ITTO20000944A1 - Dispositivo per l'analisi del colore apparente di un oggetto. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo per l'analisi del colore apparente di un oggetto"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al campo dei sistemi di analisi del colore degli oggetti. In particolare l'invenzione riguarda un sistema di analisi del colore apparente finalizzato alla valutazione oggettiva delle proprietà fisiche responsabili dell'apparenza degli oggetti: il fattore di riflessione o trasmissione spettrale, il fattore di lucidezza e la tessitura delle superfici in esame.

Rispetto agli spettrofotometri e ai glossmetri tradizionali, utilizzati rispettivamente per le misure di riflettanza / trasmittanza spettrale e di lucidezza, la presente invenzione consente il monitoraggio dell'integrità cromatica nel tempo attraverso il controllo visivo e numerico di riposizionamento dello strumento sull'area di misura, la miniaturizzazione dei componenti, ossia la trasportabilità del sistema, e consente anche di effettuare dette misure attraverso una tècnica non distruttiva, ossia senza contatto con l'oggetto da analizzare .

Inoltre, rispetto alle misure tradizionali di riflettanza spettrale e di lucidezza, la presente invenzione consente l'analisi della tessitura della superficie in esame. Tale parametro riguarda una porzione di superficie più ampia e rappresenta la variazione del colore e della lucidezza su tale superficie. Lo strumento in oggetto misura la tessitura di una superficie, elaborando un'immagine digitale mediante opportuni algoritmi SW.

Grazie al controllo visivo e numerico del posizionamento dello strumento, tale invenzione permette di estendere l'analisi tradizionale del colore a tutti i prodotti con colore disuniforme sulla loro superficie.

Inoltre, analizzando variazioni superficiali di colore e lucidezza, è così possibile valutare nel colore percepito l'importantissimo contributo fornito dallo sfondo della zona che si sta osservando.

Lo scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo che sia in grado di misurare il fattore di riflessione / trasmissione spettrale, il fattore di lucidezza e la tessitura degli oggetti, rendendo così possibile la misura oggettiva dell'apparenza e riunendo in sé una serie di prestazioni assenti negli strumenti noti attualmente disponibili sul mercato.

Secondo l'invenzione, i suddetti scopi vengono raggiunti grazie ad un dispositivo avente le caratteristiche indicate nell'annessa rivendicazione .

Le successive rivendicazioni dipendenti precisano ulteriori caratteristiche preferite e vantaggiose dell'invenzione.

Il dispositivo secondo l'invenzione utilizza un componente base, costituito da un classico spettrometro, dotato di specchio mobile, oppure di "beam-splitter" (secondo quanto verrà illustrato in dettaglio nel seguito), il quale permette di controllare a vista la regione oggetto della misurazione. Lo spettrometro, o gli spettrometri, di cui si fa uso nel dispositivo secondo l'invenzione possiedono l'importante caratteristica innovativa di essere miniaturizzati e completati dei rispettivi algoritmi di deconvoluzione dei dati grezzi, per ridurre da un lato le dimensioni del sistema, raggiungendo la caratteristica di trasportabilità all'esterno del laboratorio, e migliorando dall'altro lato la risoluzione spettrale degli spettrometri miniaturizzati, per elevarla agli standard CIE (Commission Internationale de 1 'Éclairage) per raggiungere quella tipica degli spettrometri da laboratorio e/o da ricerca, i quali sono di dimensioni maggiori.

Gli altri componenti del sistema e la metodologia stessa di misura, che verranno illustrati in dettaglio nel seguito, hanno lo scopo di evitare il contatto con l'oggetto, di consentire un controllo di riposizionamento dello strumento per assicurare la riproducibilità della geometria di acquisizione della misura per il monitoraggio dell'oggetto nel tempo, di permettere una misura di confronto con un campione di riferimento, di illuminare l'oggetto di misura, di misurare il fattore di lucidezza e di analizzare la tessitura.

Per evitare di toccare l'oggetto, la posizione del1 'obbiettivo è fissa, in modo da mettere a fuoco la zona di indagine avanzando l'intero strumento progressivamente fino a focalizzazione avvenuta. Quest'operazione fissa anche il rapporto di ingrandimento dello strumento, proprietà essenziale per la ripetizione della misurazione.

