đổi Giấy phép kinh doanh cty Việt Nam cty vốn FDI Tuyển Cộng tác viên (CK 15% gói Dịch vụ) 0899315716 MỤC LỤC Mục lục iii Thông tin kết quả nghiên cứu đề tài khoa học và công nghệ cấp trường iv Lời nói đầu vi Chương 1: Cơ sở lý thuyết về màu sắc và công thức đo màu 1 1.1. Lý thuyết về màu sắc 1 1.2. Các hệ thống màu được dùng phổ biến trong ngành dệt may 4 1.3. Không gian màu 12 Chương 2: Thiết kế chế tạo dụng cụ đo màu 17 2.1. Nguyên lý làm việc máy đo màu 17 2.2. Cấu tạo và các thành phần cơ bản của dụng cụ đo màu 20 2.3. Cấu trúc và thuật toán xử lý dữ liệu của phần mềm điều khiển 24 2.4. Mô tả các thông số chỉ thị của dụng cụ đo màu 26 Chương 3: Phân tích kết quả đo của dụng cụ và kết luận 29 3.1. Sai số ban đầu của dụng cụ đo chế tạo 30 3.2. Phân tích sai số của dụng cụ đo 31 3.3. Kết luận 36 Các công trình liên quan đã công bố 37 Tài liệu tham khảo vii Phụ lục 1: Trị giá các hàm kích thích màu theo tiêu chuẩn CIE ix Phụ lục 2: Phổ năng lượng chuẩn của nguồn sáng D65 và A. xi Phụ lục 3: Các dữ liệu thí nghiệm trên máy đo kiểm định và trên máy đo thiết kế xiv Phụ lục 4: Source code phần mềm nhúng bằng ngôn ngữ C cho vi điều khiển ATmega32 và color sensor TCS3200 xxiii Thuyết minh đề tài khoa học và công nghệ cấp trường xxxix LỜI NÓI ĐẦU Tiêu chí đánh giá màu sắc đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm ngành dệt may. Việc xác định độ lệch màu, độ đều màu, độ bền màu… đều dẫn đến đo cường độ chùm tia sáng theo dải sóng. Để thực hiện công việc này cần những dụng cụ đo chính xác, đắt tiền và thường vượt quá khả năng đầu tư của các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Để kiểm tra chất lượng bán thành phẩm trong dây chuyền sản xuất may công nghiệp cũng như trong khâu giao nhận theo hợp đồng các loại nguyên liệu hay sản phẩm cuối cùng, màu sắc thường được đánh giá dựa vào giác quan con người nên dễ xảy ra rủi ro và tranh chấp. Nội dung nghiên cứu được trình bày trong công trình này là thiết kế chế tạo một loại dụng cụ đo màu khách quan, có cấu tạo đơn giản và làm việc tương đối tin cậy, độ chính xác có thể chấp nhận được trong sản xuất kinh doanh ở nước ta. Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀU SẮC VÀ CÔNG THỨC ĐO MÀU 1.1. Lý thuyết về màu sắc Màu là hiện tượng phức tạp mang bản chất vật lý và tính chất tâm lý, bản chất màu sắc mà mắt người cảm nhận được là dựa trên bước sóng ánh sáng, các bước sóng khác nhau sẽ tạo ra các màu khác nhau, các vật khi được ánh sáng chiếu vào sẽ phản xạ trở lại và được thị giác ghi nhận. Do đó màu là một cảm nhận bao gồm ba yếu tố: nguồn sáng, vật thể và người quan sát. Ánh sáng từ mặt trời hay nguồn sáng khác chiếu vào vật thể, chúng được phản xạ bởi các vật thể rồi đi đến các thành phần thu nhận tín hiệu trong mắt ta, sau đó các tín hiệu này được bộ não diễn dịch thành những thứ được gọi là màu 1, 2. Màu sắc là vấn đề về nhận thức và nhận định chủ quan của từng người, theo cảm giác về mặt tâm lý con người đưa ra những quan niệm về màu sắc hay nói cách khác đó chính là ngôn ngữ màu sắc. Quá trình cảm nhận màu sắc của con người rất phức tạp và cho tới nay vẫn chưa được hiểu trọn vẹn. Qua nhiều năm, nhiều lý thuyết về sự cảm nhận màu đã được đưa ra nhằm giải thích về việc chúng ta nhìn màu như thế nào. Các lý thuyết được sắp xếp từ đơn giản đến phức tạp, những lý thuyết phức tạp đưa ra lời giải thích khá hợp lý về hiện tượng cảm nhận màu. Vì những lý thuyết phức tạp không được xây dựng trên những mô hình đơn giản nên chúng ta cần xem xét từ lý thuyết đơn giản đến lý thuyết phức tạp3, 4. Những nghiên cứu về màu sắc đã bắt đầu từ thời cổ đại 1. Năm 800 trước công nguyên, những người Ấn Độ Upanishads đã tìm ra mối liên hệ giữa các màu, năm 400 trước công nguyên, nhà triết học Plato cho rằng ánh sáng hay những tia lửa phát ra từ mắt người, cho nên con người mới thấy được sự vật. Epicurus cho rằng bản sao của sự vật sẽ tác động vào mắt người 6. Năm 334 trước công nguyên Aristotle đã khám phá việc trộn lẫn hai màu sắc với nhau tạo ra màu thứ ba và ông ta đã dùng những mảnh kiếng màu vàng và màu xanh lam để có màu xanh lá cây. Ông ta đã phát hiện ra nhờ ánh sáng xuyên qua 2. Vào thiên niên kỷ thứ nhất, Abu mohammed Ibn al Hazen cho rằng hình ảnh được tạo thành từ trong mắt người 1. Hệ thống màu sắc lâu đời nhất được biết đến đó là giá trị đặt tên xuất phát từ A.S. Forsius người Phần Lan 6, ông đã có ý tưởng giới thiệu bốn sắc màu cơ bản, áp dụng cho mỗi mô hình màu xám mà chạy từ sáng đến tối dọc theo trục trung tâm của hình cầu. Các màu sắc trên bề mặt hình cầu được sắp xếp theo cách ba cặp đối lập được tạo ra: màu đỏ và màu xanh, màu vàng và xanh lá cây, trắng và đen. Trong thời trung cổ còn có rất nhiều công trình thí nghiệm, nghiên cứu về màu tiếp theo vào thế kỷ 15. Thời kỳ phục hưng, Leonardo da Vinci đã đưa ra một số khái niệm về quá trình cảm nhận màu, hệ thống màu, ông cũng đưa ra một số quy luật màu tương phản (Đen – Trắng, Đỏ cờ Xanh lục, Vàng Xanh tím). Những nghiên cứu của ông cũng ảnh hưởng đến những nghiên cứu sau này. Năm 1666 Isaac Newton đã phát triển vòng màu Newton rất hữu dụng. Ông bắt đầu nghiên cứu về màu ở tuổi 23, ông đã thực hiện một thí nghiệm rất là nổi tiếng trên những lăng kính và ánh sáng. Khi chiếu một chùm ánh sáng liên tục qua một lăng kính, nó sẽ xuất hiện 1 cầu vòng ở cạnh bên kia của lăng kính. Newton sắp xếp những màu này trên một vòng tròn, từ Đỏ cờ đến màu chàm, sau đó ông nối hai màu này bằng màu tím để ghép hai đầu của phổ màu lại với nhau. Vòng tròn màu này chính là những bước căn bản nhất cho những nghiên cứu sau này. Khám phá của ông đã đặt nền tảng cho sự biểu diễn màu sắc, dẫn đến các chuẩn màu của vật lý dựa trên đo sự bức xạ, đó là phép đo màu (colorimetry) ngày nay 1, 4, 11, 12, 14. Vào năm 1772 Johann Ignaz Schiffermüller một nhà côn trùng học và tự nhiên học cho rằng: Một vòng tròn màu sắc dựa trên bốn màu sắc, màu đỏ, xanh dương, xanh lá cây và màu vàng, được chia thành 3 x 4 = 12 phân đoạn. vòng tròn màu sắc của ông được cung cấp với những cái tên kỳ lạ: màu xanh dương, xanh biển, xanh lá, ô liu, xanh, vàng vàng, cam, đỏ lửa, đỏ, đỏ, tím, đỏ, tím, xanh và lửa màu xanh lam. Vào năm 1776 Moses Harris là một nhà côn trùng học, nhà điêu khắc, nhà tự nhiên học người Anh đã tạo ra các bánh xe màu đầu tiên các nghệ sĩ thiết kế đặc biệt như là một trợ giúp để pha trộn màu sắc: Hệ thống tự nhiên của màu sắc. Trong tác phẩm này, Harris, xem xét công việc của Newton và cố gắng để bộc lộ vô số màu sắc có thể được tạo ra từ ba cái cơ bản. Harris muốn hiểu được mối quan hệ giữa các màu sắc. Thomas Young đã đưa ra ba yếu tố đặc trưng cho quá trình cảm nhận màu vào năm 1802 và suy luận rằng trong mắt người có 3 thành phần cảm nhận màu khác nhau. Ba thành phần này nhạy cảm với ba màu cơ bản Đỏ cờ, xanh tím, xanh lục. Chính ý tưởng này đã góp phần thúc đẩy Hermann von Helmholtz nghiên cứu ra các thuyết cảm nhận màu, các thuyết này còn được gọi là lý thuyết YoungHelmholtz. Vào năm 1810 Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832) không phải là nhà khoa học cũng không phải là nhà vật lý, ông là một nhà thơ. Ông bác bỏ lý thuyết của Newton cho rằng ánh sáng bao gồm tất cả các màu sắc. Ông khẳng định rằng màu sắc được tạo thành khi trộn ánh sáng với bóng tối và tuyên bố rằng ánh sáng mà con người nhìn thấy dựa trên sự cảm nhận, ông đặc biệt chú ý đến đường viền vạch phổ, một vấn đề mà ông cho rằng Newton chưa chính xác lắm, cho dù những phân tích của Goethe về Newton chưa chính xác lắm nhưng vẫn được cho rằng có giá trị. Những luận điểm của Goethe là những bước đi trung gian trong lịch sử sắc màu. Trong vòng tròn màu, Goethe gọi màu Red (đỏ cờ), Yellow (vàng), Blue (xanh dương) là ba màu chính, còn màu Cam là màu phụ. Tuy nhiên sự phối trộn này không đúng. Trên thực tế khi ta trộn ba màu này sẽ không tạo thành màu Đen, nó chỉ tạo ra màu nâu. Mặc dù Goethe rất thành công trên lĩnh vực văn chương nhưng những lời chú giải của ông về màu cũng dần dần bị quên lãng. Năm 1860, James Clerk Maxwell đã khảo sát việc sử dụng ba thành phần cơ bản của màu và nhận ra rằng không có sự kết hợp giữa 3 thành phần cơ bản của màu để tái tạo lại toàn bộ vùng màu nhận biết được. Ông lập luận rằng 3 giá trị màu là không đơn nhất và phổ của các màu có độ bão hoà cao hơn có thể tái tạo nhièui màu hơn. Maxwell nhận thấy rằng ngoài tông màu và độ bão hoà màu còn có độ sáng. Những nghiên cứu James Clerk Maxwell có thể xem những nền móng cơ bản của các máy đo màu hiện đại. Vào những năm 1890 Ewald Hering thách thức, tầm nhìn lý thuyết màu sắc của Hermann von Helmholtz. Hering Lý thuyết của tầm nhìn màu sắc”.