14.4. Эталонные измерения цвета

В целях создания системы обеспечения единства измерений в колоримет­рии во ВНИИОФИ были разработаны и внедрены на территории Российской Федерации Государственный специальный эталон единиц координат цвета (Χ, Υ, Ζ ) и координат цветности (ж, у) и Государственная поверочная схема для средств измерений этих величин. Передача размеров единиц координат цвета и цветности регламентирована ГОСТ 8. 205-90 [6] как для несамосветя­щихся, так и для самосветящихся объектов.

Государственный специальный эталон единиц координат цвета и координат цветности. Государственный специальный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

· спектрофотометрической установки для воспроизведения единиц коор­динат цвета несамосветящихся объектов;

· эталонного спектрорадиометра для воспроизведения единиц координат цветности несамосветящихся объектов и непрерывного оптического излуче­ния;

· эталонных наборов мер (переменных по своему составу) несамосветя­щихся объектов и излучателей непрерывного оптического излучения;

· системы регистрации и обработки информации. Рассмотрим последовательно все элементы этого комплекса.

Спектрофотометрическая установка. Спектрофотометрическая

установка имеет две ветви: измерения абсолютных значений спектральных коэффициентов диффузного отражения (пропускания) и измерения индика­трис и коэффициентов яркости в геометрии 0/45 и 45/0, а также измерения коэффициентов пропускания. Обе ветви выполнены на базе серийной установки КСВУ 23. Структурная схема ветви для измерения коэффициентов диффузного отражения приведена на рис. 14. 16. Излучение от осветительной части установки направляется на входное отверстие измерительной сферы I. Предусмотрены разные варианты измерений спектральных коэффициентов диффузного отражения при геометрии Ο /d и d/Ο, а также коэффициентов пропускания. В зависимости от варианта измерений в установке качается сфера I или приемник излучения ФЭУ-2 с помощью привода на основе шагового двигателя ШД.

Рис. 14. 16. Структурная схема спектрофотометрической установки

 

Световой сигнал, преобразованный ФЭУ 3 в электрический, поступает на вход усилителя постоянного тока УПТ, входные и выходные цепи которого расположены в пульте управления, а сам усилитель — в устройстве ввода-вывода.

С выхода усилителя сигнал поступает на цифровой вольтметр ЦВ, ко­торый одновременно служит АЦП для преобразования аналогового сигнала в цифровой двоично-десятичный код и индикаторным прибором.

Преобразованный в код сигнал поступает в устройство ввода-вывода УВВ и далее на вычислительное устройство ДЗ-28. В вычислительном устройстве сигналы обрабатываются и либо запоминаются, либо выводятся на дисплей Д в цифровом виде и печатающее устройство УВВПУ-30 в цифровом и гра­фическом виде. Блок управления работает в двух режимах: с управлением от вычислительного устройства и автономно. При работе в составе комплекса блок работает с управлением от вычислительного устройства через устройство ввода-вывода УВВ.

При автономной работе блока управления импульсы, подаваемые на ша­говый двигатель, формируются генератором, встроенным в блок. Питание источников излучения осуществляется от блока питания НСП-40, а фотоэлек­тронного умножителя — от высоковольтного стабилизатора ВС.

Ветвь измерений индикатрис и определения коэффициентов яркости дей­ствует следующим образом (рис. 14. 17) (измерения производятся по силе света). Свет от источника излучения попадает на поляроид, задающий р-или s-поляризации. Поляроид приме­няется для исключения влияния по­ляризации источника излучения на измерения. Поляризованное излуче­ние модулируется при помощи ло­пастного механического модулятора и фокусируется объективом освети­тельной части на поверхности образ­ца. Рассеянное объектом излучение собирается объективом со всей по­верхности образца (работающей как эквивалентный точечный источник) на приемник излучения ФЭУ. Пере­менный световой сигнал, преобразо­ванный фотоэлектронным умножите­лем в электрический, поступает на вход усилителя В6-4.

С выхода усилителя переменный сигнал поступает на преобразователь напряжений В9-8, где преобразует­ся в постоянный и регистрируется цифровым вольтметром ЦВ, который одновременно служит АЦП анало­гового сигнала в цифровой двоично-десятичный код и индикаторным при­бором. Преобразованный в код сигнал поступает в устройство ввода-вывода

 

Рис. 14. 17. Структурная схема спектрофо тометрической установки

 

УВВ и далее на вычислительное устройство ВУ (ДЗ-28). В вычислительном устройстве сигналы обрабатываются и либо запоминаются, либо выводятся на дисплей D в цифровом виде и на печатающее устройство УВВПУ-30 в цифровом или графическом виде.

