Способ измерения различия в цветосодержании двух образцов Советский патент 1988 года по МПК G01J3/46 

Изобретение относится к оптическим измерениям, а именно к измерениям разницы цветосодержания двух образцов или двух составных участков образца. Цель изобретения - повышение точности «змерений. Оба исследуемых, участка 1,2 одновременно освещаются и свет от них одновременно поступает на ттриемник 7 светового излучения. Измеряемые световые лучи имеют разный цвет по сравнению один с другим, так что измеряемый свет с первого образца слабо погло1цается цветовой средой, а измеряемый свет со второго образца сильно поглощается цветовой средой. При этом измеряемое цвета пот переменно чередуиггся между собой с частотой 1-10 Гц. Сигнал переменного тока, выраЬатываеный приемником 7, является мерой разницы в цветосо- держании образцов. 6 ил. ЭТ

Изобретение относится к оптическим измерениям, а именно к измерениям разницы цветосодержания двух образцов или двух участков, занимаемых - компонентами образца с помощью одного или нескольких источников света и одного приемника светового излучения.

Целью изобретения является повьше- ние точности измерений.

На фиг.1 показан процесс измерения при исследовании местного покраснения коли вследствие усиления циркуляции крови; на фиг.2 - измерение составляющих участков образца при вра- щении устройства; на фиг.З - схема реализации способа, в которой изменение цвета происходит с помощью прд-i вижного фильтра; на фиг.4 - изменение цвета происходит с помощью подвижного зеркала; на фиг.З - изменение цвета происходит с помощью цветопрерывате- лей; на фиг.6 - стабилизация источни I

ков света и автоматической регулировк баланса.

Способ осуществляют следующим образом.

Используют два луча света различного цвета, т.е. лучи света, чей диапазон длин волн ограничен таким обра- зом, что средние длины волн их различны. Ограничение диапазона длин i. волн осуществляется например, с помощью фильтра, сетки или призмы. Одна из наружных поверхностей образцов яв- ляется исследуемой поверхностью, а другая - эталонной поверхностью. Обе поверхности освещаются одновременно, одна светом одного цвета и другая - светом другого цвета, и свет, отра-v женный от обеих поверхностей, падает на приемник светового излучения одновременно. Геометрия измерения должна быть такой, что углы падения и разделения света относительно поверхности различны, т.е. только рассеянно отраженный свет может поступать на приемник светового излучения. Цвета световых лучей изменяются между собой с соответствующей частотой, которая выбирается так, чтобы и электрическое и механическое управление . цветом i светового луча и приемник светового излучения, а также соответствующая электроника, например усилители, при данной частоте могли бы работать надежно и точно. Благодаря линейности приемника светового излучения информация о. разнице коэффициентов отражения сохраняется, и если поверхности имеют различные цвета относительно используемых двух длин волн, т.е. . если разница между коэффициентами отражения одной поверхности для этих двух длин волн различна по отношению к соответствующей разнице у другой поверхности, то приемник светового излучения вырабатьтает переменный сигнал, частота которого та же, что и частота изменения цвета, и амплитуда которого пропорциональна .разнице цвета поверхностей. Результат измерения не зависит от затемненности образца, т.е. от нейтрального компонента его поглощающей способности. Если одна поверхность белая, а другая поверхность черная, сигнал не вьфабаты- вается, так как ни одна из этих по- р верхностей не содержит цветную составляющую. Результат также не зависит от разницы в покрытии поверхностей.

Ограничение диапазона длин волн измеряющего цвета, т.е. выбор цвета, может быть осуществлен также после образца. В этом случае образцы осв.е- щались белым светом.

Для того чтобы затемнение образца не влияло на результат измерения, необходимо регулировать интенсивность источников света, освещающих данный образец до такого уровня, чтобы они образовывали достаточно сильный сигнал на приемнике светового излучения. Регулировка осуществляется таким образом, что белая эталонная поверхность помещается на место одного образца, а черная эталонная поверхность помещается на место другого образца, или если используются объемные образцы, то непрозрачный эталонный образец помещается на место одного образца, а абсолютно прозрачньй, т.е. бесцветный, на место другого образца, и интенсивность света регулируется либо электрически, либо с помощью фильтра так, что переменный сигнал приемника светового излучения становится равным кулю. Места расположения черного и белого или непрозрачного и прозрачного эталонных образцов меняются и операция регулировки повторяется снова.