Ông đã phát triển lý thuyết về sự cảm nhận màu Thuyết này được gọi là Thuyết đối nghịch. Albert Munsell H. phát minh ra hệ thống màu Munsell, một nỗ lực đầu tạo ra một hệ thống mô tả chính xác cho số lượng màu sắc, vào năm 1915 đã xuất bản cuốn sách “bản đồ của hệ thống màu Munsell”. Năm 1931, Wilhelm Ostwald tạo ra màu sắc tinh khiết tương tự xung quanh đường xích đạo. Từ đây có được mô hình thống nhất đối với màu trắng và màu đen. Các thí nghiệm chi tiết thực hiện năm 1920 chỉ ra rằng các bản màu cơ bản Red (đỏ cờ), Green (xanh lục), Blue (xanh dương) có thể tổng hợp được tất cả các màu quan sát được trong một khoảng nào đó gọi là khoảng phục chế màu hay là không gian màu (gamut), nhưng chúng không thể tổng hợp được tất cả các màu trong phổ khả biến, đặc biệt là màu xanh tím. Năm 1931, Uỷ ban Quốc tế về màu và chiếu sáng đã đưa chuẩn CIE vào sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật và công nghệ. Ba giá trị XYZ dựa trên ba đáp ứng của mắt người với ba màu đỏ, lục và dương và người ta có thể vẽ ra một không gian ba chiều với 3 trục X, Y, Z hoặc chuyển thành hai chiều khi thực hiện một phép biến đổi tuyến tính 2, 4, 7, 8, 14. Chuẩn này có thay đổi nhỏ vào năm 1964 (thay đổi đường viền ngoài) các trạng thái thay đổi trong đường viền biểu diễn độ bão hoà của màu, càng xa màu trắng trung tâm độ bão hoà càng cao. Năm 1976, người ta thay đổi bản sắc ký màu thêm một lần nữa, vì thế điểm màu trắng xuất hiện ở chính giữa. Đồng thời đường cong mới được sử dụng chính là đáp ứng thực của mắt người. Tuy nhiên thay đổi này không được ứng dụng vì phiên bản gốc đã trở thành một tiêu chuẩn chính. Cũng vào thời điểm này, CIE cũng cho ra đời chuẩn Lab mà chúng ta sẽ thấy vai trò rất quan trọng của chúng sau này. Trong quá trình phát triển về lý thuyết màu, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu chúng nhằm ứng dụng có hiệu quả hơn trong sản xuất và đời sống. Các thông số định lượng hay có thể đo khách quan về thuộc tính của màu sắc luôn được quan tâm không những bởi các nhà vật lý, mà còn các nhà toán học, các nhà khoa học trong các lĩnh vực khác nhau như y học, nông nghiệp, kỹ thuật công nghệ, quân sự, vv … Cho tới nay, định nghĩa về màu sắc của một vật thể thường được lượng hóa bằng công thức 3: Colour = f(E, R, rgb) (1.1) Trong đó E Năng lượng của nguồn sáng; R Phản xạ ánh sáng của vật thể; rgb Đáp ứng kích thích màu của mắt người. Vì vậy một màu của vật thể lúc nào cũng phụ thuộc vào 3 yếu tố độc lập với nhau, đó là nguồn sáng, bản chất của vật thể và đặc tính tâm sinh lý của người nhìn. Sự thay đổi 3 yếu tố này luôn diễn ra trong thực tế và gây nhiều khó khăn cho việc đánh giá, đo lường, sản xuất, kinh doanh, nghiệm thu các sản phẩm có liên quan đến thuộc tính về màu sắc. 1.2. Các hệ thống màu được dùng phổ biến trong ngành dệt may Để xây dựng công thức lượng hóa các thuộc tính màu sắc của một vật thể như (1.1), người ta phải chuẩn hóa các nguồn sáng, điều kiện quan sát và người quan sát. Với mỗi cách tiếp cận nghiên cứu như thế này người ta có thể xây dựng được một hệ thống công thức tính riêng và phân loại ra những màu sắc riêng. Do đó hiện nay đã xuất hiện nhiều hệ thống đo màu cũng như nhiều không gian màu thích hợp cho từng mục tiêu sử dụng. Tuy nhiên giữa các hệ màu và không gian màu thường có công thức quy đổi nên việc nghiên cứu hết tất cả các hệ đo màu là không cần thiết. Trong ngành dệt may, xác định thuộc tính của màu sắc được dùng để kiểm định chất lượng sản phẩm như độ bền màu, độ lệch màu 17, .., 38 hay phục chế màu trong công nghệ in, nhuộm luôn cần thiết và yêu cầu có mức độ chính xác nhất định. Các thiết bị đo màu phục vụ cho công tác này ngày càng đòi hỏi có độ tin cậy và tiện dụng hơn. Cũng giống như các thiết bị đo màu của các lĩnh vực nghiên cứu khác, hệ thống tính toán và xữ lý dữ liệu đo đều dựa vào các hàm tổng hợp màu theo tiêu chuẩn của Ủy ban quốc tế về chiếu sáng CIE. Do đó mọi tính toán, thiết kế nguyên lý cấu tạo và làm việc của dụng cụ đo màu đều tập trung vào các hệ màu của CIE. 1.2.1. Các định luật Grassman dùng trong phối trộn màu Để xác định các đáp ứng kích thích màu rgb của mắt người theo công thức (1.1), trong các hệ thống đo màu CIE, đặc điểm màu của một vật thể được dựa trên phân bố năng lượng phổ của nguồn sáng, quang phổ phản xạ của vật thể và dựa trên phản ứng của người quan sát trung bình với cảm nhận màu thông thường 2. Sự phản ứng ấy được mô tả bởi nguồn dữ liệu từ những thí nghiệm phối màu do các chùm sáng từ ba tia cơ bản thường là đỏ, lục và dương được phối hợp lại với nhau để tái tạo ra màu sắc của một nguồn sáng khác. Dạng phối hợp này xem như tuân theo các định luật tuyến tính và cộng tác dụng được công bố bởi thí nghiệm của Grassman 14 như sau: Định luật 1: Không gian màu là không gian 3 chiều. Mỗi một kích thích màu với công suất phát tương ứng được tạo thành bằng cách điều chỉnh cường độ của 3 nguồn kích thích của 3 màu cơ bản phù hợp. Gọi R, G, B là 3 kích thích cơ bản; , , là hệ số tỉ lệ từng thành phần kích thích. Gọi X là 1 kích thích màu bất kỳ, ta có: với mỗi kích thích màu X bất kỳ thì chỉ có duy nhất 1 bộ ba (, , ) thỏa: Định luật 2: X = R + G + B (1.2) Kết quả của việc trộn màu chỉ phụ thuộc duy nhất vào đặc trưng sinh lý và không phụ thuộc vào thành phổ của màu. Nghĩa là: với X1 = 1 R + 1 G + 1 B và với X2 = 2 R + 2 G + 2 B, thì: (X1 + X2) = (1+2) R + (1+2) G + (1+2) B (1.3) Một kích thích màu với một công suất phát xạ trong bất kì khoảng bước sóng ánh sáng nào thì tương đương tổng công suất trong cùng khoảng bước sóng đó tạo ra sự trộn màu. Định luật 3: Nếu các thành phần trộn màu được nhân thêm với một hệ số thì kết quả màu nhận được cũng được nhân thêm với cùng một hệ số đó. Nghĩa là, nếu k là một hằng số thì: X, k: kX = k R + k G + k B (1.4) Các định luật Grassman chẳng những cho phép xác định màu bằng số thông qua thực nghiệm mà cũng còn cho phép tính toán bằng các giá trị màu đã được rút ra từ thực nghiệm. Tính chất của định luật này chỉ có hiệu lực cho hỗn hợp màu cộng. Ngoài ra, các định luật này cũng xác định rằng không có ưu tiên nào cho các màu cơ bản. 1.2.2 Hàm tổng hợp màu CIE RGB 1931 Xác định dựa trên cơ sở các thực nghiệm của Guild và Wright công bố vào năm 1931 4, 6,14, hai ông đã sử dụng lần lượt 3 nguồn sáng (xem hình 1.1) có bước sóng lần lượt 700 nm; 546,1 nm và 435,8 nm tương ứng với các màu đỏ, xanh lục và xanh dương. Thực nghiệm được thực hiện với 10 người quan sát, góc quan sát là 20 và nhiệm vụ của họ là điều chỉnh cường độ sáng và vị trí của 3 nguồn sáng đỏ, lục và