Hiệu chỉnh máy đo màu kích thích ba thành phần

Ngày nay, khi cuộc sống ngày càng hiện đại hơn thì màu sắc càng trở nên quan trọng. Ta nhìn thấy các màu sắc ở khắp nơi xung quanh ta, trên vải dệt, sơn, các sản phẩm trong in ấn, bề mặt nhựa, bao bì của các sản phẩm hàng hoá mà ta sử dụng hằng ngày, … màu sắc trở thành thước đo để đánh giá chất lượng của nguyên liệu làm thực phẩm. Trong lĩnh vực hàng hoá thương mại, màu sắc là yếu tố để thu hút khách hàng….Việc xác định một cách chính xác một màu nào đó là rất cần thiết.

I. GIỚI THIỆU

Tuy nhiên, thật khó thực hiện việc này bằng mắt thường vì việc cảm nhận một màu nào đó nó còn phụ thuộc vào yếu tố chủ quan của từng người quan sát. Điều này đòi hỏi cần có một chuẩn chung và một thiết bị có thể “đọc” một cách chính xác một màu bất kì. Bên cạnh đó như ta đã biết, việc đo đạc đóng một vai trò quan trong trong tất cả các lĩnh vực của Khoa học và Kĩ thuật. Chính vì vậy đo màu (colorimetry) đang trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống kiểm soát chất lượng và các công ty sản xuất hiện đại. Ở Việt Nam, mặc dù các ứng dụng của các thiết bị đo màu vào trong các lĩnh vực công nghệ đã rất phổ biến tuy vậy việc chế tạo vẫn ít được quan tâm. Hầu như các máy đo màu được sử dụng ở nước ta cho đến thời điểm hiện nay là đều được nhập từ nước ngoài với giá thành cao. Chính vì vậy việc thiết kế một máy đo màu trong nước với giá thành rẻ có độ chính xác nằm trong mức độ cho phép là cần thiết.

Khi thiết kế một máy đo màu, để máy cho ta kết quả có độ chính xác cao thì việc xác định một phương pháp hiệu chỉnh thiết bị đóng vai trò quan trọng. Để hiệu chỉnh thiết bị có nhiều phương pháp như là các phương pháp ma trận do ASTM (American Society for Testing and Material) công bố.

Trong bài báo này, tác giả sẽ trình bày một phương pháp chuẩn hoá máy đo màu của một máy đo màu kích thích ba thành phần do nhóm nghiên cứu máy đo màu tự ráp.

II. PHƯƠNG PHÁP

1. Máy đo.

Máy đo màu kích thích 3 thành phần được thiết kế có nguyên tắc hoạt động như sau: thiết bị có cấu tạo gồm một nguồn chiếu sáng là bộ LED bán dẫn phát ánh sáng trắng, ánh sáng phát ra từ bộ LED sẽ được chiếu trực tiếp vào bề mặt của vật thể cần đo, ánh sáng sau khi phản xạ từ bề mặt được nhận bởi 1 cảm biến màu TCS230 của hãng TAOs, cảm biến màu này có các tác dụng là trước hết nó sẽ lọc chùm ánh sáng phản xạ chỉ cho qua 3 ánh sáng cơ bản là Red, Green và Blue đồng thời nó chuyển đổi cường độ của 3 màu cơ bản Red, Green và Blue sang tần số tương ứng. Theo lý thuyết màu thì các giá trị thu được của 3 ánh sáng cơ bản này (còn gọi là 3 giá trị kích thích thành phần) đủ để mô tả bất kì màu nào nằm trong vùng phổ khả kiến. Các giá trị màu này sẽ được chuyển đến bộ vi xử lí để thực hiện hiệu chỉnh và hiển thị màu mà máy đọc được. Kết quả cuối cùng được hiển thị trên một màn hình LCD gắn trực tiếp trên máy đo.

2. Phương pháp chuẩn hoá

Những máy đo màu sử dụng các bộ lọc vùng phổ rộng thì do sự không hoàn hảo của bộ lọc cho nên sai số của phép đo là một điều không thể tránh khỏi, đặc biệt là khi ta dùng nguồn chiếu sáng không phải là nguồn chiếu sáng chuẩn. Chính vì vậy việc hiệu chỉnh thiết bị có vai trò rất quan trọng, nó sẽ giúp độ chính xác của máy đo tăng lên.

Kĩ thuật ma trận đã được biết trên 20 năm qua với mục đích là cải thiện độ chính xác của máy đo màu. Theo chuẩn ASTM E1455-92 thì, để chuẩn hoá máy đo ta sẽ đi xác định một ma trận chuyển đổi các giá trị đo được của máy đo mà ta cần chuẩn sang giá trị đo được của máy đo tham chiếu với cùng một mẫu đo. Mỗi máy đo sẽ có một ma trận riêng của nó.

