ЦИФРОВОЙ КОЛОРИМЕТР

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 объекта. К примеру, в медицине для определения координат цвета тканей и жидкостей человека, в биологии, химии, а также для оценки цвета кристаллов, алмазов и бриллиантов.
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 отечет. 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, а также работа только на отражение объекта исследования.
4
4
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является колориметр (Парвулюсов Ю.Б., Жбанова В.Л. Колориметр для оценки насыщенных цветов // Геодезия и аэрофотосъемка. Геодезическое приборостроение. №5, 2017, С. 122-126) 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 полуцилиндрической формы, покрытого изнутри материалом, обеспечивающим диффузное отражение. В боксе непосредственно под лампой на подставке устанавливается экран в виде образцовой пластинки, покрытой слоем BaSO. В этом случае, как и при визуальной оценке цвета, экран освещается бесконечно длинным близко расположенным источником света. Кроме этого, использование в установке экрана покрытого BaSO позволяет получить поле наблюдения равной яркости. Питание источника излучения осуществляется стабилизированным источником питания. Устройством регистрации и оцифровки изображения является видеокамера с матрицей по одному из шаблонов типа Байера X1Y1Z1Y1 или X1X2Y1Z1, разработанным на основе кривых сложения цветовых треугольников M1N1P1 или M2N2P2, соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Образец располагается на предметном столике. Предметный столик закреплен на штанге, под углом ϕ=49,2°. Грубая фокусировка осуществляется перемещением штанги при помощи направляющей и вмонтированного в нее ограничителя. Видеокамера с матричным фотоприемником на основе систем цветоделения X1X2Y1Z1 или X1Y1Z1Y1, закрепленная на основании, регистрирует изображение экрана. Излучение, отраженное от экрана, проходит через образец, отверстие в стенке бокса, объектив видеокамеры и попадает на чувствительную поверхность матричного фотоприемника с системой цветоделения X1X1Y1Z1 или X1Y1Z1Y1. При этом видеокамера фокусируется на плоскость экрана. Далее через коэффициенты пересчета цвета изображения преобразуются в систему XYZ МКО 1931 г.
Недостатком настоящего технического решения является:
- применение бокса полуцилиндрической формы, что влечет за собой неравномерное распределение освещенности в боксе;
- расположение источника излучения только над объектом, что не позволяет исследовать объекты, работающие на отражение (непрозрачные);
- применение цветовых треугольников с большими отрицательными ветвями или вторыми пиками в характеристиках.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в улучшении цветового треугольника и распределения освещенности цифрового колориметра.
Технический результат заключается в улучшении цветопередачи цифрового колориметра, расширении функций.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого цифрового колориметра.
На фиг. 2 представлен цветовой треугольник разработанного треугольника цифрового колориметра.
На фиг. 3 представлены кривые сложения разработанного цветового треугольника предлагаемого цифрового колориметра.
1
1
1
Цифровой колориметр содержит источник излучения 1 (1' или 1''), бокс 2 в форме сферы и экран 3, покрытые диффузно-отражающим веществом. Внутри сферы размещен предметный столик 4 на штативе 5 покрытые диффузно-отражающим веществом. Вдоль оптической оси расположено отверстие с возможностью применения молочного стекла 6, за которым размещен объектив 7 и далее цифровая камера 8 с матричным фотоприемником на основе системы цветоделения с характеристиками цветовой системы КЗС.
1
1
1
Координаты цветового треугольника на графике ху: К(0,735;0,265), З(-0,2;l,2), C(0,174;0,005).
Наличие нескольких отверстий для источника излучения дает возможность смены позиции освещения и, как следствие, работы с различными объектами: отражающими - позиции 1 и 1', прозрачными -позиции 1 и 1''.
Расположения отверстий для источников излучения позволят реализовать схемы освещения/наблюдения по рекомендации МКО.
Суммарная площадь отверстий не должна превышать 10% от площади поверхности бокса.
Неиспользуемые отверстия закрываются заглушками, покрытыми изнутри диффузно-отражающим веществом.
Геометрические размеры бокса должны, как минимум, в 5 раз превышать размер исследуемого образца.
Устройство работает следующим образом.
1,
1
1
Объект исследования помещается на демонстрационный столик 4, юстируемый штангой 5, внутри сферы 2 освещаемый источником излучения 1 (1' или 1''). Бокс 2 формы сферы позволит равномерно распределить излучение от источника и осветить объект исследования без бликов и засветок. При исследовании прозрачных объектов, возможно, ввести небольшой экран 3, также покрытый диффузно-отражающим веществом. Далее отраженное или прошедшее излучение от объекта проходит через объектив, строящий изображение на матричном фотоприемнике 8 с системой цветоделения, воспроизводящей кривые сложения цветового треугольника  При исследовании источников и самосветящихся объектов можно применять молочное стекло 6. Далее происходит регистрация и обработка сигнала в цифровой форме. Каждый снимок обрабатывается и находится координата цвета К З, C соответствующее яркости выбранной рабочей области снимка с каждого набора светофильтров отдельно. Далее через коэффициенты пересчета цвета изображения преобразуются в систему XYZ МКО 1931 г.:
1
1
1
Экспериментально установлено, что в предлагаемом цифровом колориметре координаты цветности в колориметрической системе XYZ МКО 1931 г. имеют погрешность не более 0.005, что соответствует ГОСТ Р 55703-2013. Применение разработанного цветового треугольника КЗС улучшает цветопередачу цифрового колориметра на 12%.
Таким образом, благодаря введению разработанного цветового треугольника и сферической формы бокса повышается цветопередача цифрового колориметра на 12%, расширяется функциональность устройства за счет смены позиции источника, что позволит применять предлагаемый колориметр для исследования прозрачных, отражающих и излучающих объектов в различных областях науки и техники.