способ измерения цвета кожи или иных аналогичных материалов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЦВЕТА КОЖИ ИЛИ ИНЫХ АНАЛОГИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий операции измерения количества трех разделенных основных цветов эталонного образца или образца сравнения и исследуемого образца, отличающийся тем, что при измерении количеств основных цветов эталонного образца или образца сравнения регулируют чувствительность средств измерения каждого из трех основных цветов до получения одного и того же базового значения, преобразуют результаты измерений в коды или цифровые сигналы путем деления измеренных значений количеств цвета исследуемого образца на базовое.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулировку чувствительности средств измерения осуществляют путем регулирования чувствительности фотоприемников.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулировку чувствительности средств измерения осуществляют путем установки перед фотоприемниками дополнительных светофильтров или иных средств регулирования количества света, например диафрагм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контроля и измерения цвета объектов, конкретно к способу измерения и количественного выражения цвета кожи или иных аналогичных материалов, и может быть использовано в различных областях промышленного производства, где необходимо анализировать или синтезировать цвет различных объектов, например, в кожевенной или легкой промышленности.

В колориметрии (науке о измерении цвета) известны различные, различающиеся по принципу реализации способы и методы определения и измерения цвета, в частности способы зрительного сравнения цвета измеряемого объекта и цвета эталонных объектов, способы математического описания спектральных характеристик цвета, методы определения цветовых координат и построения цветовой координатной системы (ЦКС), фотоэлектрические способы измерения цвета. Все эти способы и методы позволяют с различной степенью точности и полноты определять качественные и количественные характеристики цвета, однако каждому из них присущи определенные недостатки, ограничивающие их широкое практическое использование.

Наиболее широко распространен в практике метод сравнительной оценки цвета анализируемого объекта с цветом широко известных предметов или веществ (индигово-синий, яблочно-зеленый, лимонно-желтый, кроваво-красный и т.п.), цветовых эталонов (киноварно-красный, изумрудно-зеленый, цвет морской волны и т.д.) или цветовых атласов, например, используемых в России цветовых атласов Рабкина и ВНИИМ или используемого в США цветового атласа Манселла (Мензелла). При уточненном качественном описании цвета по этому методу используют три его субъективных атрибута: цветовой тон, насыщенность и светлоту [1]

Этот метод прост в использовании, но он отличается низкой точностью оценки цвета и является субъективным, так как оценка качественных показателей цвета зависит от физиологических особенностей зрения наблюдателя, а также условий наблюдения и сравнения. Поэтому интенсивно разрабатываются методы объективных цветовых измерений при помощи стандартных колориметрических характеристик.

Известен способ классификации цветных оригиналов, по которому измеряют разность синего, желтого и красного цветов по всему оригиналу или в нескольких точках [2] На двухмерных координатах цвета, построенных с помощью сочетаний плотности синего, желтого и красного цветов, задают с помощью угла и расстояния от центра координат цвет, имеющий измеренную среднюю плотность по всей поверхности оригинала, в качестве характеристической величины. Вычисляют коэффициент плотности для красного, желтого, зеленого и синего цветов изображения, у которых среднее значение плотности ниже определенной величины считается недодержанным. Остальные изображения делятся на изображения со световым смешением в случае, если коэффициент площади цвета соответствует указанному углу и расстоянию для этого угла, превосходит заранее заданную величину, и на изображения без цветового смешения. Данный способ определения цветовых характеристик является не точным и требует сложной математической обработки результатов измерений.

Известен способ выявления рассогласования по цвету, по которому сравнивают электрический сигнал от фоточувствительного детектора, характеризующий интенсивность отраженного поверхностью света, с двумя пороговыми сигналами [3] Результаты сравнения раздельно подают на соответствующие индикаторы, а также в сумматор, откуда в суммарном виде подают на третий индикатор. При этом через специальную трубку с черной внутренней поверхностью подают свет от источников тока, через эту трубку фоточувствительный детектор "видит" поверхность пробы.

Известен способ тестирования цвета, при котором используют широкополосный источник света, регулируемый по фазе. При помощи модуляции интенсивности красной, зеленой и синей областей спектра посредством экспонирования через различные основы плоской формы обеспечивают получение специфических цветов для печати на такой основе [4] Параметры экспозиции вводят с помощью клавиатуры в управляющий блок с памятью, хранящей данные о различных видах бумаги, ткани, пленки. Гамму требуемых цветов программируют операторы.