Theo [I], trong trường hợp máy đo tham chiếu, máy đo cần chuẩn hoạt động tốt (có độ ổn định cao) và mẫu mà ta đo là mẫu chuẩn (là các bộ màu chuẩn ) thì để xác định ma trận hiệu chỉnh ta chỉ cần test 3 màu (chẳng hạn như là Red, Green và Blue). Còn trong trường hợp điều kiện của ta vẫn còn một vài điểm không hoàn hảo, chưa được chuẩn so với yêu cầu, thì ta cần phải test tối thiểu là 8 màu. Trong điều kiện như vậy ở đây ta sẽ tiến hành xác định ma trận hiệu chỉnh bằng cách test 10 màu : gồm 6 màu cơ bản là Red, Green, Blue, Cyan, Magenta, Yellow, và 4 màu là Rose Fragrance, Blue Angel, Petal, Cranberry (Là nhưng màu trong kho màu của hãng sơn Levis).

Phương pháp như sau [2]:

Để xác định ma trận hiệu chỉnh thì ta dùng hai máy đo là máy đo mà ta cần chuẩn và một máy đo chuẩn cùng đo một tập màu gồm N màu khác nhau.

Ma trận hiệu chỉnh được xác định như sau:

Với: cmij : là các yếu tố thành phần của ma trận hiệu chỉnh.

XYZ : là các giá trị kích thích 3 thành phần của N màu được đo bởi máy đo chuẩn.

T: Ma trận chuyển vị

XSDYSDZSD: là các giá trị kích thích 3 thành phần của N màu được đọc bởi cảm biến màu cuả máy đo mà ta cần chuẩn.

Sau khi xác định được ma trận hiệu chỉnh ta sẽ thực hiện bước chuyển đổi từ giá trị đo được ban đầu (chưa hiệu chỉnh) sang giá trị đã được hiệu chỉnh như sau:

XC’ YC’ ZC : là các giá trị kích thích thành phần của màu bất kì mà ta cần hiệu chỉnh.

III. THỰC NGHIỆM.

Để hiệu chỉnh máy đo màu tự ráp ở trên (ta sẽ gọi là máy đo TCS230), ở đây chúng tôi đã sử dụng một máy đo màu chuẩn là máy đo màu Xrite, quá trình đo được thực hiện tại phòng thí nghiệm của bộ môn Đồ hoạ – Truyền thông thuộc Khoa In và Truyền thông trường ĐH Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM.

Bảng giá trị của 10 màu dùng để xác định ma trận hiệu chỉnh do máy TCS230 và máy Pantone đo được:

Bằng cách sử dụng phần mềm tính toán Matlap, ta tính được ma trận hiệu chỉnh:

Để kiểm chứng độ chính xác của kết quả, ta tiến hành đo trên một số màu bất kì sau đó sẽ tiến hành hiệu chỉnh và kết quả cuối cùng sẽ so với kết quả của máy đo chuẩn.

Bảng dưới đây thể hiện các toạ độ màu của máy đo TCS sau khi hiệu chỉnh và máy đo Pantone trên 26 màu.

IV. KẾT LUẬN:

Sau khi hiệu chỉnh máy đo màu TCS230 bằng cách xác định ma trận hiệu chỉnh như đã trình bày ở trên ta thấy kết quả thu được có độ chính xác cao so với máy chuẩn. Kết quả này mở ra cho ta một khả năng về việc thiết kế một máy đo màu nhỏ gọn có giá thành rẻ, độ chính xác cao ngay ở trong nước thay cho việc mua những máy đo màu đắt tiền từ nước ngoài.

Tài liệu tham khảo:

1. Ngô Anh Tuấn, Lý Thuyết Màu, 2010, Nhà Xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM.

2. Ngô Anh Tuấn, Màu sắc và chất lượng in, 2003, Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM.

3. Ngô Anh Tuấn, Kỹ thuật đo mật độ – dùng trong ngành in, 2003, Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM.

4. Improved Chromaticity And Luminance Measurements Using A Tristimulus Colorimeter.

5. Daniel Wiese, Karlheinz Blankenbach, Low Cost Colour Measurements with Improved Accuracy, Pforzheim University, Engineering Department Electronics and Information Technology Tiefenbronner Str. 65, D-75175 Pforzheim, Germany.

6. Stephen Westland School of Design,Computational Colour Science using MATLAB, University of Leeds, UK Caterina Ripamonti Department of Psychology, University of Pennsylvania, USA