Per riposizionare lo strumento, il sistema è dotato di un mirino con un sensore di immagine atto a garantire che ogni posizionamento dello strumento sia documentato dall'immagine dell'oggetto vista dallo strumento. Il riposizionamento avviene portando a coincidere l'immagine che lo strumento sta vedendo con l'immagine relativa alla prima misurazione. La visualizzazione delle immagini sul monitor di un personal computer permetterà il controllo a vista e il computer stesso permetterà un controllo numerico sull'eventuale coincidenza tra la prima immagine presente in archivio e quella attuale. In vista di raggiungere tale obiettivo, nel caso di controllo a vista la coincidenza fra le immagini stesse sarà garantita dall'assenza di "sfarfallamento" nel segnale video percepito nell'alternanza di visualizzazione delle immagini stesse; nel caso di controllo numerico, invece, opportuni algoritmi garantiscono il riposizionamento dello strumento. I due tipi di controlli di riposizionamento possono essere presenti entrambi, per assicurare un controllo più fine, oppure può essere utilizzato uno di essi senza per questo uscire dalle rivendicazioni del presente brevetto.

L'operazione di riposizionamento può inoltre avvenire mediante spostamenti dello strumento manuali o automatizzati, con una precisione dipendente dall'applicazione specifica.

A differenza dello spettroradiometro classico, che non prevede l'uso di una misura di confronto, lo strumento secondo l'invenzione analizza anche la radiazione riflessa (o trasmessa) da una superficie di riferimento posta a fianco della regione oggetto della misurazione. A tale scopo sono possibili due modi di attuazione:

1. lo strumento viene ad essere dotato di un secondo spettrometro, condizione necessaria se l'illuminazione avviene mediante flash di una sorgente a scarica,

2. nel caso di illuminamento mediante LED o sorgente alogena, si potrà indifferente optare per l'uso di due spettrometri (come descritto al punto 1) , oppure un solo spettrometro corredato di uno specchio mobile atto ad inviare alla fenditura di ingresso dello spettrometro stesso, alternativamente, la radiazione proveniente dall'oggetto della misurazione o dal riferimento.

Per la misurazione del fattore di lucidezza, lo strumento secondo l'invenzione è dotato di un sistema costituito da una batteria di LED e da una batteria di fotorilevatori disposte simmetricamente rispetto alla zona indagata, come verrà meglio illustrato nel seguito.

Infine, l'immagine digitale prodotta dal sensore di immagini viene elaborata per l'analisi della tessitura .

Secondo l'invenzione, è possibile, ma non necessario, prevedere un sensore di immagine atto a fornire un'immagine colorimetricamente significativa e non solo utile per il riposizionamento dello strumento e l'analisi della tessitura. In questo caso si può prevedere un sistema di tre filtri opportuni abbinato a tre sensori di immmagine per esempio a matrici di pixel idonei a separare lo spettro in tre bande di sensibilità prossime a quelle dell'osservatore standard CIE.

Il dispositivo secondo l'invenzione prevede preferibilmente un tripode per l'appoggio dell'involucro del dispositivo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui possiamo evidenziare gli aspetti seguenti.

La figura 1 è uno schema di esempio della forma di attuazione del dispositivo secondo l'invenzione, per l'analisi del colore apparente, destinato ad un uso generale, ossia per la misura del fattore di riflessione o trasmissione spettrale, del fattore di lucidezza e della tessitura;

La figura 2 è uno schema di una forma di attuazione di tipo semplificato dell'invenzione, per la misura del fattore di riflessione spettrale e della tessitura in condizioni di:

1. illuminamento ambiente naturale, cioè in presenza di radiazione solare diurna, o in condizioni di illuminamento ambiente artificiale non standard, vale a dire con un tipo di sorgente luminosa e una geometria di illuminazione diverse da quelle previste dalla CIE;

2. in tale forma di attuazione inoltre, anche l'angolo di misura può essere variato rispetto agli standard CIE.

