СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И/ИЛИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ВЫРАЖЕНИЯ КАЧЕСТВА ЦВЕТА В КОДАХ И/ИЛИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛАХ И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И/ИЛИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ВЫРАЖЕНИЯ КАЧЕСТВА ЦВЕТА ОКРАШЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1997 года по МПК G03B33/06 

Группа изобретений относится к области колориметрии, а более конкретно к способу измерения и количественного выражения качества цвета в кодах или цифровых сигналах и системе для его реализации, и может быть использована в различных областях промышленного производства, где необходимо анализировать или синтезировать цвет различных объектов, например в кожевенной или легкой промышленности.

В колориметрии (науке об 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 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 фон, насыщенность и светлость (Большая советская энциклопедия, стр. 441-443).

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 (заявка Японии N 62-61132, кл.G 01B 27/73, 1987 г.). 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 считывается 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.

Известны также различные методы обработки и кодирования результатов анализа цветовых характеристик объектов, однако каждый из известных методов обладает определенными техническими недостатками, ограничивающими их широкое практическое использование.

Известны, например, способ коррекции цвета и логическая схема, используемая в процессе осуществления этого способа, по которому при коррекции цвета изображения разбиты на большое количество точек, подлежащих коррекции в максимальной степени, и области вокруг конца вектора цвета этих точек в цветовом пространстве (заявка Японии N 94-46869, кл. G 01F 3/06, 1989 г.). В результате контроля каждой точки изображения, цвет которой подлежит коррекции, определяют, находится ли конец вектора цвета этой точки в выбранной области или нет, и осуществляют коррекцию цвета путем сложения вектора цвета, конец которого находится в выбранной области, с вектором коррекции цвета. Вектор коррекции цвета получают в результате перемножения величины свертки и вектора свободного вектора. Величина свертки обеспечивает максимальное значение вектора коррекции цвета при совпадении вектора цвета, подлежащего коррекции, с вектором цвета, подлежащего коррекции в максимальной степени, приближением вектора к нулю с приближением конца вектора, подлежащего коррекции, к краю области и определяется функцией минимального значения отношения расстояния от точки края области до конца вектора цвета, подлежащего коррекции, и расстояния от точки вокруг одной и той же во всех случаях области до конца вектора цвета, подлежащего коррекции. Логическая схема содержит блок сравнения, на выход которого поступают сигнал О_xy координат определения области коррекции и сигнал координат вектора FP_xyz цвета выбранной точки изображения, блок вычитания, на вход которого поступают сигнал О_xy и сигнал MKF координат вектора цвета, подлежащего коррекции в максимальной степени, и на выходе которого вырабатывается сигнал AM_xyz расстояния от поверхности области коррекции цвета до конца вектора цвета, подлежащего коррекции в максимальной степени, блок вычитания, на вход которого поступают сигналы O_xyz и FR_xyz и на выходе которого вырабатывается сигнал AF_xyz расстояния от поверхности области коррекции света до конца вектора цвета, блок деления, на вход которого поступают сигнал AM_xyz и AF_xyz и который вырабатывает сигнал RA_xyz относительно расстояния между расстояниями AM_xyz и AF_xyz блока сравнения, на вход которого поступают сигналы относительного расстояния с блока деления и который вырабатывает сигнал минимального относительного расстояния MRA.

Известен линейный интерполятор цветовой коррекции для аппарата развертки и репродуцирования цветных изображений, содержащий устройство для обработки цветовых сигналов по методу линейной интерполяции (патент США N 4275413, кл. G 01F 3/08,1981 г.). В аппарате предусмотрен блок цветоделения, в котором формируются цветоделенные сигналы основных цветов (синий, красный, зеленый) в результате фотоэлектрической развертки изображения оригинала. В схеме аппарата имеется логарифмический преобразователь цветоделенных сигналов, с выхода которого снимаются сигналы, пропорциональные логарифмам их амплитуд. Сигналы с выхода логарифмического преобразователя поступают на цифровой преобразователь, который формирует дискретные импульсные сигналы, каждый из которых характеризуется наборами четырехразрядных адресов, один из которых используется для вызова сигналов цветовой коррекции с четырехразрядной структурой высшего, а другой низшего порядков. Компаратор сравнивает относительные амплитуды четырех -разрядных адресных сигналов второго набора и формирует выходной сигнал, который зависит от относительной величины этих амплитуд. Для контроля за выходными сигналами компаратора используется специальный монитор, к содержимому которого из разрядов адреса сигналов цветовой коррекции должна быть добавлена единица. Предварительное хранение сигналов цветовой коррекции производится в блоке памяти.