Сканирование спектра производится с помощью шагового двигателя (ШД) ШДР-721, питание на который поступает с блока управления БУ. Блок управ­ления работает в двух режимах: с управлением от вычислительного устрой­ства и автономно. Сканирование спектра может производиться по любой заданной ВУ программе. При автономной работе БУ импульсы, подаваемые на шаговый двигатель, формируются генератором, встроенным в блок.

Ветвь установки позволяет производить измерения коэффициента яркости в двух режимах: 1) сканирования по углам наблюдения и длинам волн, когда ставится образец с неизвестными параметрами и проводится измерение индикатрис яркости; 2) угол наблюдения 45° остается неизменным, а сканирование производится по длинам волн (сравнение с эталонным отражателем).

Эталонный спектрорадиометр. Структурная схема эталонного спек-трорадиометра изображена на рис. 14. 18. Его основу составляет автоматиче­ский монохроматор, управляемый персональной ЭВМ. Монохроматор снабжен фотометрическим шаром и набором приставок.

 

Рис. 14. 18. Структурная схема эталонного спектрорадиометра

 

Эти принадлежности обеспечивают выполнение условий освещения/наблюдения, установленных Μ КО для измерений цвета несамосветящихся прозрачных и отражающих образцов и самосветящихся объектов, излучение от которых попадает на вход­ную щель монохроматора через фотометрический шар. В состав установки входит эталонный набор образцов несамосветящихся объектов и излучателей переменного состава. На спектрорадиометре производятся измерения отно­сительного спектрального распределения потока излучения, после чего рас­четным путем определяется значение координаты цветности для любого типа объекта. Результаты измерений выводятся на дисплей ПЭВМ, печатающее устройство и графопостроитель.

Эталонные наборы мер и излучателей. Эталонный набор образцов несамосветящихся объектов и излучателей переменного состава для передачи размеров единиц состоит из двух частей.

В первую часть входят:

· эталонный набор прозрачных мер координат цвета;

· эталонный набор отражающих мер координат цвета;

· эталонный набор образцов белой поверхности.

Эталонный набор прозрачных мер координат цвета состоит из шести пло­скопараллельных пластин размером 40 X 40 мм2:

· эталонной меры 15-22-69 толщиной 2, 02 мм, изготовленной из зеленого прозрачного оптического стекла марки ЗС-2;

· эталонной меры 15-24-69 толщиной 2, 07 мм, изготовленной из синего прозрачного оптического стекла марки СС-8;

· эталонной меры 43-11-83 толщиной 1, 5 мм, изготовленной из пурпурного прозрачного оптического стекла марки ПС-8;

· эталонной меры 15-4-69 толщиной 1, 08 мм, изготовленной из нейтраль­ного оптического стекла марки НС-8;

· эталонной меры 84-60-08 толщиной 6, 1 мм, изготовленной из нейтраль­ного оптического стекла марки НС-8;

· эталонной меры 15-19-69 толщиной 2, 50 мм, изготовленной из красного «глушенного» оптического стекла марки КС-13.

Плоскопараллельность эталонных мер выдержана с погрешностью не бо­лее 0, 001 мм, отступление от плоскостности составляет от 2 до 5 интерферен­ционных колец.

• Эталонный набор отражающих мер координат цвета состоит из 10 пла­стин, изготовленных из цветного непрозрачного «глушенного» стекла и одной металлической пластины, покрытой титановой чернью. В набор входят:

· эталонная мера 01-7-75 толщиной 8, 5 мм синего цвета из стекла ОСС-2;

· эталонная мера 01-9-75 толщиной 8, 7 мм из зеленого стекла ОЗС-2;

· эталонная мера 01-12-75 толщиной 8, 5 мм из красного стекла ОКС-2;

· эталонная мера 01-8-75 толщиной 8, 5 мм из голубого стекла ОСС-1;

· эталонная мера 01-13-75 толщиной 8, 5 мм из пурпурного стекла ОПС-2;

· эталонная мера 01-10-75 из желтого стекла ОЖС-2;

· эталонная металлическая пластина размером 80 х 80 мм2, покрытая титановой чернью;

· эталонные серые образцы из металла того же размера под номерами 1-9, 1-11 и 1-13, образующие «серую» шкалу.

· Эталонный набор образцов белой поверхности состоит из:

· двух дисков диаметром 60 мм и толщиной 9 мм под номерами 46-80 и 47-80, изготовленных из одного и того же куска молочного стекла марки МС-20;

· образца белой поверхности № 1-14 в виде пластины размером 80 χ χ 80 χ 6 мм3 из прессованного методом спекания политетрафтор-этилена на металлической подложке.

