Method for determining the whiteness of cellulosic materials using a scanner
Authors: Пименов С.Д. , Сизов А.И. , Мзоков Г.В. , Строителева А.Д. 
Published: November 2020

Белизна является одним из важнейших показателей качества продукции в целлюлозно-бумажной, мукомольной и фармацевтической промышленности. Количественное определение белизны производится с использованием лейкометров различных типов отдельно для листовых и порошковых материалов. Анализ белизны, помимо применения дорогостоящего оборудования, требует использования образцов массой 5–10 г, что при проведении исследовательских работ создает определенные трудности. Использование метода цифровой цветометрии значительно упрощает определение белизны за счет использования рядовых планшетных сканеров. В цифровой цветометрии используется аддитивная цветовая модель, где цвета представляются сложением основных цветов RGB (red, green, blue), при этом базисный белый цвет оценивается как (255, 255, 255). В свою очередь, графические редакторы позволяют по выделяемой области получать усредненные значения яркостей красного – R, зеленого – G и синего – B каналов сканированных изображений. Таким образом, используя сканер и графический редактор, можно определять белизну различных образцов. Возможности увеличения изображений графических редакторов позволяют при оптическом разрешении сканеров 600 dpi определять яркости цветовых каналов для изображений с линейными размерами 10 мм, т. е. для образцов массой около 0,5 г. При разработке методики получены сравнительные данные по белизне эталонных образцов и показателей белизны сканеров, которые хорошо описываются линейными уравнениями. Определены уравнения регрессии калибровочных графиков эталонных образцов белизны для различных сканеров. Наиболее высокую чувствительность показали сканеры фирмы Hewlett-packard (Китай). Показано, что сканеры Samsung (Ю. Корея) и Kyocera (Тайвань) обладают малой чувствительностью фотодиодной матрицы в области высокой цветовой яркости образцов, дают значительную погрешность измерения и не рекомендуются для определения белизны. Сравнение показателей белизны образцов целлюлозы, бумаги и картона с использованием полученных уравнений на сканерах HP позволяет получать сравнимые с лейкометрами значения белизны. Относительная погрешность измерения белизны при этом составляет около 2,6%, что вполне достаточно для оценочной характеристики образцов. Методика может быть использована для быстрого количественного определения белизны различных материалов на предприятиях и в лабораториях.
Whiteness is one of the most important indicators of product quality in the pulp and paper, milling and pharmaceutical industries. Quantitative determination of whiteness is performed using different types of meter, separately for sheet and powder materials. The analysis of whiteness, in addition to the use of expensive equipment, requires the use of samples weighing 5–10 g, which creates certain difficulties when conducting research. Using the method of digital colorimetry greatly simplifies the definition of whiteness through the use of ordinary flatbed scanners. In digital colorimetry, an additive color model is used, where the colors are represented by the addition of the basic RGB colors (red, green, blue), while the base white color is estimated as (255, 255, 255). In turn, graphic editors allow to obtain averaged values of the red–R, green–G and blue–B channels of the scanned images over the selected area. Thus, using a scanner and graphics editor it is possible to determine the whiteness of various samples. The possibilities of increasing images of graphic editors allow determining the brightness of color channels for images with linear dimensions of 10 mm with an optical resolution of 600 dpi scanners, that is, for samples weighing about 0.5 g. Comparative data on the whiteness of reference samples and the whiteness of scanners obtained which are well described by linear equations. The regression equations for the calibration graphs of the whiteness reference samples for various scanners were determined. Scanners from Hewlett-packard (China) showed the highest sensitivity. It is shown that the Samsung (Y. Korea) and Kyocera (Taiwan) scanners have a low sensitivity of the photodiode array in the region of high color brightness of the samples, give a significant measurement error and are not recommended for determining whiteness. A comparison of the whiteness of cellulose, paper and cardboard samples using the obtained equations on HP scanners allows us to obtain whiteness values comparable with leykometry. The relative error of whiteness measurement is about 2,6%, which is quite enough for the evaluation characteristics of the samples. The technique can be used to quickly quantify the whiteness of various materials in factories and laboratories.