Известен аппарат для считывания цветных изображений с системой цветовой коррекции для управления источниками цвета, используемыми для подсветки цветного оригинала (патент США N 4679073, кл.G 01F 3/08, 1987). Аппарат содержит источник света, интенсивность светового излучения которого может меняться в соответствии с величиной потребляемой электрической мощности. В аппарате используется фотоэлектрическое считывающее устройство, обеспечивающее считывание цветного изображения, записанного на оригинале, который подсвечивается источником несколько раз. Считывающее устройство вырабатывает набор электрических сигналов, соответствующих различным цветовым компонентам изображения. Каждый такой сигнал формируется при очередном подсвечивании оригинала источником света. Для формирования опорных цветовых сигналов перед считыванием изображения оригинала пучок светового излучения от источника направляется на эталон. В аппарате имеется регулятор, позволяющий менять мощность, потребляемую источником света при каждом считывании в соответствии с параметрами опорных цветовых сигналов.

Известно устройство для регулирования ахроматической составляющей при цифровом регулировании цветовых тонов (заявка Японии N 60-52430, кл. G 03F 3/08, 1985 г.). Устройство содержит схему, которая, сравнивая данные цветоделения в определенной точке, выделяет данные о нейтральной цветовой составляющей, схему, которая при помощи данных о нейтральной цветовой составляющей и эталонных данных об ахроматическом цвете выделяет данные о нейтральной плотности блоков памяти, предназначенной для всех цветовых данных, выдает новые данные об ахроматической составляющей, необходимой для данных каждого цвета.

Известен операционный способ коррекции цвета изображения, при котором из цветоделенных сигналов K, G, B, полученных в результате оптической развертки изображения оригинала, сигнал, имеющий минимальное значение, вычитают из сигналов двух других цветов. Цвет объекта, выражаемый двумя полученными сигналами, обозначают при помощи плоской полярной системы координат (заявка Японии N 60-52429, кл. G 03F 3/08, 1985 г.). Цветовой тон объекта соответствует углу между координатной осью и отрезком, соединяющим начало координат с координатной точкой, определяемой сочетанием двух указанных сигналов. Длина отрезка соответствует насыщенности цвета объекта. Тон или насыщенность регулируют операционным способом на основании координатных данных в указанной системе координат. Таким образом осуществляют коррекцию изображения.

Известен аппарат для получения регулируемого цветового сигнала, содержащий источник света, который позволяет получать и воспроизводить любую комбинацию трех первичных цветов, фотодетектор, первый накопитель, компаратор и регулирующее устройство (патент США N 4285580, кл. G 01F 3/08, 1981 г.). Фотодетектор регистрирует интенсивность первичного цвета в выходном излучении источника света и генерирует соответствующий электрический сигнал. Значения выходных сигналов детектора, соответствующих определенным комбинациям первичных цветов в выходном излучении источника света, хранят в накопителе. Компаратор сравнивает данный сигнал от детектора с тем из сигналов, хранящихся в накопителе, который соответствует требуемому цветовому выходу источника света, и генерирует сигнал компаратора, который соответствует разности сигналов детектора. Сигнал компаратора поступает на регулирующее устройство, которое корректирует выход источника света таким образом, чтобы получить нужную комбинацию цветов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании изобретения результату (прототипом для способа) является способ проведения цветовых измерений по методу визуальной колориметрии, в соответствии с которым наблюдатель, регулируя количества трех основных цветов на визуальном колориметре, добивается зрительного тождества смеси основных цветов и цвета объекта. Затем вместо проведения измерения цвета объекта производят измерение цвета смеси специально создаваемых в колориметре смеси основных цветов. При этом цветовые координаты смеси основных цветов есть количества основных цветов колориметра, отнесенные к количествам этих же цветов, входящих в смесь, которая дает опорный белый цвет цветовой координатной системы колориметра. Таким образом, при использовании визуальных колориметров измеряется не непосредственно цвет образца, а его "метамер" цвет смеси трех основных цветов колориметра. Процесс зрительного уравнивания двух цветов служит при этом для получения такого метамера цвета образца (Большая советская энциклопедия, стр. 464).