Спектральные коэффициенты отражения эталонных образцов белой по­верхности измерены абсолютным методом Тэйлора.

Во вторую часть эталонного набора образцов входят излучатели, в том числе:

· излучатели, воспроизводящие спектральный состав и цветность основ­ных люминофоров, применяемых в электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) цвет­ного изображения: красного, зеленого, синего и источника D^, цветность которого воспроизводится свечением смеси упомянутых люминофоров. Из­лучатели выполнены на малогабаритных ЭЛТ типа «Лавиния» с диаметром катода 50 мм. Излучатели могут действовать в непрерывном и импульсном режимах;

· излучатели, воспроизводящие те же параметры основных люминофо­ров, но основанные на серийном кинескопе типа 25 ЛК2Ц; эти излучатели действуют в режиме телевизионного стандарта;

· излучатели, воспроизводящие цветность источников, имеющих гладкий спектр излучения (типа светосигнальных систем, габаритных огней и т. п. ) и представляющих собой набор аттестованных фильтров из прозрачного цвет­ного оптического стекла и источника света типа А.

Все излучатели снабжены специализированными блоками питания, обес­печивающими исключительно высокую стабильность их светотехнических и цветовых характеристик.

Результаты исследования Государственного специального эталона.

Исследование спектрофотометрической установки. Исследование градуировки шкалы длин волн монохроматора

Погрешность градуировки шкалы длин волн определялась как разность между показаниями шкалы монохроматора и действительным значением дли­ны волны. Экспериментально эта разность проверялась при помощи спек­тральной ртутно-гелиевой лампы ДРГС-12 на следующих линиях в иссле­дуемом диапазоне: 404, 66 нм; 435, 83 нм; 501, 57 нм; 576, 96 нм; 706, 51 нм. В качестве систематической составляющей погрешности шкалы длин волн спектрофотометрической установки была принята наибольшая разность меж­ду средними значениями измеренных длин волн и паспортными данными, составившая 0, 1 нм.

Исследование влияния рассеянного света. Составляющая неисклю-ченной систематической погрешности 0рс спектрофотометрической установ­ки определялась при помощи отрезающих светофильтров, установленных по­сле выходной щели монохроматора и блокирующих паразитное излучение. Отношение фототоков приемника со светофильтром и без него определило значение составляющей НСП, которая для диффузно рассеянного света не превысила 0, 003 и для монохроматического рассеянного света 0, 001.

Исследование нелинейности измерительного тракта установки. Нелинейность измерительного тракта установки и порождаемая ею НСП определялась с помощью двух призм Плана, одна из которых закреплялась в угломерном устройстве, а другая оставалась неподвижной. Ослабление све­тового потока, прошедшего через скрещенные призмы Глана, пропорциональ­но квадрату косинуса угла между плоскостями поляризации призм. По резуль­татам исследования установлено, что составляющая НСП Θ Η, порождаемая нелинейностью измерительного тракта при преобразовании светового потока в напряжение, для сигналов больше 500 мкВ не превышает 0, 001.

Исследование влияния спектральной ширины щели. Погрешность 0Щ, порождаемая отличием реальной спектральной ширины щели от номинальной, определяется как произведение относительного наклона исследуе­мого спектрального распределения, обратной дисперсии решетки монохрома-тора и размера выходной щели монохроматора. Вследствие этого рассмат­риваемая составляющая НСП будет большой для образцов с крутыми спек­тральными распределениями и пренебрежимо малой для образцов с плавным распределением. Для молочного стекла МС-20 на длине волны 400 нм  со­ставляет 0, 0002, а на остальных длинах волн — меньше 0, 00002. Для красного образца максимальное значение  на длине волны λ = 620 нм.

Суммирование для каждой длины волны и для различных образцов вы­шеперечисленных погрешностей, а также неисключенных систематических погрешностей, присущих интегральному шаровому фотометру, дает значение НСП воспроизведения единиц цвета отражающих образцов в пределах

; ; .

Исследование неселективности опорного приемника. Исследова­ние заключалось в расчете эффективного коэффициента поглощения при­емной полости опорного приемника типа ПП-1. Расчет производился мето­дом Монте-Карло. В спектральном диапазоне (0, 38-0, 78) мкм коэффициент поглощения черного матового лака АК-243, которым покрыта внутренняя поверхность конической полости опорного приемника, изменяется от 0, 975 до 0, 986.

