Các phương pháp đo màu

Vì màu sắc là một hiện tượng quá phức tạp nên rất khó kiểm tra và phân loại. Những khác biệt lớn về nguồn chiếu sáng và sự biến thiên đáng kể trong quá trình cảm nhận của con người cho thấy cần thiết phải có một hệ thống hay một dụng cụ đo đạc chuẩn. Một dụng cụ như thế ít nhất cũng cho phép thông tin về các đặc điểm và dung sai của màu và đặt nền tảng cho ngành khoa học về màu.

Lịch sử đo đạc màu sắc

Những năm đầu 1930, người ta đã tiến hành đo đạc màu sắc bằng cách đánh số phân loại. Tuy nhiên, kỹ thuật này là không được sự đồng tình của các hoạ sĩ và các nhà thiết kế. Họ cần có một hệ thống được cấu tạo từ các mẫu thực cho phép họ có sự lựa chọn và so sánh trực tiếp. Qua nhiều năm, nhiều hệ thống mẫu màu đã được phát triển, hệ thống đầu tiên có lẽ là atlas màu của học giả người Thụy Điển - Brenner vào năm 1680. Phương pháp cuối cùng và phổ biến nhất về phân loại màu sắc là bằng ngôn ngữ. Đây là phương pháp ít chính xác nhất trong số các phương pháp phân loại, và sau đó được cải tiến để tạo nên các thuật ngữ được chuẩn hoá.

Ngành công nghiệp in có một nhu cầu đặc biệt về các hệ thống đo đạc và phân loại do có sự phối hợp chặt chẽ giữa việc thiết kế và sản xuất. Trên thực tế, trong quá trình in người ta thường gặp các vấn đề về đặc tính biến đổi của màu trên các vật liệu in khác nhau như in trên các loại giấy khác nhau, trên các vật liệu có độ bóng cao hay thấp, cũng như các đặc tính phát quang và các đặc tính kim loại… Vì thế việc đo màu trong ngành in là rất cần thiết.

Các phương pháp đo màu

Máy đo màu hoạt động theo nguyên tắc, nguồn sáng chiếu sáng mẫu đo, mẫu đo hấp thụ và phản xạ tín hiệu màu đến bộ phận thu nhận (bộ cảm biến), các giá trị màu sẽ được số hoá và được xử lí trên máy tính để đưa ra các giá trị màu. Các giá trị đo được hiển thị trên màn hình hoặc in ra máy in. Tuy nhiên, quá trình đo màu khá phức tạp do có nhiều yếu tố ảnh hưởng và có nhiều giá trị đo cần quy đổi. Bằng cách sử dụng một bộ vi xử lí bên trong máy đo màu hoặc các phần mềm, chúng ta có được các kết quả theo bất kỳ không gian màu hoặc hệ màu nào.

Nguyên lí hoạt động của máy đo màu

Các giá trị đo được quy đổi sang các không gian màu

Phương pháp đo kích thích 3 thành phần màu

Máy đo màu kích thích 3 thành phần được thiết kế để có thể “nhìn” màu tương tự như mắt người. Đó là ánh sáng phát ra từ một nguồn, chiếu tới bề mặt của một vật cần đo màu, sau đó ánh sáng sẽ bị phản xạ lại và đi đến bộ phận thu tín hiệu, cuối cùng tín hiệu sẽ được số hoá và xử lí để đưa ra các giá trị đo.

Phương pháp kích thích 3 thành phần đo ánh sáng phản xạ từ vật thể bằng cách sử dụng 3 bộ cảm biến đã được lọc màu (Màu Red được lọc bằng kính lọc Cyan, Green bằng kính lọc Magenta và Blue bằng kính màu vàng) để có được độ nhạy x_ (l) , y_(l) và z_(l) như mắt người, do vậy nó đo trực tiếp các giá trị kích thích R, G, B (hoặc X,Y và Z). Ví dụ với quả táo màu đỏ các giá trị kích thích sẽ là X=21,21, Y=13,37 và Z=9,32. Các giá trị kích thích này sau đó sẽ được dùng để tính các giá trị trong không gian màu khác như Yxy hay L*a*b*.

Tín hiệu phản xạ từ vật thể sẽ được thu nhận bởi 3 bộ cảm biến x_(

 

Tuy nhiên, việc đo màu còn bị lệ thuộc nguồn sáng và đặc tính của người quan sát nên quy trình xác định các giá trị X,Y,Z diễn ra như sau: Ánh sáng với sự phân bố quang phổ được phản chiếu từ mẫu đo (A) đi vào các bộ cảm biến (B) đã được lọc tương ứng với 3 màu sơ cấp của tổng hợp cộng, sau đó các bộ cảm biến sẽ xuất ra các giá trị kích thích (X,Y,Z) (C). Vì thế (C)=(A)x(B). Các kết quả trên 3 vùng bước sóng (C) được hiển thị: (C) – 1: x_(λ); (C) – 2: y_(λ) và (C) – 3: z_(λ). Các giá trị kích thích bằng với sự tích phân các vùng màu trong 3 đồ thị.

Kết quả đo có thể được hiển thị trên màn hình hoặc in ra.

Quy trình xác định các giá trị màu theo PP kích thích 3 thành phần

Phương pháp đo phổ màu

Phương pháp đo phổ màu phân tích sự phản xạ quang phổ của mẫu đo tại từng bước sóng. Máy đo phổ sử dụng nhiều bộ cảm biến hơn máy đo kích thích 3 thành phần (khoảng 40) để đo phổ phản xạ từ vật thể tại mỗi khoảng bước sóng hẹp (dãy đo), sau đó máy tính sẽ tính toán các giá trị kích thích từ dữ liệu phổ phản xạ bằng cách thực hiện các phép toán tích phân.

Các đồ thị phản xạ phổ thu được từ quá trình đo màu phổ

Độ phản xạ được tính theo tỷ lệ ánh sáng phản xạ từ mẫu đo so với mẫu trắng chuẩn. Tập hợp các giá trị độ phản xạ theo độ dài bước sóng có thể biểu diễn thành đường cong phản xạ trong vùng ánh sáng thấy được. Đường cong đó gọi là đường cong phản xạ của một màu.

Thông qua độ phản xạ ánh sáng theo độ dài bước sóng, người ta có thể tính toán được các toạ độ màu cụ thể trong không gian màu. Quá trình tính toán diễn ra nhanh chóng do một máy tính bên trong thiết bị đảm nhiệm để tìm ra các trị số X ,Y ,Z, từ đó tính ra toạ độ màu x, y, z và các hệ màu khác:

Để đơn giản hơn cho việc tính toán, việc lấy tích phân được thay bằng phép cộng lần lượt theo khoảng độ dài bước sóng :

Trong đó :

• S(λ) : mật độ năng lượng phổ theo độ dài bước sóng của ánh sáng chuẩn
• R(λ): hệ số phản xạ theo độ dài bước sóng: hàm tổng hợp màu CMFs XYZ
• k: hệ số chuẩn hoá phù hợp với mổi loại ánh sáng chuẩn.

Các thiết bị đo phổ mang lại độ chính xác cao hơn và khả năng đo chính xác tuyệt đối các màu. Chúng được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực phân tích và nghiên cứu, đặc biệt là phân tích thành phần hoá học của một chất với kỹ thuật sắc kí khí quang phổ. Giá thành của các máy đo phổ màu rất cao.