Достоинством визуального колориметрирования являются относительно высокая, по сравнению с другими используемыми на практике методами точность цветового измерения, а также то, что измерение количества основных цветов в визуальном колориметре проще, чем в цветном кинескопе, так как достаточно прочесть показания трех шкал, пропускающих световые потоки соответствующих цветов к полюсу сравнения.

Недостатком этого метода является то, что получаемые результаты действительны только для конкретного, осуществленного путем зрительного уравнивания цвета образца и цвета смеси основных цветов, а не для стандартного наблюдения при стационарных условиях наблюдения (условия измерения при осуществлении визуальной колориметрии всякий раз меняются). Кроме этого, этим методом трудно измерять цвет не отдельных образцов, а предметов, особенно при измерении цвета в проходящем свете.

Известно устройство в виде головки для цветовой коррекции (Патент США N 4653902, кл. G 03B 27/23, 355/33, 1987). Головка включает в себя два или более цветных фильтров, установленных подвижно внутри головки, а также несколько реверсивных двигателей, каждый из которых обеспечивает поочередное введение одного из фильтров на оптическую ось.

Известны способ цветоделения и трихроматический делительный фильтр, в которых три вида фильтров, определяющих три основных цвета, объединены в одну линзовую группу, которая может вращаться посредством управляющего мотора таким образом, что оптическая ось может перекрещиваться поочередно с одним из фильтров (заявка ФРГ N 3624506, кл. G 03B 11/00, 1988 г.).

Общим недостатком устройств данного типа является низкая точность измерений вследствие последовательного измерения цветовых характеристик через чередующиеся светофильтры на одном фотоприемнике.

Известно устройство сравнения тестового образца, содержащее корпус с входной прорезью для введения цветового тестового образца и блок воспроизведения образца при прилегании к нему различных оттенков, которые последовательно перемещаются и совмещаются с образцом с помощью ручного маховика (ЕР N 0315972, кл. G 01N 31/22, 1989 г.). Когда оператор определяет, что эталонный оттенок, прилегающий к образцу, совпадает с цветом образца, он нажимает переключатель считывания информации, соответствующей эталонному цветовому оттенку, совмещенному в этот момент с образцом. Считывание информации происходит с помощью двоичных комбинаций, которые формируются множеством переключателей преобразователя. Переключатели замкнуты и разомкнуты по разному для различных комбинаций, что соответствует различным цифровым оттенкам. Кодирующая секция перемещается вместе с маховиком и возбуждает переключатели. Эта секция расположена так, чтобы переключатели замыкались и размыкались при вращении маховика.

Недостатками данного устройства являются его механическая сложность и соответственно низкая надежность в работе, а также зависимость результатов измерений от субъективных особенностей зрения оператора.

Известен аппарат для считывания цветного изображения с линейными датчиками, в которых для достижения цветового баланса определяют усиление усилителя во время считывания белой эталонной пластины (патент США N 4734762, кл. G 03F 3/08, 1988 г.). Аппарат имеет линейные датчики, каждый из которых фотоэлектрически считывает определенный участок строки цветного документа. Датчики генерируют цветовые сигналы, соответствующие цветам документа. Эти сигналы поступают на усилители. Для определения усиления усилителей используют эталонные цветовые сигналы, генерируемые в процессе считывания изображения элемента, имеющего эталонную оптическую плотность. Корректирующее устройство задает соответствующее усиление для каждого из усилителей и тем самым корректирует уровень каждого из цветовых сигналов, представляющих цвета документа.