Расчет показал, что при этом эффективный коэффициент поглощения ко­нической полости меняется в пределах от 0, 9994 до 0, 9996, а погрешность, вно­симая неравномерностью относительной спектральной характеристики опор­ного приемника, не превышает 2 · 10~4.

Исследование погрешности, обусловленной погрешностью шка­лы длин волн монохроматора меры ОСРПИ. Неисключенная систе­матическая погрешность, обусловленная погрешностью шкалы длин волн монохроматора меры относительного спектрального распределения потока излучения (ОСРПИ), определялась экспериментальным путем по линиям излучения лампы ДРГС-12 с погрешностью ±0, 0005 А.

По результатам измерений погрешность по шкале длин волн не превышает значения ±0, 5 А, что вызывает погрешность в определении ОСРПИ не более ±0, 001.

Исследование погрешности, обусловленной наличием диффуз­ного рассеянного света в монохроматоре ГСЭ. Интенсивность диффуз­ного рассеянного света в монохроматоре ГСЭ определена экспериментальным путем и не превышает значения 0, 04%.

Погрешность измерений координат цветности при этом составляет:

Исследование погрешности, обусловленный наличием ширины щели в монохроматоре ГСЭ. Влияние ширины щели на погрешность измерения координат цвета определена расчетным путем и составляет:

Исследование погрешности, обусловленной нелинейностью при-емно-усилительного канала ГСЭ. Исследования нелинейности приемно-усилительного канала были проведены методом сложения апертур и во всем динамическом диапазоне определено значение поправочного коэффициента с погрешностью ±0, 3%. При этом погрешность по координатам цветности составляет:

Погрешность, обусловленная погрешностью аттестации ГСЭ.

ГСЭ аттестуется с помощью меры относительного спектрального распределе­ния потока излучения с погрешностью ± 1 %, что соответствует следующим погрешностям по координатам цветности:

Составляющие неисключенной систематической погрешности воспроиз­ведения единицы координат цветности и ее суммарное значение приведены в табл. 14. 8.

Таблица 14. 8. Составляющие неисключенной систематической погрешности воспроизведения единицы координат цветности

 

 

п/п	Составляющие погрешности	Значения погрешностей
		Θ *
1.	Погрешность шкалы длин волн	(2, 2-6, 7) ■ 1(Г4	(3, 3-10) · ИГ4
2.	Погрешность, обусловленная моно­хроматическим рассеянным светом	(0, 11-0, 33) · Ι Ο " 4	(0, 2-0, 6) ■ 10" 4
3.	Погрешность, обусловленная диф­фузным рассеянным светом	(0, 09-0, 27) · 10~4	(0, 13-0, 4) · 10~4
4.	Погрешность, обусловленная шири­ной щели монохроматора	(0, 22-0, 67) · 10~4	(0, 33-0, 1) ■ 10~4
5.	Погрешность, обусловленная нели­нейностью приемноусилительного канала	(0, 8-2, 3) · 10~4	(1)-(3) ■ Ι Ο " 4
6.	Погрешность аттестации	(2, 2-6, 7) · 10~4	(3, 3-10) · 10~4

Неисключенная систематическая погрешность определяется, при доверительной вероятности Ρ = 0, 994 и к = 1, 4,

Гп

по формуле

,

где к —коэффициент, зависящий от Р.

Средние квадратические отклонения результатов воспроизведе­ния единиц координат цветности на ГСЭ. Средние квадратические отклонения результатов воспроизведения единиц координат цветности опре­делялись экспериментально по результатам 10 измерений и составили:

Вторичные эталоны единиц координат цвета и координат цветно­сти. В качестве вторичных эталонов единиц координат цвета несамосветящих­ся объектов применяют комплексы, состоящие из спектроколориметрических установок с наборами мер (отражающих и прозрачных образцов) в диапазонах измерений: X = 2, 5-109, 0; Υ = 1, 4-98, 0 и Ζ = 1, 7-107, 0 и системы регистра­ции и обработки информации.

В качестве вторичных эталонов единиц координат цветности несамосве­тящихся объектов применяют комплексы, состоящие из колориметра с на­борами отражающих и прозрачных образцов в диапазонах измерений: χ = = 0, 0039-0, 7347 и у = 0, 0048-0, 8338 и системы регистрации и обработки информации.

В качестве вторичных эталонов единиц координат цветности самосве­тящихся объектов применяют комплексы, состоящие из спектрорадиометра с наборами мер (излучателей) в диапазонах измерений: χ = 0, 0039-0, 7347 и у = 0, 0048-0, 8338 при яркости от 10 до 1000 кд/м2 и системы регистрации и обработки информации.