На фиг.1 показана схема устройства для исследования местного покраснения кожц в результате увеличенного кровообращения. В спектре поглощения гемоглобина существует большой участок поглощения внутри диапазона от 500

3

до 600 им, и при длинах волн больших чем 600 нм какого-либо значительного поглощения не существует. Измеряется свет, отраженный от участков 1 и 2 кожи. В качестве источников света используются четыре светоиэлучающих диода (СИД) 3-6, из которых два 3 и 4 зеленые, а 5 и 6 красные. Максимальная длина волны зеленых СИД равн 565 нм, а красных 635 нм. В качестве приемника светового излучения используется фототранзистор 7, на который падает свет, отраженный от двух контрольных участков 1 и 2 на коже.

Элемент 8 управления работает та- кик образом, что каждый контрольный участок 1 и 2 освещается одним зеленым и одним красным СИД попеременно при этом, когда красный СИД освещает один контрольный участок, другой контрольный участок освещается зеленым СИД. Сигнал переменного тока фототранзистора подается на усилитель 9, выпрямляется и измеряется.

Коэффициенты отражения контрольны участков 1 и 2 при красном свете обозначаются К, и Rg. и при зеленом

свете G, и G. Диапазон изменения коэффициентов отражения от О до 100%. Когда источники света 3, 4 и 5, 6 поочередно меняются, сигнал перемен- ного тока приемника 7 светового излучения пропорционален следующему равенству

или

,+Сг1-1К2+С,| i

,-G,I ,L Используя обозначения

и Hg называются Н-индексами, т.е. индексом цвета и может служить мерой содержания гемоглобина кожи. Он имеет значение О, когда кожа совершенно не содержит гемоглобина, и значение 100%, когда кожа полностью красная от гемоглобина. Описанное выше измерение представляет разницу Н-индексов двух контрольных участков кожи. Если, например, участок 1 является нормальной кожей, то измерение показывает красноту участка 2. .

Очевидно, что раздельные зеленые и красные СИД могут быть заменены

другиьш, которые в соответствии с получаемыми командами управления могли бы изучать либо зеленый, либо красный свет при условии достаточной яркости, В данном случае требуется только два СИД.

Поочередное изменение цветов может быть также осуществлено посредством поочередного изменения положений образцов 1, 2 в то время, как пучки света остаются неизменного цвета. Если образцы 1, 2 являются частями одной и той же поверхности 20 и эта поверхность остается, неподвижной, положения образцов могут быть поочередно изменены посредством поворота оптики устройства или полностью самого устройства на 180° (фиг.2). Если

0 5

0

5

0

5

0

5

этот поворот превращается в постоянное вращение, то приемник вырабатывает синусоидальный сигнал переменного тока. Если цветосодержание поверхности имеет постоянный градиент в области измерения, фазовый угол сигнала показывает направление градиента.

На фиг.З источником света является лампа 3. Между образцами и лампой помещен вращающийся фильтр 10, состоящий из двух половинок разного цвета. Свет, отраженный от образцов 1 и 2, падает на приемник 7 сйетового излучения, чей сигнал переменного тока усиливается в усилителе 9, выпрямляется и измеряется.

При измерении жидких образцов (фиг.4) из фильтров 11 и 12 один является прозрачным для света определенного цвета, который сильно поглощается цветовой средой, а другой - для света, который слабо поглощается цветовой средой. Фильтр 13 является, клинообразным нейтральным фильтром, обеспечивающим балансовую регулировку. Зеркало 14 является вращающимся прерывающим зеркалом, которое расположено таким образом по отношению к пучкам света, что всегда, когда один из пучков света отражается зеркалом, другой пучок проходит через отверстие. Зеркало 15 направляет свет через отверстие прерывающего зеркала, делая его параллельным лучу,отраженному от прерывающего зеркала. Сигнал переменного тока приемника 7 светового излучения поступает на усилитель 9, выпрямляется и измеряется.

Устройство на фиг.5 выполнено с помощью двухцветных фильтров и двух

светопрерывателей. Два двухцветных фильтра 16 и 17 одного типа пропускают определенный диапазон длин волн и отражают другие длины волн. Клинообразный нейтральный фильтр 13 ис- пользуется для балансовой регулировки. Светопрерыватели 18 и 19 находятся в фиксированном положении по отношению один к другому и вращаются вокруг одной оси. Их относительное расположение таково, что всегда, когда один фильтр пропускает свет одного цвета, другой фильтр пропускает свет другого цвета. Сигнал переменного Тока приемника 7 светового излучения поступает на усилитель 9, выпрямляется и измеряется.

В устройстве на фиг.6 цвет световых лучей выбирается с помощью интерференционных фильтров 21 и 22. Эти фильтры пропускают узкий диапазон длин волн, средняя длина волны которого выбирается при перемещении фильтра вдоль светового луча. Световой луч, отраженный от образцов, падает на приемник 7 светового излучения, чей сигнал переменного тока усиливается на усилителе 9, выпрямляется и измеряется.

Для стабилизации источников света и для автоматической балансовой регулировки образцы убираются из лучей света после прохождения света через каждый интерференционный фильтр с помощью световьк делителей 23. и 24. Лучи проходят через зубцы, расположенные на краю вращающейся основы, и падают на приемник 25 светового излучения. Зубцы имеют такую геометрию, что в любой момент времени один и только один луч света поступает на приемник 25 светового излучения. Таким образом, если приемник 25 светового излучения вырабатывает сигнал переменного тока, это означает, что с точки зрения спектральной чувствительности приемников светового излучения световые интенсивности не сбалансированы. Сигнал от приемника 25 светового излучения подается на элемент 26 управления, который изменяет отношение яркостей ламп 3 и 4 таким образом, что сигнал переменного тока становится равным нулю. Для управления сигнал переменного тока приемника 25 светового излучения может быть выпрямлен, например, с помощью фазо- чувствительного детектора, для чего

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

получают эталонный сигнал, например, с пары световых приемопередатчиков 27t Составляющая постоянного тока сигнала приемника 25 пропорциональна - среднему значению интенсивности световых лучей. С помощью регулировки яркости ламп 3 и 4 в одном направлении элемент управления поддерживает составляющую постоянного тока сигнала приемника 25 в постоянном значении и тем самым стабилизирует интенсивность света ламп. Спектральная чувствительность приемников 7 и 25 светового излучения быть одинаковой. (

В случае плоских образцов, если балансовая регулировка осуществляется посредством черного и белого образца и если приемник является абсолютно линейным, составляющая постоянного тока сигнала приемника при балансовой регулировке является точным эквивалентом световой интенсивности одного пучка света. Если при измерении присутствуют два образца, один из из которых полностью бесцветенt а другой насыщен цветом, так что он поглощает один из используемых цветов полностью, то сигнал переменного тока получается таким, чтобы его двои- ная амплитуда равна составляющей постоянного тока, получаемой при балансовой регулировке. Таким образом, когда осуществляется балансовая регулировка, можно отрегулировать коэффициент усиления устройства до такого уровня, когда составляющая постоянного тока сигнала приемника вызывает на дисплее величину 100%. Если цветовая составляющая даже в чистом ниде не поглощает полностью никакую из длин волн, то калибрование может быть осуществлено отдельно с помощью определенного калибровочного образца.

Формула из обретения

Способ измерения различия в цвето- содержании двух образцов или двух участков, занимаемых компонентами образца, при котором освещают образ-: цы или участки, занимаемые компонентами образца, направляют световые потоки от образцов или участков, занимаемых компонентами образца, имею- вще различные один по сравнению с другим цвета, которые в различной

71414328

степени поглощаются образцами или участками, занимаемыми компонентами образца, на один приемник излучения, сигнал переменного тока которого служит мерой различия в цветосодержании, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, оба образца или оба участка, занимаемых

8

компонентами образца, освещают одновременно и от обоих образцов или участков, занимаемых компонентами образца, световые потоки направляют одновременно на приемник излучения, при этом цвета измеряемых световых потоков попеременно меняют один с другим с частотой 1-10 Гц.

фие.З

1

фие.

фие.б