Известен цветоанализатор, предназначенный для измерения интенсивности светового излучения по меньшей мере трех различных цветов в пределах спектра падающего света и корреляции этих измерений с заранее запрограммированными величинами (заявка PCT N 81/01203, кл. G 03B 27/73, 1980). Те цветовые составляющие падающего света, которые нужно модифицировать в соответствии с заданной программой, указывают звездочкой, состоящей из трех рядов источников света соответствующих цветов. Модифицируя цветовую составляющую при помощи корректирующих фильтров, оператор одновременно видит происходящие изменения на цветовой звездочке. При достижении запрограммированного соотношения между цветами происходит отклонение световых источников цветовой звездочки независимо от абсолютной величины интенсивности света. Анализатор имеет встроенный автоматический экспонометр, управляемый электрическим таймером.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом для системы) является система для поэлементного анализа цветовых киноизображений, содержащая последовательно расположенные осветитель, формирующий объектив, фильмовый канал, трехканальный цветоделитель, блок фотоприемников, светодиоды опорного света, оптически связанные с фотоприемниками, а электрически с выходами импульсного усилителя, логарифматоры, подключенные входами к выходам фотоприемников, а выходами к первым входам фиксаторов уровня, механизм транспортирования фильмового материала, связанный с первым электроприводом, второй электропривод и синхронизатор, подключенный первым выходом к входу импульсного генератора и вторым входам фиксаторов уровня, в которую с целью повышения качества и точности цветового денситометрического анализа киноизображений введены измерительная диафрагма, корректирующие светофильтры, трехканальный аналоговый преобразователь, блок управления электроприводами, первый и второй параллельные интерфейсы, шина управления, шина адреса, двухнаправленная шина данных, центральный процессор, контроллер шин, генератор тактовых импульсов, программируемый таймер, блок запуска-сброса, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, программируемый связной адаптер и несущая, причем цветоделитель выполнен в виде диафрагмы с числом отверстий не менее трех и светофильтрами в них, расположенными центрально-симметрично относительно оптической оси, установленной для формирующего объектива, при этом корректирующие светофильтры установлены перед фотоприемниками, расположенными центрально -симметрично относительно оптической оси и центрально-симметрично по отношению к отверстиям диафрагмы цветоделителя и с центром симметрии на цилиндрической поверхности фильмового канала измерительной диафрагмы, при этом осветитель, формирующий объектив с исполнительным механизмом, диафрагма цветоделителя с светофильтрами, измерительная диафрагма, светодиоды опорного света, фотоприемники с корректирующими светофильтрами образуют оптические измерительные каналы, оптически сопряженные в центре измерительной диафрагмы, на цилиндрической поверхности фильмового канала, а их число равно числу отверстий диафрагмы цветоделителя, причем оптические измерительные каналы установлены на одной оси качения, расположенной параллельно и симметрично относительно цилиндрической поверхности фильмового канала, а плоскость касания несущей расположена перпендикулярно цилиндрической поверхности фильмового канала (а. с. СССР N 1420486, кл. G 01N 21/23, G 03B 27/73, 1988).

Недостатками данной системы являются ее сложность в изготовлении и эксплуатации, а также предназначенность только для анализа качества цветных изображений на кинопленке и принципиальная непригодность для анализа цвета объекта в отраженном свете.

Таким образом, существует практическая изобретательская задача, связанная с тем, что актуальная потребность в высокоточном измерении и количественном выражении цвета различных окрашенных объектов в настоящее время может быть удовлетворена только 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 использовании сравнительно более простого оборудования резко снижаются точность и достоверность измерения цвета, а также проявляются субъективные погрешности измерения, связанные с индивидуальными особенностями зрения наблюдателя.

Технической задачей изобретения является повышение точности и достоверности измерения и/или количественного выражения качества цвета окрашенных объектов и создание относительно простой системы для практического осуществления измерения и количественного выражения качества цвета.