Средние квадратические отклонения результатов сличений 5^ вторичных эталонов единиц координат цвета несамосветящихся объектов с государствен­ным составляют:

· для прозрачных образцов — ;

· для отражающих образцов — .

Средние квадратические отклонения результатов сличений  вторичных эталонов единиц координат цветности несамосветящихся объектов с государ­ственным не должны превышать:

· 0, 007 — для координат цветности χ < 0, 1 или у < 0, 1;

· 0, 0007 — для координат цветности χ > 0, 1 или у > 0, 1.

Средние квадратические отклонения результатов сличений вторичных эталонов единиц координат цветности самосветящихся объектов с государ­ственным составляют .

Вторичные эталоны единиц координат цвета и координат цветности неса­мосветящихся объектов применяют для передачи размеров единиц разрядным (рабочим) эталонам методом прямых измерений и сличением при помощи компараторов (набора мер координат цвета и набора образцов координат цвет­ности) и рабочим средствам измерений сличением при помощи компаратора (набора мер координат цвета и набора образцов координат цветности).

Вторичные эталоны единиц координат цветности самосветящихся объек­тов применяют для передачи размеров единиц разрядным (рабочим) эталонам методом прямых измерений и сличением при помощи компаратора (набора мер) и рабочим средствам измерений сличением при помощи компаратора (набора мер).

Рабочие эталоны единиц координат цвета и координат цвет­ности. В качестве разрядных (рабочих) эталонов единиц координат цвета и координат цветности несамосветящихся объектов применяют: наборы мер координат цвета в диапазонах измерений X = 2, 5-107, 0; Υ = 2-98 и Ζ = 1, 7-107, 0; колориметры в диапазонах измерений: координат цвета X = 2, 5-109, 0; У = 1, 4-98, 0 и Ζ = 1, 7-107, 0 и координат цветности — χ = 0, 004-0, 734 и у = = 0, 005-0, 834; наборы образцов координат цветности в диапазонах измерений: χ = 0, 2-0, 5 и у ш 0, 25-0, 44.

В качестве разрядных (рабочих) эталонов единиц координат цветности самосветящихся объектов применяют источники А, В, С со значениями: ; ; ; ;  и ; излу­чатели в диапазонах измерений: χ = 0, 1-0, 7 и у = 0, 05-0, 70 и колориметры в диапазонах измерений: χ = 0, 004-0, 734 и у = 0, 005-0, 834 при яркости от 10 до 1000 кд/м2.

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей Δ разрядных (рабочих) эталонов единиц координат цвета несамосветящихся объектов составляют:

· для прозрачных образцов — ;

· для отражающих образцов — .

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей Δ разрядных (рабочих) эталонов единиц координат цветности несамосветящихся объектов составля­ют: .

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей Δ разрядных (рабочих) эталонов единиц координат цветности самосветящихся объектов составляют: .

Разрядные (рабочие) эталоны применяют для поверки рабочих средств из­мерений координат цвета и координат цветности несамосветящихся объектов методом прямых измерений и сличением при помощи компаратора (набора мер координат цвета и набора образцов координат цветности).

Разрядные (рабочие) эталоны применяют для поверки рабочих средств измерений координат цветности самосветящихся объектов методом прямых измерений и сличением при помощи компаратора (набора мер).

Рабочие средства измерений координат цвета и координат цвет­ности. В качестве рабочих средств измерений координат цвета несамосветя­щихся объектов применяют: колориметры в диапазонах измерений: X = 2, 5-109, 0; Υ = 1, 4-98, 0 и Ζ = 1, 7-107, 0; визуальные колориметры в диапазонах измерений: X = 3-90; У = 2-98 и Ζ = 2-105.

В качестве рабочих средств измерений координат цветности несамосветя­щихся объектов применяют: колориметры в диапазонах измерений: χ — 0, 004-0, 734 и у = 0, 005-0, 834.

В качестве рабочих средств измерений координат цветности самосветя­щихся объектов применяют: колориметры в диапазонах измерений: χ = 0, 004-0, 734 и у = 0, 005-0, 834 и телевизионные колориметры в диапазонах измере­ний: ж = 0, 1-0, 7 и у = 0, 05-0, 70 при яркости от 10 до 1000 кд/м2.

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей Δ рабочих средств из­мерений координат цвета несамосветящихся объектов составляют:

· для прозрачных образцов — ;

· для отражающих образцов — .

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей Δ рабочих средств из­мерений координат цветности несамосветящихся объектов составляют: .

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей Δ рабочих средств изме­рений координат цветности самосветящихся объектов составляют: .

⇐ Предыдущая50515253545556575859Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: