Thạc Sĩ Chế tạo và hiệu chỉnh máy đo màu kích thích ba thành phần

MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong một thế giới đầy màu sắc. Với sự trợ giúp của màu sắc chúng ta có thể nhìn nhận rõ ràng mọi vật xung quanh. Màu sắc là kết quả của sự tương tác giữa ánh sáng với vật thể. Sự cảm nhận về màu màu sắc là một quá trình xảy ra rất phức tạp, phối hợp nhiều yếu tố như là yếu tố vật lý (ánh sáng, bề mặt mẫu vật, góc quan sát ), yếu tố sinh lý (cấu tạo mắt), yếu tố tâm lý (trạng thái tâm lý, độ tuổi, giới tính, kinh nghiệm sống ). Ngày nay, khi cuộc sống ngày càng hiện đại hơn thì vấn đề về màu sắc càng trở nên quan trọng. Điều này thể hiện ở mọi thứ đang tồn tại xung quanh chúng ta, trên vải dệt, sơn, các sản phẩm in ấn, bề mặt nhựa, bao bì của các sản phẩm hàng hóa mà ta sử dụng hằng ngày, Trong lĩnh vực hàng hóa thương mại, màu sắc là yếu tố để thu hút khách hàng. Trong công nghệ chế biến thực phẩm màu sắc trở thành thước đo để đánh giá chất lượng của nguyên liệu làm thực phẩm . Do vậy việc xác định một cách chính xác một màu nào đó là rất cần thiết. Tuy nhiên, thật khó thực hiện việc này bằng mắt thường vì việc cảm nhận một màu nào đó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Điều này đòi hỏi cần có một chuẩn chung và thiết bị để có thể “đọc” chính xác một màu bất kì. Bên cạnh đó như ta đã biết, việc đo đạc đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực của Khoa học và Kĩ thuật. Chính vì vậy thiết bị đo màu (colorimetry) và các
phép đo màu bề mặt đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống kiểm soát chất lượng và các tổ chức sản xuất hiện đại. Dưới sự hỗ trợ của thiết bị đo màu, các nghành công nghiệp như là ngành sơn, ngành in, nhuộm, công nghệ chế tạo màn hình màu, công nghệ chế biến thực phẩm có thể nâng cao chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm. Ngoài ra, các thiết bị đo màu còn là những thiết bị hỗ trợ rất đắc lực trong một số nghành thuộc lĩnh vực y học như nha khoa (đo độ trắng của răng), chuẩn đoán bệnh (dựa trên màu sắc của các mẫu máu, nước tiểu ). [9,10,12, 13 ]
Các loại thiết bị thường được sử dụng trong lĩnh vực đo màu như là: máy đo màu kích thích ba thành phần (đo 3 giá trị kích thích của một màu), máy đo quang phổ (đo phổ phản xạ, truyền qua của một vật), máy đo màu phổ (là một loại máy đo
quang phổ mà nó có thể tính 3 giá trị kích thích), máy đo mật độ ( đo góc của ánh sáng truyền qua hoặc phản xạ bởi một vật), máy đo nhiệt độ màu (Đo nhiệt độ màu của ánh sáng chiếu tới) [1,8]
Khi tìm hiểu để có một cái nhìn tổng quan về lĩnh vực Khoa Học Màu Sắc chúng tôi nhận thấy, hiện nay trên thế giới vấn đề này được nghiên cứu từ rất sớm và đã có rất nhiều công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học liên quan đến lĩnh vực này. Sự ra đời từ rất sớm của CIE (Commission Internationale de l’ Éclairage) Ủy ban đo lường và chiếu sáng quốc tế vào năm 1931 là một minh chứng. Ngoài ra, ta có thể nhắc đến một vài nhà nghiên cứu tiêu biểu trong một số nhóm nghiên cứu chính có liên quan đến Khoa Học Màu Sắc:
Về lĩnh vực công nghệ chế tạo màn hình, đây là một lĩnh vực hiện đang rất phát triển. Các hãng chế tạo màn hình luôn ra sức nghiên cứu, chế tạo để sản phẩm của họ đạt chất lượng cao nhất cho hình ảnh có màu sắc trung thực và sắc nét nhất. Trong lĩnh vực này ta có thể kể về, Haim Levkowitz, Lindsay W MacDonald, R W G Hunt, Trong lĩnh vực in ấn, Andrew Darlow “ink-jet tips and technique”(2008) Công nghệ pha màu (mực in, màu sơn ) dựa trên cơ sở các thư viện màu pha nhằm tiết kiệm mực in hoặc sơn, đây là một hướng nghiên cứu hiện nay đang rất được quan tâm. Ta có thể kể đến luận văn tiến sĩ của L.Yang “A study in ink-jet color reproduction” (2003), P. Emmel, “ Physical models for color prediction in digital color imaging”(2000), N. Pauler “a model for the interaction between ink and paper”, Leonard Tan “Inkjet Printer Inks”(2009), A.Kingsley “Effective Classroom and Library Printer Management ”. Quản lý chất lượng màu sắc (trong in ấn, phục chế ảnh )có Brian A. Barsky với Light, Color, Perception, and Color Space Theory. Abay Sharma với Understanding Color Management.
Trong lĩnh vực chế tạo thiết bị đo màu thì hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều hãng chế tạo thiết bị đo màu, họ đã chế tạo và sản xuất ra được các loại máy đo màu với nhiều phiên bản khác nhau để có thể ứng dụng được trong từng lĩnh vực cụ thể.Ở đây ta có thể kể đến một vài hãng tiêu biểu với các sản phẩm tiêu biểu như là:
hãng Orintex, hãng Datacolor Spectral Flash 600, hãng X-rite (CFS 57,SP ), hãng Minolta C R300, Gretag Macbeth (Eye One I1color), với rất nhiều thế hệ máy đo màu ngày càng tân tiến đã ra đời, hỗ trợ đắc lực cho Khoa Học Kĩ Thuật và trong cuộc sống. Không những thế, một số trường học ở nước ngoài cũng tham gia nghiên cứu, chế tạo các loại máy đo màu, chẳng hạn như trường Walkersville High School Science Department,81 Frederick Street. Walkersville, MD 21793(240) 236-7200 voice.
Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu của thế giới về lĩnh vực đo màu có xu hướng đi sâu vào việc làm sao để có thể chế tạo ra những thiết bị đo màu có nhiều tính năng hơn, có khả năng đọc nhiều thông số hơn, có độ chính xác cao nhất để có thể hỗ trợ một cách đắc lực vào trong các nghành như là chế tạo màn hình màu, công nghệ in ấn, công nghệ chế biến thực phẩm, y học [7,9,10] Trong khi đó, cho đến thời điểm hiện tại ở nước ta, có thể nói lĩnh vực Khoa Học Màu Sắc còn khá mới mẻ, mặc dù các ứng dụng của các thiết bị đo màu vào trong các lĩnh vực công nghệ, sản xuất đã rất phổ biến. Một phần do chúng ta chưa đặt công nghệ đo màu đúng vị trí quan trọng của nó, mà nếu chúng ta có sử dụng thì cũng chưa phát huy hết khả năng của thiết bị. Tính đến thời điểm hiện tại thì có rất ít công trình nghiên cứu và về lĩnh vực này. Ở Việt Nam ta chỉ có thể kể đến một số
tác giả như là: Ts. Đinh Sơn Thạch với một số đề tài nghiên cứu liên quan đến chế tạo máy đo màu. Ts. Ngô Anh Tuấn là tác giả của các giáo trình Màu sắc và chất lượng in (NXB ĐHSPKT TPHCM, 2002), Lý thuyết màu và ứng dụng (NXB ĐHQG TPHCM, 2010), đề tài nghiên cứu khoa học Quản lý màu trong in thử (2007). Luận văn thạc sĩ của Vi Quốc Hoàn về thiết kế máy phân tích màu (2004), Nguyễn Trọng Khoa về giải pháp tiết kiệm mực in trên cơ sở tổng hợp các màu có sẵn cho phương pháp in offset tờ rời (2006). Về máy đo màu, thì nhìn chung thì cũng đã có một vài đề tài khoa học nghiên cứu về máy đo, tuy nhiên cũng chỉ dừng lại ở mức độ thiết kế máy đo mà chưa đưa ra được phương pháp chuẩn hóa máy đo cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả đo được để từ đó ta có thể đem ứng dụng vào thực tế.
Bên cạnh đó thì hiện nay ở nước ta các máy đo màu chủ yếu là được nhập các máy đo màu từ nước ngoài về với giá thành khá cao từ mười mấy cho tới hơn trăm ngàn USD. Với thực tế như vậy việc tìm hiểu và nghiên cứu về Khoa Học Màu Sắc cụ thể là về Thiết Bị Đo Màu có ý nghĩa thực tiễn rất lớn.
Từ những thực trạng như trên, nhằm đóng góp một phần vào xu thế phát triển chung của Khoa Học Màu Sắc nói chung và lĩnh vực đo màu nói riêng, trong luận văn này chúng tôi thực hiện chế tạo và hiệu chỉnh một máy đo màu kích thích ba thành phần sử dụng cảm biến màu TCS230 của hãng TAOS. Với những công việc cụ thể như sau:
 Nghiên cứu các cơ sở lý luận có liên quan đến đề tài:
Lý thuyết màu.
Các phép biến đổi qua lại giữa các không gian màu.
Thiết bị đo màu.
Các phương pháp chuẩn hóa máy đo.
 Chế tạo máy đo màu kích thích ba thành phần trên cơ sở sử dụng cảm biến màu TCS230 của hãng TAOS.
 Chuẩn hóa máy đo, gồm: chuyển đổi giữa các không gian màu, cân chỉnh màu trắng và hiệu chỉnh máy đo màu kích thích ba thành phần.
 Đánh giá một vài thông số ảnh hưởng đến kết quả đo của máy đo khi đo màu bề mặt.