Технический результат достигается тем, что по способу измерения цвета и/или количественного выражения качества цвета в кодах или цифровых сигналах, включающему операции формирования изображения объекта измерения, измерения количества трех основных цветов путем пропускания света через светофильтры системы измерения, измерения количества разделенных основных цветов на соответствующих средствах измерения и последующего преобразования показателей измерения в коды или цифровые сигналы, показатели измерения количества разделенных цветов преобразуют в информационные сигналы, а коды или цифровые сигналы получают путем деления показателей количества разделенных основных цветов на базовый показатель основного цвета или на базовые показатели количества основных цветов.

При этом базовый показатель количества основного цвета или базовые показатели количеств основных цветов определяют путем измерения количества трех основных разделенных цветов эталонного образца, перед определением базового показателя количества основного цвета из базовых показателей количеств основных цветов осуществляют балансировку системы измерения путем выравнивания показателей измерения количества цвета на соответствующих основным цветам средствах измерения количества света до базового значения количества цвета, а в качестве средств измерения количества света используют фотоприемники.

При этом балансировку системы измерения количества цвета осуществляют путем дополнительного изменения количества измеряемого света с помощью средств регулирования количества света или путем дополнительного изменения количества измеряемого света с помощью средств регулирования количества света.

Кроме того, в качестве средств регулирования количества света используются дополнительные светофильтры или диафрагмы, в качестве базового показателя цвета выбирают показатель количества одного или нескольких цветов эталонного образца или используется максимальное значение основных цветов эталонного образца.

При этом измерение количества разделенных цветов измеряемого или эталонного объекта осуществляют одновременно, дополнительно определяют количество нейтральной составляющей цвета, численно равной минимальному количеству одного, двух или всех трех основных цветов, и определяют количество чистых основных цветов путем вычитания из количеств основных цветов количества нейтральной составляющей цвета.

Технический результат достигается также тем, что в системе измерения и/или количественного выражения качества цвета окрашенных объектов, включающей корпус, оптическую систему формирования изображения объекта с объективом, блок считывания цвета объекта, содержащий систему трех светофильтров основных цветов, и блок обработки информационных сигналов, в фокусе объектива установлено матовое стекло, а в блоке считывания цвета объекта за светофильтрами основных цветов расположены средства преобразования разделенного света в информационные сигналы, объектив оптической системы расположен в корпусе, а блок обработки и/или преобразования электрических сигналов дополнительно содержит средства индикации и/или хранения показателей измерения.

При этом средства изменения количества цвета в информационные сигналы выполнены в виде фотоприемников, фотосопротивлений, фотоумножителей или фотодиодов.

Кроме того, система содержит средства регулирования чувствительности средств преобразования света в информационные сигналы, оптическая система формирования изображения объекта дополнительно содержит средство для регулирования количества анализируемого света, в средство для регулирования количества анализируемого света выполнено в виде одной или нескольких диафрагм или группы дополнительных светофильтров.

Кроме того, оптическая система дополнительно содержит источник освещения.

Проведение перед измерением операции балансировки (калибровки) 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 и преобразование в коды результатов измерения за счет регулирования чувствительности средств измерения и получения единой базы сравнения, а также дает возможность получать безразмерные (в смысле отсутствия размерности величин) цифровые характеристики качества цвета.

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 фокуса 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 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 блоков 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.

Система измерения количества света содержит средства регулирования чувствительности средств измерения количества света, например средства регулирования чувствительности фотоприемников, а в узле формирования изображения объекта средства для регулирования количества анализируемого света выполнены, например, в виде одной или нескольких диафрагм или группы дополнительных светофильтров, что 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 стандартной 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, изобретение позволяет не только повысить точность и достоверность измерения и/или количественного выражения качества цвета окрашенных объектов, существенно упростить практическое осуществление измерения и количественного выражения качества цвета объектов, но и осуществить реализацию изобретения промышленным способом. Сущность изобретения поясняется чертежами, где
На фиг. 1 изображен общий вид функциональной блок-схемы способа и системы измерения и/или количественного выражения качества цвета окрашенных объектов, на фиг. 2-4 изображены варианты конструктивного исполнения цветоизмерительной головки системы, включающей в себя блок формирования изображения объекта и блок считывания цвета объекта, на фиг. 5 изображено сечение цветоизмерительной головки по линии А-А, на фиг. 6 изображена гистограмма сопоставления результатов измерения цветоделенных цветов.