Известен способ измерения цветовой разности окрашивающих веществ, по которому для измерения цветовой разницы между исследуемым красителем и стандартным красителем путем изучения цветовых свойств обеих красителей из красителей одного семейства выделяют компоненты красящих веществ, имеющих сродство к красителю, для которого существует вероятность присутствия в красителе [5] Для каждой компоненты, взятой в виде раствора, измеряют спектральное поглощение и пропускание, которое регулируют и хранят в виде данных. Затем выбирают два или более красителей, имеющих такой состав, что пропорции компонент красящих веществ несколько отличаются от пропорций исследуемого красителя. В указанных приготовленных или выбранных красителях и в стандартном красителе (взятом в качестве эталона для сравнения) проводят количественный анализ компонент красящих веществ. Для каждого приготовленного и выбранного красителя и для стандартного красителя рассчитывают спектральное поглощение или спектральное пропускание методом расчета цветового смешения в соответствии с составом каждого красителя. При этом используют результаты каждого анализа и вышеупомянутые данные о спектральном поглощении или пропускании каждой компоненты красящих веществ. Затем рассчитывают цветовую разность в растворе между каждым и выбранным красителем и стандартным красителем, производят окрашивание с целью определения цветовой колориметрии.

Известен способ спектрофотометрического испытания органических красителей (ГОСТ 6965-75) в состоянии истинного или коллоидного прозрачного раствора для определения концентрации красителей по сравнению со стандартным образцом и определения спектрофотометрической характеристики стандартных образцов красителей. Сущность метода заключается в измерении ослабления монохроматического светового потока в значениях оптической плотности при прохождении через раствор красителя с определенной концентрацией, для чего измеряют оптическую плотность раствора красителя на фотоэлектрическом спектрофотометре. Оптическую плотность раствора красителя измеряют в интервале длин волн, указанных в паспорте прибора.

Известен способ испытаний густотертых масляных красок (ГОСТ 8292-85), по которому определяют цвет пленки краски, время высыхания краски, условную светостойкость пленки и стойкость ее к статическому воздействию воды на пластинках из стали марок 08КП и 08ПС по ГОСТ 16523-70 или из холоднокатанного проката по ГОСТ 9045-80 размером 70х150 мм и толщиной 0,5-1 мм или на пластинках из черной горячекатаной жести размером 70х150 мм и толщиной 0,25-0,28 мм. При этом цвет высушенной пленки краски определяют визуально при естественном рассеянном свете сравнением накраски с соответствующими образцами (эталонами) цвета или утвержденными образцами света, сравнивая образцы в одной плоскости на расстоянии 30-50 см от глаз наблюдателя.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения цвета на фотоэлектрических колориметрах путем определения координат цвета исследуемого образца по функциям сложения МКО 31 г. Данный способ включает в себя тонкую регулировку трех фотоэлементов или фотоумножителей так, чтобы их чувствительность была пропорциональна по всему видимому спектру, например, функциям сложения МКО 31 г. При этом, если получено точное воспроизведение функций сложения МКО, то реакция фотоумножителей при измерении цвета исследуемого образца должна соответствовать соответствующей реакции образца сравнения, в таком случае делают заключение об одноцветности исследуемого образца и образца сравнения относительно стандартного наблюдателя.

Данный метод применим в случае наличия эталонных образцов с известными координатами, поскольку координаты цвета исследуемого образца определяются путем их сопоставления с известными координатами эталонного образца.

Недостатком этого метода является необходимость наличия набора предварительно откалиброванных эталонных образцов. При этом в [6] прямо указано, что если нужно определить координаты цвета двух образцов при отсутствии какого-либо иного исходного стандарта с известными координатами, колориметрия различий применима быть не может [6, с. 249] При этом точность измерений исследуемого образца зависит также и от точности калибровки эталонных образцов.