dương sao cho khi chúng kết hợp với nhau sẽ tạo thành một màu giống màu tham chiếu cho trước. Hình 1.1. Sơ đồ thí nghiệm phối màu từ các nguồn sáng cơ bản Hình 1.2. Hàm tổng hợp màu CIE RGB 1931 với một phần âm Kết quả thu được một hàm tổng hợp màu được ký hiệu là r , hình 1.2. g , b như ở Ở đây ta có thể hiểu rằng, hàm tổng hợp CIE RGB là hàm thể hiện lượng 3 màu cơ bản R, G, B cần thiết để tạo nên các màu trong vùng quang phổ thấy được tương ứng với khoảng bước sóng từ 380 nm đến 780 nm. Theo hệ quả của định luật Grassmann, nếu giá trị 3 màu của tất cả các kích thích đơn sắc được ký hiệu r , xạ S là: g , b thì giá trị 3 màu của 1 kích thích với phân bố phổ phản 780 R S () r () d 380 780 G S () g () d 380 780 B S ()b () d 380 (1.5) 1.2.3. Hàm tổng hợp màu CIE XYZ Do hàm tổng hợp màu của hệ thống phân định màu RGB có chứa phần âm, điều này gây khó khăn cho việc tính toán. Do đó CIE đã đưa ra một hàm tổng hợp màu mới là XYZ. Hệ thống này giải quyết các vấn đề trên. Hàm tổng hợp màu XYZ dựa trên các màu sơ cấp X, Y, Z được tạo ra trên cơ sở lý thuyết thuần tuý do đó chúng không phụ thuộc vào thiết bị như hệ thống RGB. Để chuyển đổi hàm tổng hợp màu RGB có chứa phần âm sang XYZ không chứa phần âm người ta đã thực hiện phép biến đổi tuyến tính: 2.76888 = 1.00000 0.00000 1.75175 4.59070 0.05651 1.13016 r 0.06010 g 5.59427 b (1.6) Giá trị của các hàm kích thích màu công bố trên bảng phụ lục 1. x(), y(), z() thể hiện trên hình 1.3 được CIE Hình 1.3 Hàm tổng hợp màu CIE XYZ Khi đó các thông số màu X, Y, Z của một vật thể tính từ hàm tổng hợp màu CIE sẽ là 11: 780 X K S () x ()R() d 380 780 Y K 380 S () y() R()d 780 Z K S () z()R() d 380 100 780 S () y() d 380 (1.7) Trong đó S(λ) Phổ năng lượng tương đối của nguồn sáng chuẩn theo bước sóng λ; x (), y(), z() Hàm kích thích màu trong không gian XYZ. R(λ) Phổ năng lượng phản xạ của vật thể. Công thức (1.7) là công thức cơ bản để xác định màu của một vật thể phản xạ thường được dùng để tính toán trong đa số các thiết bị đo màu của ngành dệt may. Qua đây cũng thấy rõ, các thông số màu X, Y, Z hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn chiếu sáng S(λ) và năng lượng phản xạ của vật thể R(λ) đối với từng tia sáng chiếu tới có chiều dài sóng nằm trong vùng thấy được của mắt người từ 380 nm 780 nm. Do đó các điều kiện trong thiết bị đo màu cũng phải tuân theo những tiêu chuẩn của CIE hay gần trùng với điều kiện quan sát khi xác định 3 hàm kích thích màu Ba yếu tố để quan sát chuẩn CIE 1931: x(), y(), z() . 1 Góc quan sát chuẩn là 2o, sau này CIE 1964 bổ sung góc quan sát chuẩn 10o với các hàm kích thích màu tương ứng; 2 Nguồn sáng chuẩn được đề nghị là D65, C và A và đưa ra phổ năng lượng của các nguồn sáng đó như hình 1.4 cũng như dữ liệu số trong bảng phụ lục 2. Hình 1.4. Nguồn sáng chuẩn chính theo CIE Nguồn sáng D65 là phổ ánh sáng ban ngày bao gồm cả khu vực tia cực tím, có nhiệt độ màu là 6504 oK; Nguồn sáng C là phổ ánh sáng ban ngày không bao gồm khu vực của tia cực tím, có nhiệt độ màu là 6774 oK; Nguồn sáng A là phổ ánh sáng của đèn tim đốt (incandescent light) có nhiệt độ màu là 2856 oK. Để đa dạng hóa các kết quả đo nhằm phục vụ tốt các điều kiện kiểm định màu cho từng ứng dụng cụ thể, sau này CIE khuyến cáo các thiết bị đo màu sử dụng bổ sung các nguồn sáng F2 (phổ ánh sáng trắng lạnh), F7 (Phổ ánh sáng ban ngày) và F11 (phổ ánh sáng gồm 3 dãy hẹp trắng, lạnh) được mô tả trên hình (1.5). Việc sử dụng rất nhiều nguồn sáng trong thiết bị đo màu sẽ tăng độ phức tạp trong thiết kế và xử lý số liệu tính toán đưa đến giá thành thiết bị cao. Tuy nhiên kết quả nhận được sẽ chính xác và cung cấp cho người sử dụng chi tiết các thông số màu ở mọi điều kiện quan sát. Những thiết bị như thế thường có tên gọi là spectrophotometer. Trong các trường hợp cần thông số màu cho một vài ứng dụng cụ thể không đòi hỏi độ chính xác quá cao, người ta đã sản xuất ra những thiết bị đo màu rút gọn, trong đó chỉ dùng có một nguồn sáng D65 hoặc C để tính toán. Các thiết bị này thường được gọi là colorimeter, chúng có hạn chế vì không phát hiện ra sự thay đổi màu của các vật thể ở các nguồn sáng khác nhau từ cảm nhận của bộ não người. Hình 1.5. Nguồn sáng chuẩn phụ do CIE bổ sung 3 Góc phản xạ phải đảm bảo ánh sáng đến thiết bị đo là ánh sáng khuếch tán, không phải là ánh sáng phản xạ trực tiếp. Để thỏa mãn điều này các nhà chế tạo thiết bị giới thiệu 3 góc đo hình học chính cho máy đo màu 2, 11: Hình 1.6. Góc phản xạ bố trí trong máy đo màu dạng 450 và 045 Mẫu đo được rọi ở góc 45o so với bề mặt và việc nhận ra ánh sánh phản xạ tại góc gần với phương thẳng đứng (góc đo hình học 450 hình 1.6). Ở trường hợp này người ta thường bố trí nhiều nguồn sáng như nhau nằm trên một vòng tròn để đảm bảo ánh sáng khuếch tán phản xạ từ vật thể có bề mặt không trơn láng đẳng hướng như vải đưa đến đều hơn, không bị ảnh hướng bởi vị trí hay chiều hướng mẫu đo trên thiết bị; Ngược lại với trường hợp trên góc đo hình học 045; Ánh sáng được chiếu lên mẫu đo theo mọi hướng, sử dụng quả cầu tích phân và việc nhận ra ánh sáng phản xạ tại điểm gần vuông góc với mẫu đo (góc đo hình học d0 hoặc thông thường là d8 xem hình 1.7). Hình 1.7. Đo ánh sáng phản xạ dùng quả cầu tích phân 1.3. Không gian màu Tập hợp các màu sắc có được của mỗi hệ đo màu thường mô tả bởi 3 tọa độ tương ứng với 3 thông số màu và được gọi là không gian màu. Hình 1.8. Không gian màu CIE RGR chuyển đổi qua không gian màu CIE XYZ Không gian màu được dùng để xác định vị trí một màu của vật thể nhằm phục vụ cho công tác phân loại, sắp xếp, tái hiện hay phục chế ra chúng tương ứng với phạm vi ứng dụng màu trong một lĩnh vực nào đó. Trong ngành dệt may thường thấy xuất hiện nhiều không gian màu khác nhau do nhà sản xuất xây dựng nên. Ở ngành nhuộm, tùy theo hãng sản xuất thuốc nhuộm và phần mềm pha chế người ta có thể dùng không gian màu khác với không gian màu của nhà sản xuất chỉ may hoặc chỉ thêu, nơi sản phẩm được định hướng cho người sử dụng lựa chọn. Trong ngành in, tùy thuộc thiết bị tạo hình, máy in và phần mềm máy tính người ta sử dụng không gian màu khác thích hợp cho việc phục chế màu hơn. Điều này cũng đúng với ngành công nghiệp sản xuất màn hình cho ti vi, máy tính, điện thoại di động, chúng cần một không gian màu thích hợp cho phần cứng phát các tia sáng màu phối hợp nên hình ảnh. Tuy nhiên mỗi không gian màu cũng có những hạn chế riêng của nó, không thể tái hiện bao hàm hết tất cả các màu có trên đời và mật độ phân bố màu không phải lúc nào cũng đều ở mọi nơi. Thông thường vẫn có một phép ánh xạ 1 1 từ không gian màu này đến không gian màu kia, nói cách khác màu của một vật thể có tọa độ nào đó trong không gian này thì cũng có một tọa độ nào đó trong không gian kia và chúng có quan hệ toán học nhất định. Sau nhiều lần cập nhật, không gian màu CIE XYZ 1931 được bổ sung bằng không gian màu 1964, 1976 với góc nhìn 10o được coi là không gian màu chuẩn của thế giới và mọi tính toán về màu sắc đều qui về các thông số chuẩn của hệ thống này. Ngoài 3 thông số màu cơ bản X, Y, Z xác định tọa độ màu như trên hình 1.8, người ta còn sử dụng biểu đồ màu CIE Yxy từ phép biến đổi: x X X Y Z y Y X Y Z z Z X Y Z 1 x y (1.8) Qua đó một màu có thể biểu diễn bởi một điểm trên mặt phẳng xy vì tọa độ z là tọa độ phụ thuộc (xem hình 1.9). Biểu đồ màu này không chỉ bao nhiêu ánh sáng phản xạ từ mẫu và do đó không biết màu đó sáng hay tối. Một màu thật phải được mô tả bởi 3 thông số nên hai màu có cùng một bộ giá trị x, y và Y đối với một nguồn sáng nhất định và quan sát viên chuẩn là giống nhau trong các điều kiện xác định. Tọa