Lo scopo di tale forma di attuazione dello strumento è quello di valutare il colore apparente nelle reali condizioni in cui l'oggetto misurato viene normalmente illuminato e visto durante il suo utilizzo. A tale scopo non sarà presente il sistema di illuminazione, in quanto la misura verrà effettuata nelle reali condizioni di illuminamento dell'oggetto di misura.

La figura mostra lo specchio basculante 10, il quale può assumere due posizioni operative 10a e 10b, nelle quali lo specchio ha la funzione di inviare il segnale luminoso rispettivamente verso lo spettrometro 6 e verso il sensore di immagine 8·;

la figura 3 è uno schema di un'ulteriore forma di attuazione di tipo semplificato, secondo i principi descritti per la figura 3 (illuminamento e angolo di vista variabili e non standard) con specchio 10 spostabile fra una posizione operativa sollevata 10a ed una posizione abbassata inoperativa 10b, le quali rispettivamente hanno la funzione di mandare il segnale luminoso sul sensore di immagine 8 e di lasciarlo passare verso lo (gli) spettrometro (spettrometri) 6 (6 e 7). Nel caso della forma di attuazione illustrata nella figura 1, non è stato illustrato l'involucro di sopporto del dispositivo, costituente il corpo dello strumento, tale componente essendo invece visibile nelle figure 2, 3.

Nella figura 1, il numero di riferimento 1 indica un campione da analizzare, avente una superficie di cui si vuole analizzare il colore apparente. In tale figura la superficie è illuminata mediante una corona di LED 2 disposti simmetricamente intorno all'asse ottico 3 del dispositivo, in un piano formante un angolo di 45° rispetto a tale asse, in modo da illuminare uniformemente il campione in un'area selezionata T da analizzare. Tale illuminamento del campione corrisponde alla geometria CIE 45/0° per la misurazione del fattore di riflessione, ma è mostrata in figura solo a titolo di esempio di attuazione, potendo comunque variare fra le geometrie standard CIE di illuminazione e di vista, senza per questo uscire dalle rivendicazioni del presente brevetto.

Inoltre, rispetto alla figura 1, è possibile prevedere in alternativa alla serie di LED 2, un sistema di illuminazione con sorgente a scarica di gas, o alogena e fibre ottiche. Nel caso di illuminazione con LED o sorgente alogena inoltre, è possibile in alternativa alla figura 1, l'uso di un solo spettrometro e uno specchio mobile atto a inviare alternativamente la radiazione riflessa (o trasmessa) dalla superficie in misura e dal campione di riferimento sullo spettrometro stesso.

Per la misurazione del fattore di lucidezza, sono previste una batteria di LED 4 con emissione di fascio parallelo orientato sul campione in T, ed una batteria di fotorilevatori 5 atti a raccogliere fasci di luce paralleli provenienti dal campione T. I LED 4 e i fotorilevatori 5 sono disposti simmetricamente rispetto all'asse ottico 3 ed appartengono tutti ad un piano comune contenente l'asse ottico 3. Come già indicato, la disposizione delle due batterie di LED e di fotorilevatori 5 viene utilizzata allo scopo di misurare il fattore di lucidezza.

Il dispositivo comprende inoltre un primo spettrometro 6, un eventuale secondo spettrometro 7, ed un sensore d'immagine 8 che può essere costituito da una matrice di pixel di sensori ottici. Un obbiettivo 9 posto a distanza fissa dalla superficie del campione e dal sensore d'immagine 8 viene utilizzato per focalizzare sul sensore d'immagine 8 la radiazione riflessa dall'area selezionata T del campione.

Nel caso illustrato in figura 1, il sistema prevede due spettrometri (6 e 7) che ricevono rispettivamente i segnali luminosi riflessi dal campione di misura 1 e dal campione di riferimento il,· uno specchio semiriflettente 10, agente da suddivisore di fascio (o "beam-splitter") fa passare parte della radiazione focalizzata dall'obbiettivo 9 in direzione del sensore di immagine 8, ma che riflette anche parte di tale radiazione focalizzondola sullo spettrometro 6 utilizzato per misurare il fattore di riflessione spettrale dell'area T.