Таким образом существует практическая изобретательская проблема (задача), связанная с тем, что актуальная потребность в высокоточном измерении и количественном выражении цвета различных окрашенных объектов в настоящее время может быть удовлетворена при использовании известных способов и известных измерительных систем только при наличии сложного специального оборудования или сложных методов обработки и преобразования результатов измерения. При этом при попытках использования сравнительно более простого оборудования резко снижается точность и достоверность измерения цвета, а также проявляются субъективные погрешности измерения, связанные с индивидуальными особенностями зрения наблюдателя или с недостатками методов обработки результатов измерения.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности измерения и/или количественного выражения цвета окрашенных объектов и практического осуществления измерения и количественного выражения цвета в кодах или цифровых параметрах.

Цель достигается тем, что по способу измерения цвета кожи или иных аналоговых материалов, включающему операции измерения количества трех разделенных основных цветов эталонного образца или образца сравнения и исследуемого образца, при измерении количеств основных цветов эталонного образца или образца сравнения регулируют чувствительность средств измерения каждого из трех основных цветов до получения одного и того же базового значения, преобразуют результаты измерений в коды или цифровые сигналы путем деления измеренных значений количеств цвета исследуемого образца на базовое.

При этом регулировку чувствительности средств измерения осуществляют путем регулирования чувствительности фотоприемников.

При этом регулировку чувствительности средств измерения осуществляют путем установки перед фотоприемниками дополнительных светофильтров или иных средств регулирования количества света, например, диафрагм.

Проведение перед измерением цвета регулировки чувствительности системы измерения путем выравнивания показателей измерения количества света на соответствующих основным цветам средствах измерения количества света, например, на фотоприемниках, до базового значения количества света позволяет повысить точность измерений и упростить обработку результатов измерения за счет получения единой базы сравнения.

Выбор в качестве базового показателя количества света значения количества одного или нескольких основных цветов эталонного образца или образца сравнения позволяет повысить точность измерений за счет обеспечения возможности сравнения результатов измерений со стандартными и эталонными образцами.

Одновременное измерение количества разделенных цветов измеряемого или эталонного (образца сравнения) объектов позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния внешних воздействий, например колебаний освещенности измеряемого объекта.

Использование матового стекла в фокусе изображения объекта измерения позволяет снизить погрешности измерения за счет равномерного распределения цвета на все фотоприемники одновременно.

Выполнение оптической системы формирования изображения объекта в виде объектива и расположенного за ним в фокусе изображения объекта матового стекла, а блока считывания цвета объекта 4 в виде системы трех светофильтров основных цветов и расположенных за ними средств преобразования разделенного света в электрические сигналы позволяет производить измерение цвета объекта одновременно на трех фотоприемниках, что также повышает точность измерения.

Использование дополнительных блока обработки электрических сигналов и/или преобразования электрических сигналов в коды или цифровые сигналы средств индикации и/или хранения показателей измерения позволяет автоматизировать процесс обработки результатов измерения и упростить эксплуатацию устройства.

Использование в системе измерения количества света средств регулирования чувствительности средств измерения количества света, например, средств регулирования чувствительности фотоприемников, а в узле формирования изображения объекта средств для регулирования количества анализируемого света, выполненных, например, в виде одной или нескольких диафрагм или группы дополнительных светофильтров позволяет повысить точность измерений и расширяет сферу использования системы путем обеспечения возможности изменения чувствительности системы в зависимости от степени освещенности объекта измерения.

Блок обработки электрических сигналов при определении цветовых характеристик в области видимой части спектра по трем основным цветам обеспечивает дополнительную обработку информации о цвете с приведением ее к цифровой форме цветовых характеристик. При этом дополнительная обработка результатов измерения включает следующие операции: определение характеристик чистого тона цвета объекта путем вычитания нейтральной (белой) составляющей цвета; компенсацию изменений яркости источника света.

При этом каждая из перечисленных операций обработки результатов измерения может осуществляться независимо и/или в любой комбинации друг с другом.

Таким образом предлагаемая совокупность операций способа и конструктивные особенности системы для его реализации позволяют не только повысить точность и достоверность измерения и/или количественного выражения цвета окрашенных объектов, существенно упростить практическое осуществление измерения и количественного выражения цвета объектов, но и осуществить реализацию изобретения промышленным способом.

На фиг. 1 изображен функциональная блок-схема способа и системы измерения цвета окрашенных объектов; на фиг. 2-4 варианты конструктивного исполнения цветоизмерительной головки системы, включающей в себя блок формирования изображения объекта и блок считывания цвета объекта; на фиг. 5 сечение А-А на фиг. 2-4; на фиг. 6 гистограмма сопоставления результатов измерения цветоделенных цветов.

Система для измерения и/или количественного выражения цвета объектов содержит источник 1 освещения объекта, измеряемый объект 2, узел 3 (оптическую систему) формирования изображения объекта и блок 4 считывания цвета объекта и преобразования излучения в электрические или иные (например электромагнитные или аналоговые) информационные сигналы, блок 5 обработки информационных (то есть несущих информацию о количестве измеряемого света) сигналов и получения выходных сигналов. Дополнительно система может содержать блок 6 индикации или хранения (в специальном запоминающем устройстве) показателей измерения и/или привода исполнительных механизмов устройств регулирования (фиг. 1).

Узел формирования изображения измеряемого объекта и блок считывания цвета и преобразования излучения в электрические или иные информационные сигналы выполнен в виде единой цветоизмерительной головки различных модификаций (фиг. 2-4).

Блок индикации показателей измерения может быть выполнен в виде средств 11 аддитивной (работающих по принципу белого цвета путем сложения основных цветов: красного, зеленого и синего основных цветов) индикации или субстрактивной индикации или совокупности средств аддитивной и субстрактивной (работающей по принципу получения черного цвета путем вычитания дополнительных цветов) индикации.

Система может дополнительно содержать блок диагностики и регулировки чувствительности средств измерения.

Блок обработки электрических сигналов может быть снабжен дополнительным блоком диагностики и/или настройки системы на источник света.

Цветоизмерительная головка системы (фиг. 2-4), включающая в себя узел формирования изображения объекта и блок считывания цвета объекта, содержит конический корпус 7, в узкой части которого установлен объектив 8 и расположенное в фокусе изображения объекта матовое стекло 9, а в широкой части крышка 10 с установленными на ней фотоприемниками 11 и светофильтрами 12 основных цветов. При этом фотоприемники 11 расположены с одинаковым смещением относительно оптической оси объектива 13 и продольно ориентированы в центр матового стекла 9.

Для расширения возможностей использования система может дополнительно содержать расположенные перед объективом 8 насадку 14 для проведения измерения цвета объекта в проходящем свете (фиг. 3) или насадку 15 для проведения измерения цвета объекта в отраженном свете (фиг. 4).

При этом насадка 14 для проведения измерений цвета объекта в проходящем свете может дополнительно содержать кювету для помещения объекта 16, автономный источник 17 совмещения с отражающим сферическим зеркалом 18 и дополнительным матовым стеклом 19 (фиг. 3), а насадка 15 для измерения цвета объекта в отраженном свете может дополнительно содержать один или несколько дополнительных источников 17 освещения, сферические зеркала 18 и дополнительные оптические линзы 20 (фиг. 4). Кроме этого для регулирования количества измеряемого света цветочувствительная головка может дополнительно содержать средства регулирования количества измеряемого света, выполненные, например, в виде дополнительных диафрагм 21 (фиг. 3) или дополнительных светофильтров (на чертежах не показаны).

Способ измерения цвета осуществляют следующим образом.

Излучение от источника 17 света, проходящее через измеряемый объект 16 (в случае измерений в проходящем свете) или отраженное от поверхности измеряемого объекта 16 (в случае измерений в отраженном свете), направляют через объектив 8 на матовое стекло 9. При этом на матовом стекле формируется цветное изображение измеряемого объекта. Отображенное на матовом стекле цветное изображение объекта через светофильтры основных цветов воспринимается средствами преобразования излучения, например, фотоприемниками 11, которые преобразуют излучение в электрические или иные информационные сигналы (например, аналоговые), которые в свою очередь обрабатывают блоком обработки электрических сигналов по определенному алгоритму (программе). После этого результаты измерения, а именно информацию об измеренных цветовых характеристиках объекта, выдают на индикаторы и/или направляют на исполнительные механизмы, и/или передают в каналы связи, и/или направляют для дальнейшей обработки в ЭВМ.