độ màu Yxy của CIE cũng thường được sử dụng trong tính toán và có thể chuyển đổi ngược về tọa độ XYZ hay các tọa độ của không gian màu khác. Hình 1.8. Biểu đồ màu CIE Yxy Không gian màu CIELAB 1976 hay còn gọi CIE L,a,b là kết quả của sự biến đổi toán học từ hệ thống CIE XYZ. Kết quả của sự biến đổi này là nhận được một không gian đồng nhất trong khoảng cách màu. Điều này vô cùng quan trọng trong công tác xác định độ lệch màu, chúng làm chuẩn dung sai cho các nhà công nghệ thực hiện phục chế hay tái tạo màu, cho phép đánh giá chất lượng sản phẩm dệt may theo tiêu chuẩn màu như độ bền màu, độ đều màu … Không gian màu CIELAB có hệ tọa độ vuông góc, mỗi tọa độ màu được thể hiện qua 3 thông số L, a, b đã đơn giản hơn rất nhiều, đặc biệt 3 thông số này khá chính xác vì mỗi một trục tọa độ được chia ra thành hàng trăm đơn vị, hơn nữa 3 thông số L, a, b khá tương quan với sự mô tả bằng màu sắc của mắt người; sự tương quan giữa a và b cho phép phán đoán được sắc màu và độ thuần sắc của nó (xem hình 1.10). Hình 1.10. Không gian màu CIE Lab Công thức chuyển đổi tọa độ từ CIE XYZ qua CIE Lab được quy định như sau: L 116 Y 1 3 16 n X 1 3 Y 1 3 a 500 X n n (1.9) Y 1 3 Z 1 3 b 200 Yn E Zn Trong đó: X, Y, Z Giá trị kích thích 3 màu XYZ của mẫu đo; Xn, Yn, Zn Giá trị kích thích 3 màu XY khi vật phản xạ khuếch tán hoàn toàn; ΔE Độ lệch màu trong không gian CIE Lab. Chương 2 THIẾT KẾ DỤNG CỤ ĐO MÀU 2.1. Nguyên lý làm việc dụng cụ đo màu Màu sắc của một vật thể là kết quả của ánh sáng phát đi từ vật đó tạo nên cảm nhận trong não người thông qua mắt, chúng phụ thuộc vào 3 yếu tố: nguồn sáng, vật thể và mắt người. Để nhận dạng và đo lường màu sắc, trong sản xuất cũng như trong nghiên cứu, học tập người ta dùng các dụng cụ hay thiết bị đánh giá định lượng được gọi là máy đo màu (colorimeter, spectophotometer). Về nguyên tắc, dụng cụ đo phải ghi nhận được kết quả tương tự cảm nhận của mắt người hay tiến trình cảm nhận màu phải được mô phỏng lại trong các dụng cụ đo. Hình 2.1. Sự tương quan giữa mắt người thấy màu và thiết bị đo màu Theo lý thuyết màu đã biết ở chương 1, giá trị màu của một vật thể được mô tả bằng các thông số X, Y, Z được tính như tích số phân bố phổ năng lượng của nguồn sáng S(λ) với độ phản xạ R(λ) của bề mặt đo và với bộ ba hàm số đáp ứng kích thích màu của mắt quan sát viên. Chúng được cụ thể hóa bằng công thức (1.7). Để có một thiết bị đo màu thoả các điều kiện trên người ta cần thiết kế một hệ thống phát tia sáng theo từng bước sóng liên tục từ 320 nm đến 780 nm đến vật thể đo và một hệ thống thu nhận đo năng lượng phản xạ các tia sáng từ vật thể đó đảm bảo các điều kiện về góc nhìn giống như các quan sát viên thí nghiệm khi xây dựng các hàm kích thích màu chuẩn. Kết quả nhận được là hàm R(λ) hay phổ phản xạ của vật thể cần đo và các trị số X, Y, Z có thể tính trực tiếp theo công thức đã biết theo các chuẩn nguồn sáng S(λ), các hàm kích thích màu xác đến 5 số thập phân. x(), y(), z() đã được CIE công bố với độ chính Những dụng cụ đo màu được dùng trong các phòng thí nghiệm hoặc nhà máy dệt may hiện nay vẫn sử dụng nguyên lý này nên cần phải trang bị một hệ thống quang học có độ chính xác cao để tập trung nguồn sáng phản xạ, chia tách chúng thành các tia đơn sắc để xử lý, do đó các thiết bị này thường phức tạp và mong manh, giá thành tương đối cao, vượt quá khả năng của các nhà sản xuất quy mô vừa hoặc nhỏ, nhất là ở các doanh nghiệp may. Trong quá khứ, độ nhạy của các linh kiện điện tử cảm biến ánh sáng phản xạ còn thấp nên các thiết bị đo màu cần tập trung năng lượng tia phản xạ từ vật thể ở mức độ lớn đáng kể nên phương án dùng quả cầu tích phân được ưu tiên chọn lựa. Tuy nhiên chúng cần phải chế tạo chính xác mà hiện nay trình độ công nghệ trong nước vẫn chưa cho phép. Những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật người ta đã tạo ra các bộ cảm biến màu chính xác có kích thước nhỏ, độ nhạy cao và giá thành rẻ nên việc thiết kế đầu đo, tách tia đơn sắc được giảm nhẹ hơn, từ đó có nhiều nguyên lý mới ra đời, có thể mô tả điển hình như sau: Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Spectrophotometer thế hệ mới Dùng nhiều photodiode dạng dãy thu nhận tín hiệu ánh sáng phản xạ được tách tia bằng cách tử (diffraction grating). Quá trình xử lý tín hiệu sau đó được giao cho vi điều khiển đảm trách (hình 2.2). Với nguyên lý như vậy, dụng cụ đo không có chi tiết chuyển động cơ học, với số lượng diode cảm biến nhiều (khoảng 128 đơn vị hoặc hơn) nên các bước sóng của tia sáng tính toán xem như gần liên tục (độ phân giải đạt được tới 2 nm) do đó kết quả nhận được sẽ chính xác và tin cậy cao. Tuy nhiên hiện nay các photodiode dạng dãy chuyên dùng như thế không phổ biến trên thị trường nên chúng ta muốn nghiên cứu sử dụng chúng để chế tạo thiết bị cũng sẽ gặp khó khăn nhất định. Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Colorimeter thế hệ mới Dùng một số ít cảm biến màu (cảm biến ánh sáng có lắp kính lọc), thông thường thu nhận ánh sáng phản xạ có bước sóng nằm trong vùng 3 màu cơ bản (đỏ, lục và dương). Quá trình xử lý tín hiệu cũng giao cho một vi điều khiển đảm trách (hình 2.3). Do số cảm biến ít nên việc tính các giá trị kích thích màu của vật thể sẽ không chính xác nếu dùng công thức (1.7). Thông thường người ta dùng ma trận biến đổi để thực hiện phép ánh xạ từ không gian màu thu nhận được đến không gian màu chuẩn của CIE. Điều này sẽ gây nên sai số và chỉ dùng cho các trường hợp đơn giản, không cần độ chính xác đo cao. Tuy nhiên hiện nay các cảm biến màu dạng này đang được bán phổ biến trên thị trường linh kiện điện tử ở nước ta với giá không cao nên chúng là cơ sở đầu tiên cho việc chọn lựa, thiết kế dụng cụ đo màu trong công trình này. 2.2. Cấu tạo và các thành phần cơ bản của dụng cụ đo màu thiết kế Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc của dụng cụ đo màu thiết kế. Mô hình nguyên lý làm việc của dụng cụ đo được thiết kế theo hình 2.4 bao gồm: ● Nguồn sáng D là 6 đèn led 5 mm, bố trí trên một vòng tròn để chiếu đều lên mẫu đo, ánh sáng led màu trắng có tuổi thọ cao và quang thông ổn định. Chúng được lắp đặt để chiếu lên mảnh vải mẫu ở các góc 45o so với mặt phẳng ngang, hay theo nguyên lý góc đo 45o0 2, 11. Phổ năng lượng ánh sáng S(λ) của led được mô tả trên hình 2.5.b và có thể kiểm định chính xác trong phòng thí nghiệm chuyên dùng; Hình 2.5.a: Hàm S(λ) theo % phổ năng Hình 2.5.b: Hàm S(λ) phổ năng lượng lượng tương đối tính theo CIE của đèn led màu trắng thí nghiệm. (D65 và Illuminant A) ● Cảm biến màu TCS3200 15 được đặt trên board mạch chính, lắp bên trong thân của dụng cụ đo, có phương song song với bề mặt vải. mặt làm việc của cảm biến nằm trong ống bảo vệ nhằm ngăn ánh sáng từ ngoài vào. Do đó, cảm biến màu chỉ nhận được ánh sáng khuếch tán từ vải do các tia màu trắng của các đèn led tạo ra, góc nhìn của cảm biến đối với vòng tròn chiếu sáng của mẫu là 10o. Hình 2.6. cảm biến màu TCS3200 của hãng Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc. (Mỹ) Cảm biến TCS3200 (hình 2.6) là linh kiện dạng SOIC gồm 64 photodiode chia làm 4 nhóm đặt trên mặt vuông có kích thước 1 x 1 mm, trong đó nhóm 1 là 16 photodiode được gắn kính lọc màu đỏ, nhóm 2 là 16 photodiode được gắn kính lọc màu xanh lục, nhóm 3 là 16 photodiode được gắn kính lọc màu xanh dương và nhóm 4 là 16 photodiode không gắn kính lọc nào cả. Cảm biến có nhiệm vụ biến đổi cường độ ánh sáng chiếu vào thành xung tín hiệu digital ở đầu ra 6. Các chân S2, S3 dùng để chọn nhóm diode màu làm việc, S0 và S1 là các chân chọn tỉ lệ khuếch đại tần số xung ở đầu ra. Do có 16 