Система для измерения и/или количественного выражения качества цвета различных объектов содержит источник освещения объекта 1, измеряемый объект 2, узел (оптическую систему) формирования изображения объекта 3, блок считывания цвета объекта и преобразования излучения в электрические или иные (например, электромагнитные или аналоговые) информационные сигналы 4, блок обработки информационных (то есть несущих информацию о количестве измеряемого света) сигналов и получения выходных сигналов 5. Дополнительно система может содержать блок индикации или хранения (в специальном запоминающем устройстве) показателей измерения и/или привода исполнительных механизмов устройств регулирования 6 (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 аддитивной (работающих по принципу получения белого цвета путем сложения основных цветов: красного, зеленого и синего) 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 балансировки (калибровки) цветочувствительной головки и средств измерения, предназначенный для балансировки (калибровки) системы в начале каждой серии измерений и диагностики неисправностей в светочувствительной головке и средствах измерения или средствах обработки и преобразования информационных сигналов.

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 основных цветов 12. При этом фотоприемники 11 расположены с одинаковым смещением относительно оптической оси объектива 13 (разрез А-А фиг. 5) и продольно ориентированы в центр матового стекла 9.

Для расширения возможностей использования система может дополнительно содержать расположенные перед объективом 8 насадку для проведения измерения цвета объекта в проходящем свете 14 (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 освещения 17 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 освещения 17, сферические зеркала 18 и дополнительные оптические линзы 20 (фиг.4). Кроме этого, для регулирования количества измеряемого света цветочувствительная головка может дополнительно содержать средство регулирования количества измеряемого света, выполненное, например, в виде дополнительных диафрагм 21 (фиг.3) или дополнительных светофильтров (на чертежах не указанных).

Способ измерения и/или количественного выражения качества цвета в кодах или цифровых сигналах осуществляется, а система для измерения и/или количественного выражения качества цвета функционирует следующим образом.

Излучение от источника света 17, проходящее через измеряемый объект 16 (в случае измерений в проходящем света) или отраженное от поверхности измеряемого объекта 16 (в случае измерений в отраженном света), направляют через объектив 8 на матовое стекло 9. При этом на матовом стекле формируется цветное изображение 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 кодовой 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 балансировку (калибровку) системы, 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 управляющего усиления 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 обработки сигналов 5 цвет измеряемого объекта будет формироваться электронным блоком как отношение показаний соответствующего каждого из составляющих основных цветов на значение балансировочной настройки, умноженное на 100% в нашем условном случае
красный цвет 50/70•100% 71%
зеленый цвет 35/70•100% 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 качество цвета измеряемого объекта.

Физическая 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 линии, пересекающие изображения количества остальных основных цветов цвета (величина A на фиг. 6), то нижняя часть гистограммы будет представлять равные значения количества основных цветов (красного, зеленого и синего) 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 цветоотделение, 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 приводим результаты измерения цветовых характеристик различных всем известных предметов: сырой свеклы, спелого красного помидора, среза моркови, куска пшеничного хлеба, сыра, патиссона, среза картофеля. При этом балансировку (калибровку) 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 безразмерные 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 и соответственно система для его реализации (цветоанализатор) могут быть универсальным инструментом для количественного измерения качестве цвета и превращения информации о цвете в цифровой код.

Результаты измерения цвета известных объектов представлены в таблице.

Кроме этого, 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.

Использование: в области колориметрии. Сущность изобретения: способ включает операции формирования изображения объекта измерения, измерения количества трех основных цветов путем пропускания света через светофильтры системы измерения, измерения количества разделенных основных цветов на соответствующих средствах измерения и последующего преобразования показателей измерения в коды или цифровые сигналы, показатели измерения количества разделенных цветов преобразуют в информационные сигналы, а коды или цифровые сигналы получают путем деления показателей количества разделенных основных цветов на базовый показатель основного цвета или на базовые показатели количеств основных цветов. При этом базовый показатель количества основного цвета или базовые показатели количеств основных цветов определяют путем измерения количества трех основных разделенных цветов эталонного образца, перед определением базового показателя количества основного цвета из базовых показателей количеств основных цветов осуществляют балансировку системы измерения путем выравнивания показателей измерения количества цвета на соответствующих основным цветам средствах измерения количества света до базового значения количества цвета, а в качестве средств измерения количества света используют фотоприемники. При этом балансировку системы измерения количества цвета осуществляют путем дополнительного изменения количества измеряемого света с помощью средств регулирования количества измеряемого света или путем дополнительного изменения количества измеряемого света с помощью средств регулирования количества света. 2 с. и 19 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

1. Способ измерения цвета и/или количественного выражения качества цвета в кодах или цифровых сигналах, включающий операции формирования изображения объекта измерения, измерения количества трех основных цветов путем пропускания света через светофильтры системы измерения, измерения количества разделенных основных цветов на соответствующих средствах измерения и последующего преобразования показателей измерения в коды или цифровые сигналы, отличающийся тем, что показатели измерения количества разделенных цветов преобразуют в информационные сигналы, а коды или цифровые сигналы получают путем деления показателей количества разделенных основных цветов на базовый показатель количества основного цвета или на базовые показатели количеств основных цветов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что базовый показатель количества основного цвета или базовые показатели количеств основных цветов определяют путем измерения количества трех основных разделенных цветов эталонного образца. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед определением базового показателя количества основного цвета или базовых показателей количеств основных цветов осуществляют балансировку системы измерения путем выравнивания показаталей измерения количества цвета на соответствующих основным цветам средствах измерения количества света до базового значения количества цвета. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве средств измерения количества света используют фотоприемники. 5. Способ по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что балансировку системы измерения количества цвета осуществляют путем регулирования чувствительности средств регулирования количества света. 6. Способ по пп. 3 5, отличающийся тем, что балансировку системы измерения количества цвета осуществляют путем дополнительного изменения количества измеряемого света с помощью средств регулирования количества света. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве средства регулирования количества света используются дополнительные светофильтры или диафрагмы. 8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что в качестве базового показателя количества цвета выбирают показатель количества одного или нескольких цветов эталонного образца. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве базового показателя количества цвета используется максимальное значение основных цветов эталонного образца. 10. Способ по пп. 1 9, отличающийся тем, что измерение количества разделенных цветов измеряемого объекта или эталонного образца осуществляют одновременно. 11. Способ по пп. 1 10, отличающийся тем, что дополнительно определяют количество нейтральной составляющей цвета, численно равной минимальному количеству одного, двух или всех трех основных цветов. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что определяют количество чистых тонов основных цветов путем вычитания из количеств основных цветов количества нейтральной составляющей цвета. 13. Система измерения и/или количественного выражения качества цвета окрашенных объектов, включающая корпус, оптическую систему формирования изображения объекта с объективом, блок считывания цвета объекта, содержащий систему трех светофильтров основных цветов и блок обработки информационных сигналов, отличающаяся тем, что в фокусе объектива установлено матовое стекло, а в блоке считывания цвета объекта за светофильтрами основных цветов расположены средства преобразования разделенного света в информационные сигналы. 14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что объектив оптической системы расположен в корпусе. 15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что блок обработки и/или преобразования электрических сигналов дополнительно содержит средства индикации и/или хранения показателей измерения. 16. Система по пп. 13 15, отличающаяся тем, что средства преобразования разделенного света в информационные сигналы выполнены в виде фотоприемников, фотосопротивлений, фотоумножителей или фотодиодов. 17. Система по пп. 13 16, отличающаяся тем, что содержит средства регулирования чувствительности средств преобразования разделенного света в информационные сигналы. 18. Система по пп. 13 17, отличающаяся тем, что оптическая система формирования изображения объекта дополнительно содержит средство для регулирования количества анализируемого света. 19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что средство для регулирования количества анализируемого света выполнено в виде одной или нескольких диафрагм или группы дополнительных светофильтров. 20. Система по пп. 13 19, отличающаяся тем, что оптическая система дополнительно содержит источник освещения. 21. Система по пп. 13 20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства фиксации или отображения количества основных цветов или количеств чистых тонов и нейтральной составляющей цвета.