Come già sopra illustrato, il dispositivo secondo l'invenzione comprende inoltre un campione noto di riferimento 11, avente una superficie di caratteristiche note la cui radiazione riflessa viene focalizzata dall'obbiettivo 9 direttamente sul secondo spettrometro 7. Il sistema comprende inoltre mezzi elettronici 12 per l'elaborazione dei segnali in uscita dal sensore di immagine 8, dal primo spettrometro 6 e dal secondo spettrometro 7. Le distanze A e B sono fisse nello strumento di uso generale .

La figura 2 illustra una forma di attuazione di tipo semplificato, secondo quanto descritto in precedenza, in cui il dispositivo presenta un involucro 13, costituente il corpo dello strumento ed una parte 14 portante l'obbiettivo 9, mobile rispetto al corpo 13 nella direzione dell'asse ottico 3. Nella figura 2, le parti comuni a quelle della figura 1 sono indicate con lo stesso numero di riferimento. In questo caso è previsto uno specchio oscillante fra due posizioni estreme indicate rispettivamente con 10a e 10b. Con linea continua sono indicati i raggi che giungono al sensore di immagine 8 quando lo specchio è nella posizione 10b, mentre con linea tratteggiata sono indicati i raggi che giungono allo spettrometro 6 quando lo specchio è nella posizione IOa.

La figura 3 illustra un'ulteriore forma di attuazione dello strumento di tipo semplificato, con corpo fisso 13 e parte mobile 14 portante l'obbiettivo 9 che fa uso di uno specchio 10 spostabile fra una posizione sollevata operativa IOa ed una posizione abbassata inoperativa 10b. Quando lo specchio è nella condizione abbassata inoperativa, l'obbiettivo 9 focalizza la radiazione luminosa emessa dalla superficie da analizzare sul primo spettrometro 6 e la radiazione emessa dalla superficie nota di riferimento 11 sul secondo spettrometro 7. Quando lo specchio è nella posizione sollevata operativa indicata con IOa, la radiazione viene invece riflessa da esso in direzione del sensore 8.

Lo strumento di misura oggetto del presente brevetto, prevede inoltre la costituzione di un file di dati che a seconda delle varie versioni di attuazione può contenere tutte o solo alcune delle seguenti informazioni sulle misure effettuate:

immagine acquisita dal sensore (8), risultato del fattore di lucidezza, risultato del fattore di riflessione,