diode bố trí xen kẽ trên mặt vuông nên tổng hợp năng lượng ánh sáng vào cho cả một nhóm màu để xuất ra tín hiệu xung đã cho phép cảm biến có độ nhạy cao, mức ổn định và tin cậy lớn, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ nguồn cấp điện và các điều kiện về môi trường xung quanh. Mặt khác, tín hiệu điều khiển chọn màu và hệ số khuếch đại cũng như tín hiệu xung ra dạng đều digital theo chuẩn CMOS do đó tương thích với đa số các vi điều khiển có phổ biến trên thị trường nước ta hiện nay. Với những cơ sở đó đã cho phép các nhà lập trình nhúng xây dựng được những phần mềm xử lý tín hiệu thể hiện mức phản xạ của từng màu riêng của vật thể đo có dạng RGB tương đối giống như cảm nhận của các tế bào trong mắt người. Trong trường hợp này, não người nhận được tín hiệu nào đó mô tả màu sắc của vật thể thì cũng tương đương trên màn hình máy đo sẽ hiện những thông số của màu sắc được xử lý bởi vi điều khiển từ việc đếm xung nhận được từ 4 nhóm photodiode trong quá trình đo. Ở đây thông số màu nhận được phải quy đổi theo chuẩn CIE XYZ hay CIE Lab. Dựa vào nguyên lý xác định các hàm kích thích màu chuẩn của CIE như đã trình bày ở chương 1, cảm biến TCS3200 sử dụng các photodiode dùng cho từng màu riêng biệt của cảm biến để nhận dạng. Theo tài liệu của hãng TAOS 15, phổ đáp ứng màu của cảm biến này có dạng như hình 2.7.b. Hình 2.7.a: Hàm phối màu đối với Hình 2.7.b: Hàm đáp ứng màu quan sát viên chuẩn CIE 1964 của các diode trong cảm biến TCS3200 ● Vi điều khiển 8 bit ATMEGA 32 của hãng ATMEL, màn hình LCD để hiển thị kết quả và các nút bấm tạo lệnh được hàn chung trên một board mạch với cảm biến. Nguồn điện lưới từ bên ngoài thông qua 1 adapter 5 VDC cung cấp năng lượng cho toàn hệ thống. Với thiết kế tương đối gọn, nhỏ cho phép chúng ta chế tạo được ở trong nước dụng cụ đo cầm tay, tiện dụng cho các công tác kiểm nghiệm ngoài sản xuất. ● Phần mềm nhúng được phân tích thiết kế và lập trình để nạp vào vi điều khiển nhằm xử lý tín hiệu từ các diode cảm biến màu và xung đáp ứng của TCS3200 phát ra. Số lượng xung nhận được trong một đơn vị thời gian sẽ tỉ lệ với cường độ của phổ màu ánh sáng tới từng nhóm diode cảm biến tương ứng. ● Dụng cụ đo màu dạng cầm tay được thiết kế gồm 2 phần: Đế và thân, chúng được nối với nhau bởi một khớp quay để tạo phần hở giúp đặt mẫu vải vào đầu đo. Tất cả các phần thân, đế đều dùng vật liệu Polyester nhiệt rắn và tạo hình bằng phương pháp đúc sau đó gia công tinh trên máy cắt gọt để đảm bảo độ chính xác cần thiết. Cả dụng cụ chỉ có vài chi tiết bằng kim loại là chốt quay và các vít giữ board mạch và mặt nạ điều khiển.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DỤNG CỤ ĐO ĐỘ LỆCH MÀU VÀ ĐỘ BỀN MÀU VẢI Mã số: Chủ nhiệm đề tài: ThS TP HỒ CHÍ MINH, 20 MỤC LỤC Mục lục .iii Thông tin kết nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ cấp trường .iv Lời nói đầu vi Chương 1: Cơ sở lý thuyết màu sắc công thức đo màu 1.1 Lý thuyết màu sắc 1.2 Các hệ thống màu dùng phổ biến ngành dệt may 1.3 Không gian màu 12 Chương 2: Thiết kế chế tạo dụng cụ đo màu 17 2.1 Nguyên lý làm việc máy đo màu 17 2.2 Cấu tạo thành phần dụng cụ đo màu 20 2.3 Cấu trúc thuật toán xử lý liệu phần mềm điều khiển 24 2.4 Mô tả thông số thị dụng cụ đo màu .26 Chương 3: Phân tích kết đo dụng cụ kết luận 29 3.1 Sai số ban đầu dụng cụ đo chế tạo 30 3.2 Phân tích sai số dụng cụ đo .31 3.3 Kết luận 36 Các cơng trình liên quan cơng bố 37 Tài liệu tham khảo vii Phụ lục 1: Trị giá hàm kích thích màu theo tiêu chuẩn CIE ix Phụ lục 2: Phổ lượng chuẩn nguồn sáng D65 A .xi Phụ lục 3: Các liệu thí nghiệm máy đo kiểm định máy đo thiết kế xiv Phụ lục 4: Source code phần mềm nhúng ngôn ngữ C cho vi điều khiển ATmega32 color sensor TCS3200 xxiii Thuyết minh đề tài khoa học công nghệ cấp trường xxxix LỜI NĨI ĐẦU Tiêu chí đánh giá màu sắc đóng vai trò quan trọng sản xuất nâng cao chất lượng sản phẩm ngành dệt may Việc xác định độ lệch màu, độ màu, độ bền màu… dẫn đến đo cường độ chùm tia sáng theo dải sóng Để thực cơng việc cần dụng cụ đo xác, đắt tiền thường vượt khả đầu tư doanh nghiệp vừa nhỏ Để kiểm tra chất lượng bán thành phẩm dây chuyền sản xuất may công nghiệp khâu giao nhận theo hợp đồng loại nguyên liệu hay sản phẩm cuối cùng, màu sắc thường đánh giá dựa vào giác quan người nên dễ xảy rủi ro tranh chấp Nội dung nghiên cứu trình bày cơng trình thiết kế chế tạo loại dụng cụ đo màu khách quan, có cấu tạo đơn giản làm việc tương đối tin cậy, độ xác chấp nhận sản xuất kinh doanh nước ta Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀU SẮC VÀ CÔNG THỨC ĐO MÀU 1.1 Lý thuyết màu sắc Màu tượng phức tạp mang chất vật lý tính chất tâm lý, chất màu sắc mà mắt người cảm nhận dựa bước sóng ánh sáng, bước sóng khác tạo màu khác nhau, vật ánh sáng chiếu vào phản xạ trở lại thị giác ghi nhận Do màu cảm nhận bao gồm ba yếu tố: nguồn sáng, vật thể người quan sát Ánh sáng từ mặt trời hay nguồn sáng khác chiếu vào vật thể, chúng phản xạ vật thể đến thành phần thu nhận tín hiệu mắt ta, sau tín hiệu não diễn dịch thành thứ gọi màu [1, 2] Màu sắc vấn đề nhận thức nhận định chủ quan người, theo cảm giác mặt tâm lý người đưa quan niệm màu sắc hay nói cách khác ngơn ngữ màu sắc Quá trình cảm nhận màu sắc người phức tạp chưa hiểu trọn vẹn Qua nhiều năm, nhiều lý thuyết cảm nhận màu đưa nhằm giải thích việc nhìn màu Các lý thuyết xếp từ đơn giản đến phức tạp, lý thuyết phức tạp đưa lời giải thích hợp lý tượng cảm nhận màu Vì lý thuyết phức tạp khơng xây dựng mơ hình đơn giản nên cần xem xét từ lý thuyết đơn giản đến lý thuyết phức tạp[3, 4] Những nghiên cứu màu sắc thời cổ đại [1] Năm 800 trước cơng ngun, người Ấn Độ Upanishads tìm mối liên hệ màu, năm 400 trước công nguyên, nhà triết học Plato cho ánh sáng hay tia lửa phát từ mắt người, người thấy vật Epicurus cho vật tác động vào mắt người [6] Năm 334 trước công nguyên Aristotle khám phá việc trộn lẫn hai màu sắc với tạo màu thứ ba ông ta dùng mảnh kiếng màu vàng màu xanh lam để có màu xanh Ơng ta phát nhờ ánh sáng xuyên qua [2] Vào thiên niên kỷ thứ nhất, Abu mohammed Ibn al Hazen cho hình ảnh tạo thành từ mắt người [1] -4- Hệ thống màu sắc lâu đời biết đến giá trị đặt tên xuất phát từ A.S Forsius người Phần Lan [6], ơng có ý tưởng giới thiệu bốn sắc màu bản, áp dụng cho mơ hình màu xám mà chạy từ sáng đến tối dọc theo trục trung tâm hình cầu Các màu sắc bề mặt hình cầu xếp theo cách ba cặp đối lập tạo ra: màu đỏ màu xanh, màu vàng xanh cây, trắng đen Trong thời trung cổ cịn có nhiều cơng trình thí nghiệm, nghiên cứu màu vào kỷ 15 Thời kỳ phục hưng, Leonardo da Vinci đưa số khái niệm q trình cảm nhận màu, hệ thống màu, ơng đưa số quy luật màu tương phản (Đen – Trắng, Đỏ cờ - Xanh lục, Vàng - Xanh tím) Những nghiên cứu ơng ảnh hưởng đến nghiên cứu sau Năm 1666 Isaac Newton phát triển vịng màu Newton hữu dụng Ơng bắt đầu nghiên cứu màu tuổi 23, ông thực thí nghiệm tiếng lăng kính ánh sáng Khi chiếu chùm ánh sáng liên tục qua lăng kính, xuất cầu vòng cạnh bên lăng kính Newton xếp màu vòng tròn, từ Đỏ cờ đến màu chàm, sau ơng nối hai màu màu tím để ghép hai đầu phổ màu lại với Vòng trịn màu bước cho nghiên cứu sau Khám phá ông đặt tảng cho biểu diễn màu sắc, dẫn đến chuẩn màu vật lý dựa đo xạ, phép đo màu (colorimetry) ngày [1, 4, 11, 12, 14] Vào năm 1772 Johann Ignaz Schiffermüller nhà côn trùng học tự nhiên học cho rằng: Một vòng tròn màu sắc dựa bốn màu sắc, màu đỏ, xanh dương, xanh màu vàng, chia thành x = 12 phân đoạn vịng trịn màu sắc ơng cung cấp với tên kỳ lạ: màu xanh dương, xanh biển, xanh lá, ô liu, xanh, vàng vàng, cam, đỏ lửa, đỏ, đỏ, tím, đỏ, tím, xanh