Блок обработки электрических сигналов преобразует полученные сигналы по определенному алгоритму, выделяя заключенную в них информацию о цвете и приводя ее к установленной форме, пригодной для дальнейшей обработки, индикации и хранения. Далее эту информацию передают на устройство субстрактивной индикации и/или устройство аддитивной индикации, после преобразования в которых подают на блок индикации, соответственно на индикаторы, работающие по субстрактивному способу и по аддитивному способу, и/или используют в устройстве управления для привода исполнительных механизмов, которое управляет на основании информации, полученной от прибора и по цепи обратной связи от исполнительного механизма этим исполнительным механизмом (роботом).

Перед началом измерений цвета объекта осуществляют регулировку чувствительности средств измерения, которая заключается в том, что перед объективом цветочувствительной головки цветоанализатора помещают эталонный образец или образец сравнения, например, барий сернокислый или объект любого другого цвета, относительно которого требуется осуществить измерение цвета. Посредством средств регулирования чувствительности средств измерения разделенных цветов, например, путем управляющих усилений или ослабления чувствительности каждого из каналов измерения, устанавливают на всех каналах любое одинаковое базовое значение количества измеряемого света, например, 70% от максимальной величины количества измеряемого света.

Затем осуществляют измерение цвета объекта. Вместо эталонного образца или образца сравнения перед объективом головки цветоанализатора помещают измеряемый объект. Если цвет объекта отличается от эталона, то отраженный свет от объекта выведет устройство из состояния баланса и на средствах индикации появятся значения, характеризующие это отклонение. Например, по красному каналу 50, по зеленому каналу 35, по синему 15 (фиг. 6).

При включении режима вывода процентных соотношений блока 5 обработки сигналов цвет измеряемого объекта будет формироваться электронным блоком как отношение показаний соответствующего каждого из составляющих основных цветов на значение балансировочной настройки, умноженное на 100% условно красный цвет 50/70100 71% зеленый цвет 35/70100% 50% синий цвет 15/70 100% 21%

Полученное подобным образом процентное соотношение количества разделенных цветов, выведенное на средства индикации, заложенное в память или направленное к исполнительным механизмам системы регулирования, и будет количественно выражать цвет измеряемого объекта.

Сущность предлагаемого изобретения основана на том, что любой сложный цвет образуется из трех основных цветов: красного, зеленого, синего. Из них вполне достаточную для точного выражения качества цвета информацию могут нести только два цвета. Третий цвет, который имеет наименьшее значение (в нашем случае синий), несет информацию о количестве в цвете измеряемого объекта белого цвета. Поэтому, если по наименьшему значению одного из цветов на гистограмме количества основных цветов в цвете измеряемого объекта провести линию, пересекающую изображения количеств остальных основных цветов цвета (величина А на фиг. 6), то нижняя часть гистограммы будет представлять равные значения количества основных цветов (красного, зеленого и синего цветов) в цвете измеряемого объекта, то есть количество белого цвета в цвете измеряемого объекта. Таким образом, вычитая из значений каждой составляющей количеств основных цветов составляющую минимального количества одного из цветов, производят определение количества белого цвета и его вычитание из цвета измеряемого объекта.

Вычитание белого цвета необходимо производить также тогда, когда необходимо осуществить цветоделение, например, в цветной фотографии для получения цветоделенных негативов, определения развития цвета при смешивании красок, когда получается какой-нибудь сложный цвет.

В качестве конкретных примеров возможности реализации и использования изобретения приводятся результаты измерения цветовых характеристик различных, всем известных, предметов: сырой свеклы, спелого красного помидора, среза моркови, куска пшеничного хлеба, сыра, патисона, среза картофеля. При этом калибровку средств измерения осуществляли по значению 70% от максимальной величины количества света, отраженного от эталонного образца (в качестве которого использовали белую пластинку из оксида бария), а результаты измерения приводили в к данному значению (то есть результаты измерения преобразовывали в безвременные величины). Результаты измерений приведены в таблице.

Так как в целом система характеризует цвет цифрами, отражающими соответственно количество трех составляющих для красного, зеленого и синего, то данный способ измерения цвета объектов может быть универсальным инструментом для количественного измерения качества цвета и превращения информации о цвете в цифровые коды.

Кроме этого, предлагаемый способ количественного (цифрового) описания цвета и система для его реализации создают условия для передачи количественной информации (цифрового кода) через различные каналы средств связи и записи на различные носители.