ЦИФРОВОЙ КОЛОРИМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗНОЦВЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам, предназначенным для колориметрического анализа и фотометрии.
Колориметр может применяться в любых областях науки, техники и промышленности, где необходимо точное определение цветовой информации о разноцветном объекте. К примеру, в геммологии для локального определения координат цвета в разноцветных камнях и минералах, в медицине для определения цвета измененных тканей зубов.
Известно фотометрическое устройство (Патент СССР №868374 от 30.09.81. В.В. Мурашов, А.М. Панин. Фотометрический шар), содержащее шар, который состоит из шаровой полости, двух входных отверстий, эталона пропускания, образца пропускания, отверстия для эталона отражения (образец сравнения), отверстия для образца отражения, фотоприемника, защитного экрана, оси вращения и диафрагмы.
Устройство работает следующим способом.
При измерении коэффициента отражения в соответствующие отверстия устанавливаются эталон и образец отражения, фотометрический шар поворачивается вокруг оси таким образом, чтобы излучение, пройдя через второе входное отверстие, попало на эталон. С фотоприемника снимается отсчет. Затем шар поворачивается вокруг оси так, чтобы излучение, пройдя через входное отверстие, попало на образец отражения, после чего с фотоприемника снимается второй отсчет. При вращении фотометрического шара фотоприемник с защитным экраном остается неподвижным.
Для измерения пропускания во входные отверстия устанавливаются в одно отверстие эталон, а в другое образец пропускания.
Фотометрический шар поворачивается вокруг оси, и излучение попадает сначала на эталон, а затем на образец пропускания. С фотоприемника снимаются соответствующие отсчеты.
Недостатком данного технического решения является невозможность проведения точных измерений цветовой информации образца без эталона, а также невозможность исследования разноцветных объектов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является колориметр (Жбанова В.Л. Полезная модель «Цифровой колориметр». №201116 от 20.03.2020) содержащий систему освещения, устройство регистрации и обработки изображения. Осветитель обеспечивает близкое к диффузному освещение образца в верхней части бокса. Данные условия освещения реализованы путем применения бокса сферической формы, покрытого изнутри материалом, обеспечивающим диффузное отражение. В боксе непосредственно под лампой на подставке устанавливается экран в виде образцовой пластинки с диффузно-отражающим покрытием.
Устройство работает следующим образом.
1
1
1
1
1
1
Объект исследования помещается на демонстрационный столик, юстируемый штангой, внутри сферы освещаемый источником излучения в одной из трех позиций. Бокс формы сферы позволяет равномерно распределить излучение от источника и равномерно осветить объект исследования. При исследовании прозрачных объектов возможно ввести небольшой экран, также покрытый диффузно-отражающим веществом. Далее отраженное излучение от объекта проходит через объектив, строящий изображение на матричном фотоприемнике с системой цветоделения, воспроизводящей кривые сложения цветового треугольника КЗС: , . При исследовании источников и самосветящихся объектов можно применять молочное стекло. Далее происходит регистрация и обработка сигнала в цифровой форме. Каждый снимок обрабатывается и находится координата цвета К, З, C, соответствующая яркости выбранной рабочей области снимка с каждого набора светофильтров отдельно. Далее через коэффициенты пересчета цвета изображения преобразуются в систему XYZ МКО 1931 г.
Недостатком настоящего технического решения является: применение диффузно-отражающего покрытия не позволяет исследовать разноцветные объекты из-за возникновения цветовых помех от самого объекта.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в реализации схемы освещения в цифровом колориметре таким образом, чтобы была возможность определить отдельные цвета разноцветного объекта без цветовых помех.
Технический результат заключается в возможности исследования разноцветных объектов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого цифрового колориметра.
На фиг. 2 представлен разработанный цветовой треугольник предлагаемого цифрового колориметра.
На фиг. 3 представлены кривые сложения разработанного цветового треугольника предлагаемого цифрового колориметра.
Цифровой колориметр содержит источник излучения 1, бокс 2, предметный столик 3 на штативе 4, объектив 5 и цифровую камеру 6. На внутренние стенки бокса 2, предметный столик 3 и штатив 4 нанесено поглощающее покрытие. В боксе имеется входное отверстие для источника излучения 1 и выходное отверстие, за которым размещен объектив 5 и далее цифровая камера 6 с матричным фотоприемником на основе системы цветоделения.
Наличие отверстий под источник и приемник излучения под 45° относительно друг друга позволяет реализовать геометрию освещения/наблюдения 45/0° или 0°/45° по рекомендации МКО при проведении спектрофотометрических измерений в колориметрии при освещении образца направленным пучком света.
Для получения направленного пучка света на объект исследования рекомендуется перед источником излучения размещать коллиматор.
Поглощающее покрытие применяется для предотвращения многократного отражения света от разноцветного объекта исследования к стенкам бокса и обратно. Таким образом, исключаются возможные цветовые помехи при регистрации изображения.
В качестве блокирующего покрытия может быть применена черная матовая краска с коэффициентом поглощения не ниже 90%.
Расстояние от объекта исследования до источника излучения должно минимум в 5 раз превышать размеры самого объекта исследования.
Рекомендуемая форма бокса - сфера, что позволит равномерно блокировать цветовые помехи.
Устройство работает следующим образом.
Объект исследования помещается на демонстрационный столик 3, юстируемый штангой 4, внутри бокса 2, и освещается направленным пучком света от источника излучения 1. Поглощающее покрытие, нанесенное на внутренние поверхности бокса, предметного столика 3 и штатива 4, позволяет блокировать многократное отражение света от разноцветного объекта исследования к стенкам бокса и обратно, тем самым предотвращая цветовые помехи. Далее отраженный свет от объекта проходит через объектив 5, строящий изображение на матричном фотоприемнике 6 с системой цветоделения. Далее происходит регистрация и обработка сигнала в цифровой форме.
Экспериментально установлено, что в предлагаемом цифровом колориметре применение бокса с нанесенным поглощающим покрытием на внутренние стенки и размещенных внутри бокса предметного столика и штатива с нанесенным на их поверхности поглощающим покрытием, позволяет регистрировать цвета разноцветного объекта с точностью 92%.
Таким образом, благодаря внедрению поглощающего покрытия, блокирующего многократные отражения света, появляется возможность исследования разноцветных объектов, что позволит применять предлагаемый колориметр для исследования непрозрачных и полупрозрачных цветных объектов даже со сложной формой в различных областях науки и техники.