lửa màu xanh lam Vào năm 1776 Moses Harris nhà côn trùng học, nhà điêu khắc, nhà tự nhiên học người Anh tạo bánh xe màu nghệ sĩ thiết kế đặc biệt trợ giúp để pha trộn màu sắc: Hệ thống tự nhiên màu sắc Trong tác phẩm này, Harris, xem xét công việc Newton cố gắng để bộc lộ vơ số màu sắc tạo từ ba Harris muốn hiểu mối quan hệ màu sắc Thomas Young đưa ba yếu tố đặc trưng cho trình cảm nhận màu vào năm 1802 suy luận mắt người có thành phần cảm nhận màu khác Ba thành phần nhạy cảm với ba màu Đỏ cờ, xanh tím, xanh lục Chính ý tưởng góp phần thúc đẩy Hermann von Helmholtz nghiên cứu thuyết cảm nhận màu, thuyết gọi lý thuyết Young-Helmholtz Vào năm 1810 Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832) nhà khoa học nhà vật lý, ông nhà thơ Ông bác bỏ lý thuyết Newton cho ánh sáng bao gồm tất màu sắc Ông khẳng định màu sắc tạo thành trộn ánh sáng với bóng tối tuyên bố ánh sáng mà người nhìn thấy dựa cảm nhận, ông đặc biệt ý đến đường viền vạch phổ, vấn đề mà ơng cho Newton chưa xác lắm, cho dù phân tích Goethe Newton chưa xác cho có giá trị Những luận điểm Goethe bước trung gian lịch sử sắc màu Trong vòng tròn màu, Goethe gọi màu Red (đỏ cờ), Yellow (vàng), Blue (xanh dương) ba màu chính, cịn màu Cam màu phụ Tuy nhiên phối trộn không Trên thực tế ta trộn ba màu khơng tạo thành màu Đen, tạo màu nâu Mặc dù Goethe thành công lĩnh vực văn chương lời giải ông màu bị quên lãng Năm 1860, James Clerk Maxwell khảo sát việc sử dụng ba thành phần màu nhận khơng có kết hợp thành phần màu để tái tạo lại toàn vùng màu nhận biết Ông lập luận giá trị màu không đơn phổ màu có độ bão hồ cao tái tạo nhièui màu Maxwell nhận thấy tơng màu độ bão hồ màu cịn có độ sáng Những nghiên cứu James Clerk Maxwell xem móng máy đo màu đại Vào năm 1890 Ewald Hering thách thức, tầm nhìn lý thuyết màu sắc Hermann von Helmholtz Hering "Lý thuyết tầm nhìn màu sắc”.Ơng phát triển lý thuyết cảm nhận màu Thuyết gọi Thuyết đối nghịch Albert Munsell H phát minh hệ thống màu Munsell, nỗ lực đầu tạo hệ thống mơ tả xác cho số lượng màu sắc, vào năm 1915 xuất sách “bản đồ hệ thống màu Munsell” Năm 1931, Wilhelm Ostwald tạo màu sắc tinh khiết tương tự xung quanh đường xích đạo Từ có mơ hình thống màu trắng màu đen Các thí nghiệm chi tiết thực năm 1920 màu Red (đỏ cờ), Green (xanh lục), Blue (xanh dương) tổng hợp tất màu quan sát khoảng gọi khoảng phục chế màu không gian màu (gamut), chúng tổng hợp tất màu phổ khả biến, đặc biệt màu xanh tím Năm 1931, Uỷ ban Quốc tế màu chiếu sáng đưa chuẩn CIE vào sử dụng ứng dụng kỹ thuật công nghệ Ba giá trị XYZ dựa ba đáp ứng mắt người với ba màu đỏ, lục dương người ta vẽ không gian ba chiều với trục X, Y, Z chuyển thành hai chiều thực phép biến đổi tuyến tính [2, 4, 7, 8, 14] Chuẩn có thay đổi nhỏ vào năm 1964 (thay đổi đường viền ngoài) trạng thái thay đổi đường viền biểu diễn độ bão hoà màu, xa màu trắng trung tâm độ bão hoà cao Năm 1976, người ta thay đổi sắc ký màu thêm lần nữa, điểm màu trắng xuất Đồng thời đường cong sử dụng đáp ứng thực mắt người Tuy nhiên thay đổi không ứng dụng phiên gốc trở thành tiêu chuẩn Cũng vào thời điểm này, CIE cho đời chuẩn L*a*b* mà thấy vai trò quan trọng chúng sau Trong trình phát triển lý thuyết màu, có nhiều cơng trình nghiên cứu chúng nhằm ứng dụng có hiệu sản xuất đời sống Các thông số định lượng hay đo khách quan thuộc tính màu sắc ln quan tâm khơng nhà vật lý, mà nhà toán học, nhà khoa học lĩnh vực khác y học, nông nghiệp, kỹ thuật công nghệ, quân sự, vv … Cho tới nay, định nghĩa màu sắc vật thể thường lượng hóa cơng thức [3]: Colour = f(E, R, r-g-b) Trong (1.1) E - Năng lượng nguồn sáng; R - Phản xạ ánh sáng vật thể; r-g-b - Đáp ứng kích thích màu mắt người Vì màu vật thể lúc phụ thuộc vào yếu tố độc lập với nhau, nguồn sáng, chất vật thể đặc tính tâm sinh lý người nhìn Sự thay đổi yếu tố diễn thực tế gây nhiều khó khăn cho việc đánh giá, đo lường, sản xuất, kinh doanh, nghiệm thu sản phẩm có liên quan đến thuộc tính màu sắc 1.2 Các hệ thống màu dùng phổ biến ngành dệt may Để xây dựng cơng thức lượng hóa thuộc tính màu sắc vật thể (1.1), người ta phải chuẩn hóa nguồn sáng, điều kiện quan sát người quan sát Với cách tiếp cận nghiên cứu người ta xây dựng hệ thống cơng thức tính riêng phân loại màu sắc riêng Do xuất nhiều hệ thống đo màu nhiều khơng gian màu thích hợp cho mục tiêu sử dụng Tuy nhiên hệ màu khơng gian màu thường có cơng thức quy đổi nên việc nghiên cứu hết tất hệ đo màu không cần thiết Trong ngành dệt may, xác định thuộc tính màu sắc dùng để kiểm định chất lượng sản phẩm độ bền màu, độ lệch màu [17, , 38] hay phục chế màu công nghệ in, nhuộm cần thiết yêu cầu có mức độ xác định Các thiết bị đo màu phục vụ cho công tác ngày địi hỏi có độ tin cậy tiện dụng Cũng giống thiết bị đo màu lĩnh vực nghiên cứu khác, hệ thống tính tốn xữ lý liệu đo dựa vào hàm tổng hợp màu theo tiêu chuẩn Ủy ban quốc tế chiếu sáng CIE Do tính tốn, thiết kế nguyên lý cấu tạo làm việc dụng cụ đo màu tập trung vào hệ màu CIE 1.2.1 Các định luật Grassman dùng phối trộn màu Để xác định đáp ứng kích thích màu r-g-b mắt người theo cơng thức (1.1), hệ thống đo màu CIE, đặc điểm màu vật thể dựa phân bố lượng phổ nguồn sáng, quang phổ phản xạ vật thể dựa phản ứng người quan sát trung bình với cảm nhận màu thơng thường [2] Sự phản ứng mô tả nguồn liệu từ thí nghiệm phối màu chùm sáng từ ba tia thường đỏ, lục dương phối hợp lại với để tái tạo màu sắc nguồn sáng khác Dạng phối hợp xem tuân theo định luật tuyến tính cộng tác dụng cơng bố thí nghiệm Grassman [14] sau: Định luật 1: Không gian màu không gian chiều Mỗi kích thích màu với cơng suất phát tương ứng tạo thành cách điều chỉnh cường độ nguồn kích thích màu phù hợp Gọi R, G, B kích thích bản; α, β, γ hệ số tỉ lệ thành phần kích thích Gọi X kích thích màu bất kỳ, ta có: với kích thích màu X có ba (α, β, γ ) thỏa: X = αR + β G + γ B (1.2) Định luật 2: Kết việc trộn màu phụ thuộc vào đặc trưng sinh lý không phụ thuộc vào thành phổ màu Nghĩa là: với ∀X1 = α1 R + β1 G + γ1 B với ∀X2 = α2 R + β2 G + γ2 B, thì: (X1 + X2) = (α1+α2) R + (β1+β2) G + (γ1+γ2) B (1.3) Một kích thích màu với cơng suất phát xạ khoảng bước sóng ánh sáng tương đương tổng cơng suất khoảng bước sóng tạo trộn màu Định luật 3: Nếu thành phần trộn màu nhân thêm với hệ số kết màu nhận được nhân thêm với hệ số Nghĩa là, k số thì: ∀X, k: kX = kα R + kβ G + kγ B (1.4) Các định luật Grassman cho phép xác định màu số thông qua thực nghiệm mà cịn cho phép tính tốn giá trị màu rút từ thực nghiệm Tính chất định luật có hiệu lực cho hỗn hợp màu cộng Ngoài ra, định luật xác định khơng có ưu tiên cho màu 1.2.2 Hàm tổng hợp màu CIE RGB 1931 Xác định dựa sở thực nghiệm Guild Wright công bố vào năm 1931 [4, 6,14], hai ông sử dụng nguồn sáng (xem hình 1.1) có bước sóng 700 nm; 546,1 nm 435,8 nm tương ứng với màu đỏ, xanh lục xanh dương Thực nghiệm thực với 10 người quan sát, góc quan sát 20 nhiệm vụ họ điều chỉnh cường độ sáng vị trí nguồn sáng đỏ, lục dương cho chúng kết hợp với tạo thành màu giống màu tham chiếu cho trước Hình 1.1 Sơ đồ thí nghiệm phối màu từ nguồn sáng Hình 1.2 Hàm tổng hợp màu CIE RGB 1931 với phần âm Kết thu hàm tổng hợp màu ký hiệu r(λ ) , g(λ ) , b(λ ) hình 1.2 Ở ta hiểu rằng, hàm tổng hợp CIE RGB hàm thể lượng màu R, G, B cần thiết để tạo nên màu vùng quang phổ thấy tương ứng với khoảng bước sóng từ 380 nm đến 780 nm Theo hệ định luật Grassmann, giá trị màu tất kích thích đơn sắc đư ợc ký hiệ u r( λ ), xạ S g(λ ) , b(λ ) giá trị màu kích thích với phân bố phổ phản (λ ) là: 780 ∫ 780 R = S (λ ) r (λ) dλ 380 G= S (λ) g (λ) dλ Chương THIẾT KẾ DỤNG CỤ ĐO