data in cui la misura è stata effettuata, temperatura e umidità dell'aria durante la misura.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per l'analisi del colore apparente di un oggetto, caratterizzato dal fatto che comprende: - un involucro di sopporto (13), destinato ad essere posizionato in prossimità di, ma non in contatto con, una superficie dell'oggetto da analizzare, mezzi a spettrometro (6, 7) montati entro l'involucro di sopporto (13), mezzi ottici (9, 10) disposti entro l'involucro del dispositivo, per focalizzare sui suddetti mezzi a spettrometro (6, 7) sia la radiazione riflessa da un'area selezionata (T) della superficie dell'oggetto da misurare (1), sia la radiazione riflessa dalla superficie di riferimento (11), - un sensore di immagine (8) costituito da una matrice di sensori ottici, - almeno uno specchio o beam-splitter (10) per focalizzare l'immagine dell'area selezionata (T) della superficie da analizzare su detto sensore di immagine (8), così da consentire un controllo visivo e/o a calcolo nel corso dell'operazione di analisi, mezzi elettronici (12) di elaborazione dei segnali in uscita da detti mezzi a spettrometro (6, 7) e da detto sensore di immagine (8).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una superficie nota di riferimento (11), posizionabile in adiacenza alla superficie da analizzare (T),per la misura di confronto di riflettanza o trasmittanza spettrale, secondo le geometrie CIE.
3. 3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di illuminazione dell'area selezionata (T) della superfìcie da analizzare e del campione di riferimento (11) attraverso l'utilizzo di una sorgente luminosa alogena, o a LED, secondo le geometrie di illuminamento standard CIE per la misura di riflettanza e trasmittanza.
4. 4. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3 caratterizzato dal fatto che l'area di misura T è illuminata da una corona di LED (2) disposti simmetricamente intorno all'asse ottico (3) del dispositivo, in un piano che forma 45° con tale asse.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti mezzi di elaborazione (12) sono programmati per valutare la tessitura della superficie analizzata sulla base dell'immagine rilevata dal sensore (8).
6. 6. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1, 2, 3 e 5, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi per misurare il fattore di lucidezza dell'area selezionata (T) della superficie da analizzare, comprendenti una batteria di LED con emissione di fascio parallelo orientato sull'area selezionata (T) ed una batteria di fotorilevatori atti a raccogliere fasci di luce paralleli provenienti dall'area selezionata (T), dette batterie essendo disposte simmetricamente rispetto all'asse ottico del dispositivo, in un piano comune contenente l'asse ottico (3).
7. 7. Dispositivo secondo le rivendicazioni 2 e 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi a spettrometro comprendono un primo ed un secondo spettrometro (6, 7), e dal fatto che detti mezzi ottici sono atti a focalizzare la radiazione riflessa dall'area selezionata (T) della superficie dell'oggetto sul primo spettrometro (6) e la radiazione riflessa dalla superficie di riferimento (11) sul secondo spettrometro (7).
8. 8. Dispositivo secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzato dal fatto che comprende una sorgente di illuminazione a scarica di gas che illumina con flash l'area T e il campione di riferimento (11).
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi a spettrometro comprendono un unico spettrometro, il quale può ricevere la sola radiazione riflessa / trasmessa dall'area T, oppure alternativamente, le radiazioni riflesse /trasmesse dall'area T e dalla superficie nota di riferimento (11), mediante detti mezzi ottici.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi ottici sono atti a focalizzare alternativamente su di esso la radiazione riflessa da detta superficie di riferimento (11) e la radiazione riflessa dall'area selezionata (T) della superficie da analizzare.
11. 11. Dispositivo secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzato dal fatto che lo specchio che focalizza l'immagine dell'area selezionata (T) della superficie da analizzare sul sensore di immagine (8) è un beam-splitter che riflette su detto primo spettrometro (6) la radiazione riflessa da detta area selezionata (T), dopo che essa è stata focalizzata da un obbiettivo (9), e che si fa attraversare dalla stessa radiazione consentendone la focalizzazione sul sensore di immagine (8), detto obbiettivo (9) essendo inoltre atto a focalizzare la radiazione riflessa dalla superficie di riferimento (11) direttamente su detto secondo spettrometro (7).
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che esegue misure di riflettanza e tessitura in qualunque condizione di illuminamento e di vista del campione di misura (1), con un tipo di sorgente luminosa e una geometria di illuminazione che possono differire da quelle previste dalla CIE.
13. 13. Dispositivo secondo le rivendicazioni 9 e 12, caratterizzato dal fatto che lo specchio che focalizza l'immagine dell'area selezionata della superficie da analizzare (1) sul sensore di immagine (8) è uno specchio oscillante alternativamente tra due posizioni estreme (10a, 10b) in cui esso riflette la radiazione in direzione dello spettrometro (6) o in direzione del sensore di immagine (8).
14. 14. Dispositivo secondo le rivendicazioni 7 e 12, caratterizzato dal fatto che è predisposto uno specchio (10) che oscilla fra una posizione operativa sollevata, in cui esso riflette la radiazione proveniente dall'area selezionata (T) della superficie da analizzare in direzione del sensore di immagine (8), ed una posizione inoperativa abbassata, in cui detto specchio consente la focalizzazione delle immagini dell'area selezionata (T) e della superficie di riferimento (11) sui due rispettivi spettrometri (6, 7).
15. 15. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 5, e 6, caratterizzato dal fatto che la distanza A tra l'obiettivo (9) e l'area di misura (T), nonché la distanza B tra l'obiettivo (9) e il sensore di immagine sono fisse.
16. 16. Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevederla costituzione di un file di dati contenente l'immagine acquisita dal sensore di immagine (8), i risultati delle misure di fattore di lucidezza e di fattore di riflessione, la data della misura, le condizioni di temperatura e umidità durante la misura. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.