MÀU 2.1 Nguyên lý làm việc dụng cụ đo màu Màu sắc vật thể kết ánh sáng phát từ vật tạo nên cảm nhận não người thông qua mắt, chúng phụ thuộc vào yếu tố: nguồn sáng, vật thể mắt người Để nhận dạng đo lường màu sắc, sản xuất nghiên cứu, học tập người ta dùng dụng cụ hay thiết bị đánh giá định lượng gọi máy đo màu (colorimeter, spectophotometer) Về nguyên tắc, dụng cụ đo phải ghi nhận kết tương tự cảm nhận mắt người hay tiến trình cảm nhận màu phải mô lại dụng cụ đo Hình 2.1 Sự tương quan mắt người thấy màu thiết bị đo màu Theo lý thuyết màu biết chương 1, giá trị màu vật thể mô tả thông số X, Y, Z tính tích số phân bố phổ lượng nguồn sáng S(λ) với độ phản xạ R(λ) bề mặt đo với ba hàm số đáp ứng kích thích màu mắt quan sát viên Chúng cụ thể hóa cơng thức (1.7) Để có thiết bị đo màu thoả điều kiện người ta cần thiết kế hệ thống phát tia sáng theo bước sóng liên tục từ 320 nm đến 780 nm đến vật thể đo - 23 - hệ thống thu nhận đo lượng phản xạ tia sáng từ vật thể đảm bảo điều kiện góc nhìn giống quan sát viên thí nghiệm xây dựng hàm kích thích màu chuẩn Kết nhận hàm R(λ) hay phổ phản xạ vật thể cần đo trị số X, Y, Z tính trực cơng thức biết theo chuẩn nguồn sáng S(λ), hàm kích thích màu x(λ), y(λ), z(λ) CIE công bố với độ xác đến số thập phân Những dụng cụ đo màu dùng phịng thí nghiệm nhà máy dệt may sử dụng nguyên lý nên cần phải trang bị hệ thống quang học có độ xác cao để tập trung nguồn sáng phản xạ, chia tách chúng thành tia đơn sắc để xử lý, thiết bị thường phức tạp mong manh, giá thành tương đối cao, vượt khả nhà sản xuất quy mô vừa nhỏ, doanh nghiệp may Trong khứ, độ nhạy linh kiện điện tử cảm biến ánh sáng phản xạ thấp nên thiết bị đo màu cần tập trung lượng tia phản xạ từ vật thể mức độ lớn đáng kể nên phương án dùng cầu tích phân ưu tiên chọn lựa Tuy nhiên chúng cần phải chế tạo xác mà trình độ cơng nghệ nước chưa cho phép Những năm gần đây, với tiến khoa học kỹ thuật người ta tạo cảm biến màu xác có kích thước nhỏ, độ nhạy cao giá thành rẻ nên việc thiết kế đầu đo, tách tia đơn sắc giảm nhẹ hơn, từ có nhiều nguyên lý đời, mơ tả điển sau: Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc Spectrophotometer hệ - Dùng nhiều photodiode dạng dãy thu nhận tín hiệu ánh sáng phản xạ tách tia cách tử (diffraction grating) Q trình xử lý tín hiệu sau giao cho vi điều khiển đảm trách (hình 2.2) Với nguyên lý vậy, dụng cụ đo chi tiết chuyển động học, với số lượng diode cảm biến nhiều (khoảng 128 đơn vị hơn) nên bước sóng tia sáng tính tốn xem gần liên tục (độ phân giải đạt tới nm) kết nhận xác tin cậy cao Tuy nhiên photodiode dạng dãy chuyên dùng không phổ biến thị trường nên muốn nghiên cứu sử dụng chúng để chế tạo thiết bị gặp khó khăn định Hình 2.3 Sơ đồ ngun lý làm việc Colorimeter hệ - Dùng số cảm biến màu (cảm biến ánh sáng có lắp kính lọc), thơng thường thu nhận ánh sáng phản xạ có bước sóng nằm vùng màu (đỏ, lục dương) Q trình xử lý tín hiệu giao cho vi điều khiển đảm trách (hình 2.3) Do số cảm biến nên việc tính giá trị kích thích màu vật thể khơng xác dùng cơng thức (1.7) Thơng thường người ta dùng ma trận biến đổi để thực phép ánh xạ từ không gian màu thu nhận đến không gian màu chuẩn CIE Điều gây nên sai số dùng cho trường hợp đơn giản, khơng cần độ xác đo cao Tuy nhiên cảm biến màu dạng bán phổ biến thị trường linh kiện điện tử nước ta với giá không cao nên chúng sở cho việc chọn lựa, thiết kế dụng cụ đo màu cơng trình 2.2 Cấu tạo thành phần dụng cụ đo màu thiết kế MCU Cảm biến màu D D Mẫu vải Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc dụng cụ đo màu thiết kế Mơ hình ngun lý làm việc dụng cụ đo thiết kế theo hình 2.4 bao gồm: ● Nguồn sáng D đèn led mm, bố trí vòng tròn để chiếu lên mẫu đo, ánh sáng led màu trắng có tuổi thọ cao quang thông ổn định Chúng lắp đặt để chiếu lên mảnh vải mẫu góc 45 o so với mặt phẳng ngang, hay theo nguyên lý góc đo 45o/0 [2], [11] Phổ lượng ánh sáng S'(λ) led mơ tả hình 2.5.b kiểm định xác phịng thí nghiệm chun dùng; Hình 2.5.a: Hàm S(λ) theo % phổ lượng tương đối tính theo CIE nghiệm Hình 2.5.b: Hàm S'(λ) phổ lượng đèn led màu trắng thí (D65 Illuminant A) ● Cảm biến màu TCS3200 [15] đặt board mạch chính, lắp bên thân dụng cụ đo, có phương song song với bề mặt vải mặt làm việc cảm biến nằm ống bảo vệ nhằm ngăn ánh sáng từ ngồi vào Do đó, cảm biến màu nhận ánh sáng khuếch tán từ vải tia màu trắng đèn led tạo ra, góc nhìn cảm biến vịng trịn chiếu sáng mẫu 10o Hình 2.6 cảm biến màu TCS3200 hãng Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc (Mỹ) Cảm biến TCS3200 (hình 2.6) linh kiện dạng SOIC gồm 64 photodiode chia làm nhóm đặt mặt vng có kích thước x mm, nhóm 16 photodiode gắn kính lọc màu đỏ, nhóm 16 photodiode gắn kính lọc màu xanh lục, nhóm 16 photodiode gắn kính lọc màu xanh dương nhóm 16 photodiode khơng gắn kính lọc Cảm biến có nhiệm vụ biến đổi cường độ ánh sáng chiếu vào thành xung tín hiệu digital đầu Các chân S2, S3 dùng để chọn nhóm diode màu làm việc, S0 S1 chân chọn tỉ lệ khuếch đại tần số xung đầu Do có 16 diode bố trí xen kẽ mặt vuông nên tổng hợp lượng ánh sáng vào cho nhóm màu để xuất tín hiệu xung cho phép cảm biến có độ nhạy cao, mức ổn định tin cậy lớn, bị ảnh hưởng nhiễu từ nguồn cấp điện điều kiện mơi trường xung quanh Mặt khác, tín hiệu điều khiển chọn màu hệ số khuếch đại tín hiệu xung dạng digital theo chuẩn CMOS tương thích với đa số vi điều khiển có phổ biến thị trường nước ta Với sở cho phép nhà lập trình nhúng xây dựng phần mềm xử lý tín hiệu thể mức phản xạ màu riêng vật thể đo có dạng RGB tương đối giống cảm nhận tế bào mắt người Trong trường hợp này, não người nhận tín hiệu mơ tả màu sắc vật thể tương đương hình máy đo thông số màu sắc xử lý vi điều khiển từ việc đếm xung nhận từ nhóm photodiode q trình đo Ở thông số màu nhận phải quy đổi theo chuẩn CIE XYZ hay CIE L*a*b* Dựa vào nguyên lý xác định hàm kích thích màu chuẩn CIE trình bày chương 1, cảm biến TCS3200 sử dụng photodiode dùng cho màu riêng biệt cảm biến để nhận dạng Theo tài liệu hãng TAOS [15], phổ đáp ứng màu cảm biến có dạng hình 2.7.b Hình 2.7.a: Hàm phối màu quan sát viên chuẩn CIE 1964 Hình 2.7.b: Hàm đáp ứng màu diode cảm biến TCS3200 ● Vi điều khiển bit ATMEGA 32 hãng ATMEL, hình LCD để hiển thị kết nút bấm tạo lệnh hàn chung board mạch với cảm biến Nguồn điện lưới từ bên ngồi thơng qua adapter VDC cung cấp lượng cho toàn hệ thống Với thiết kế tương đối gọn, nhỏ cho phép chế tạo nước dụng cụ đo cầm tay, tiện dụng cho cơng tác kiểm nghiệm ngồi sản xuất ● Phần mềm nhúng phân tích thiết kế lập trình để nạp vào vi điều khiển nhằm xử lý tín hiệu từ diode cảm biến màu xung đáp ứng TCS3200 phát Số lượng xung nhận đơn vị thời gian tỉ lệ với cường độ phổ màu ánh sáng tới nhóm diode cảm biến tương ứng ● Dụng cụ đo màu dạng cầm tay thiết kế gồm phần: Đế thân, chúng nối với khớp quay để tạo phần hở giúp đặt mẫu vải vào đầu đo Tất phần thân, đế dùng vật liệu Polyester nhiệt rắn tạo hình phương pháp đúc sau gia cơng tinh máy cắt gọt để đảm bảo độ xác cần thiết Cả dụng cụ có vài chi tiết kim loại chốt quay vít giữ board mạch mặt nạ điều khiển Trên hình 2.8, mơ tả vẽ lắp mặt cắt đứng dụng cu đo màu thiết kế Hình 2.8: Cấu tạo dụng cụ đo màu Board mạch điện tử thiết kế gọn, bố trí phía có sơ đồ hình 2.9, 2.10, 2.11 2.12 Hình 2.9: Mặt linh kiện board mạch điều khiển dụng cụ đo Hình 2.10: Mặt phải đường mạch board điều khiển Hình 2.11: Mặt trái đường mạch board điều khiển Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện board điều khiển 2.3 Cấu trúc thuật toán xử lý liệu phần mềm điều khiển Trong máy đo màu truyền thống xác định phổ phản xạ R(λ) mẫu vải thơng qua cường độ dịng điện nhận từ cảm biến ánh sáng từ tia đơn sắc khuếch tán, người ta dựa vào hàm chuẩn S(λ), x(λ), y(λ) z(λ) mô tả hình 2.5.a 2.7.a để tính tọa độ màu X, Y, Z dụng cụ đo màu thiết kế, tìm tọa độ màu mẫu vải tính theo cơng thức (1.7) hàm chuẩn thay hàm S'(λ), Red(λ), Green(λ) Blue(λ) mô tả hình 2.5.b 2.7.b, hệ số phản xạ vật thể thay tần số xung đáp ứng đo từ cảm biến TCS3200 nhóm photodiode tạo nên Tọa độ màu thiết bị đo hệ R, G, B vi điều khiển tính tốn theo tần số xung nhận từ tín hiệu đáp ứng cho mẫu vải hiển thị lên LCD Về khía cạnh lý thuyết, có biểu đồ Hình 2.5.b, 2.7.b xác, người ta tính xác mối quan hệ X, Y, Z theo hệ màu R, G, B phải qua nhiều phép toán phức tạp Ở nghiên cứu này, dùng phương pháp ánh xạ - từ không gian màu RGB dụng cụ đo với không gian chuẩn XYZ CIE với giả thiết mẫu đo dụng cụ có tọa độ R, G, B mà cảm biến đếm xung mẫu đo có tọa độ XYZ máy đo chuẩn ColorEye 7000A spectrophotometer hãng X-rite (Gretag Macbeth) Phân Viện Nghiên cứu Dệt May Thành phố Hồ Chí Minh Theo nhiều cơng trình nghiên cứu gần [5], [6], [16], thơng số R,G,B X,Y,Z có mối quan hệ tuyến tính xác định ma trận chuyển đổi M có kích thước (3x3) sau: X R Y = M G Z B (2.1) Việc tìm kiếm hệ số ma trận M tiến hành thực nghiệm, đo số mẫu vải đủ lớn thiết bị sau sử dụng phương pháp phân tích hồi qui tuyến tính đa biến phần mềm thống kê Các phương trình hồi qui tìm đưa vào trình tính tốn vi điều khiển để cuối thơng số màu thể hình dụng cụ đo chuyển đổi thành thông số màu theo chuẩn CIE Yxy CIE L*a*b* Trong đề tài chúng tơi sử dụng mẫu vải với kích thước 100x100 mm nhuộm màu, thu thập từ thị trường Trong lần thử nghiệm cuối cùng, có tất Normal P-P Plot of Regression Standardized Residual Normal P-P Plot of Regression Standardized Residual Normal P-P Plot of Regression Standardized Residual Dependent Variable: X Dependent Variable: Y Dependent Variable: Z 1.0 1.0 1.0 Ex pe 0.8 ct ed C u m 0.6 Pr ob Ex 0.8 pe ct 0.6 ed C 0.4 u m Pr 0.2 ob Ex 0.8 pe ct 0.6 ed Cu0.4 m Pr 0.2 ob 0.0 0.0 0.4 0.00.20.40.60.81.0 Observed Cum Prob 0.2 0.0 0.00.20.40.60.8 Observed Cum Prob 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Observed Cum Prob Hình 2.13: Các biểu đồ hồi qui tuyến tính X = X(R,G,B); Y = Y(R,G,B) Z = Z(R,G,B) vẽ phần mềm SPSS 1.0 301 mẫu vải đánh số từ đến 301 Kết nhận đo chúng dụng cụ liệt kê bảng phụ lục Sau chuyển liệu vào xử lý phần mềm SPSS, loại bỏ số lạc, chúng tơi tìm phương trình hồi qui dự báo sau: X = 0.171R + 0.122G + 0,126B - 0.025 (2.2) Y = 0,052R + 0,378G + 0,002B - 0.018 (2.3) Z = - 0,015R - 0,176G + 0,794B - 0.085 (2.4) Kết cho hệ số tương quan RX,R,G,B = 0,995; RY,R,G,B = 0,998; RZ,R,G,B = 0,987 biểu đồ hồi qui hiển thị hình 2.13, thấy tồn mối liên hệ tương đối chặt theo mơ hình tuyến tính thơng số Các phương trình (2.2), (2.3), (2.4) cho phép chuyển đổi tọa độ màu từ RGB TCS3200 sang XYZ CIE Điều thực dễ dàng phần mềm nhúng vào vi điều khiển Các thông số R, G, B nghiên cứu hiểu lượng phản xạ khuếch tán mẫu đo tác dụng ánh sáng đèn led trắng có phổ lượng hình 2.5.b biến đổi thành tần số xung cảm biến TCS3200 tương ứng với chế độ làm việc nhóm diode bị che kính lọc màu Red, Green Blue Do tần số xung thay đổi phạm vi rộng nhân lên theo hệ số phần cứng cảm biến hay phần mềm người lập trình nên cho phép hiệu chuẩn giá trị chúng nằm phạm vi định điều kiện ban đầu Trong phần mềm chúng tơi chọn giá trị R, G, B nằm dãy giá trị số nguyên từ đến 255 nhằm thuận tiện cho việc mô gần lại màu đo phần mềm đồ họa máy tính Giá trị 255 hiệu chuẩn dùng mẫu màu trắng tuyệt đối (bột BaSO4 nén mịn thép) giá trị hiểu khơng có ánh sáng phản xạ từ vật thể Trong kỹ thuật lập trình, xác định giá trị biên đồng nghĩa với xác định đơn vị thời gian đếm xung tc 2.4 Mô tả thông số thị dụng cụ đo màu Dụng cụ đo màu định hướng thiết kế chế tạo nhằm mục đích kiểm định độ lệch màu, độ bền màu vải dùng doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh hàng may mặc nên kết đo thể tiêu cần xác định cho mục đích Mặt khác, để đảm bảo kết cấu nhỏ gọn giá thành thấp, chữ số kết đo hiển thị gói gọn hình LCD có 4x20 ký tự Các chức thao tác vận hành dụng cụ đo tương đối đơn giản thông qua bảng điều khiển nút bấm mô tả hình 2.14 Nguồn điện cấp cho dụng cụ sau nút ON/OFF làm việc, hình LCD hiển thị sẵn sàng làm việc Khi tiến hành đo, mẫu vải đặt nằm đế dụng cụ phía đầu đo Hình 2.14: Mặt Colorimeter Nút F1 tác động - dụng cụ tiến hành đọc tín hiệu ánh sáng phản xạ từ mẫu đo, tính toán xử lý liệu, hiển thị kết thông số: L*, a*, b*, Y, x, y hàng LCD, thông số màu mẫu theo tiêu chuẩn CIE 1964 Nút F4 tác động - Các thông số màu đo dụng cụ lưu vào nhớ vi điều khiển, nhớ EEPROM, liệu không tắt nguồn Các thông số lưu nhớ coi thông số màu mẫu chuẩn dùng để so sánh với mẫu đo khác Nút F2 tác động - dụng cụ so sánh thông số màu đo với thông số màu lưu nhớ hiển thị LCD độ lệch màu theo chuẩn CIE L*a*b* thông số: ∆a = a * ∆b = − a'* b'* b* − ∆L = L * − L'* ∆E =L 2 a 2 b2 Trong a*, b*, L* - Giá trị đo dụng cụ; a'*, b'*, L'* - Giá trị đo lưu nhớ Nút F3 tác động - dụng cụ hiển thị LCD thông số màu đo lưu nhớ theo chuẩn CIE L*a*b* Chương PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO CỦA DỤNG CỤ VÀ KẾT LUẬN Mục đích đề tài nghiên cứu không dừng lại lý thuyết đo màu, mà cố gắng tìm giải pháp tốt để chế tạo dụng cụ đo triển khai ứng dụng vào sản xuất hiệu Muốn đạt điều sản phẩm nghiên cứu phải đáp ứng điều kiện sau: ● Chất lượng đo dụng cụ phải đảm bảo cho mục tiêu sử dụng, thông số đo phải chuẩn qui ước, dung sai đo nằm giới hạn cho phép, độ lặp lại phép đo phải cao dụng cụ làm việc tin cậy bị ảnh hưởng điều kiện gây nhiễu môi trường đo; ● Cấu tạo dụng cụ nhỏ, gọn, nhẹ, thuận tiện sử dụng;dễ di chuyển hay bảo quản nơi làm việc, khó hư hỏng Ngồi hình dáng phải có tính thẩm mỹ, dễ thao tác, sử dụng; dụng cụ phải có tính cơng nghệ thiết kế; chi tiết, linh kiện phải chế tạo hay mua nước; ● Giá thành thấp, có khả cạnh tranh thuyết phục người dùng Phải chứng tỏ hiệu đem lại sử dụng chúng cho thấy mức đầu tư mua sắm dụng cụ không đáng kể Việc thiết kế chế tạo dụng cụ đo đảm bảo điều kiện lý thuyết mơ hình thiết kế đúng, tiếp tục triển khai Việc phổ biến sản phẩm nghiên cứu đòi hỏi tiếp cận với thực tiễn nhằm đáp ứng điều kiện vừa đề cập đến phần xem vấn đề phức tạp khơng dễ dàng thực nhà nghiên cứu không nắm vững kiến thức liên ngành có liên kết chặt chẽ với cơng nghệ chế tạo hay sở chế tạo thiết bị Trong phạm vi đề tài, cơng trình bước đầu chứng minh tính khả thi việc thiết kế chế tạo dụng cụ đo với độ xác vừa phải sản xuất hàng loạt giới thiệu rộng rãi thị trường với giá chất lượng chấp nhận Theo tiêu chuẩn TCVN5466-91 hay ISO 105-A02, ΔE = 0.8 giới hạn sai lệch độ bền màu cấp 5, thơng số định lượng tối thiểu mà thiết bị đo màu sử dụng kiểm định theo phương pháp phải phân biệt Do đó, sai số chấp nhận dụng cụ đo màu vải thiết kế chế tạo δΔE < 0.8 Theo tiêu chuẩn CIE L*a*b*, ΔE tính theo cơng thức: - 36 - ... thông số thị dụng cụ đo màu Dụng cụ đo màu định hướng thiết kế chế tạo nhằm mục đích kiểm định độ lệch màu, độ bền màu vải dùng doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh hàng may mặc nên kết đo thể tiêu... kế dụng cụ đo màu cơng trình 2.2 Cấu tạo thành phần dụng cụ đo màu thiết kế MCU Cảm biến màu D D Mẫu vải Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc dụng cụ đo màu thiết kế Mơ hình ngun lý làm việc dụng. .. Mô tả thông số thị dụng cụ đo màu .26 Chương 3: Phân tích kết đo dụng cụ kết luận 29 3.1 Sai số ban đầu dụng cụ đo chế tạo 30 3.2 Phân tích sai số dụng cụ đo .31 3.3