Цветочувствительные приемники

Рассмотрим теперь особенности построения и функционирования цветочувствительных приемников оптического излучения. Такие приемники выполняются на основе фоторезисторов и фотодиодов и по своему конструктивному исполнению делятся на два типа: многоэлементные и многоцветные. Но если при фотометрировании равномерно излучающих (либо отражающих-рассеивающих-переизлучащих равномерную засветку) поверхностей принципиальная разница – использовать первые или вторые – отсутствует, то при ненулевой зонной характеристике излучателя многоцветные приемники имеют заметное преимущество.

Устройство многоэлементного цветочувствительного приемника показано на рис. 5.1A. Здесь 1 – «синий» анод, 3 – «зеленый» анод, 4 – «красный» анод, 2 и 4 – общий катод, 6 – корпус, 7 – ключ.

Таблица

Параметр	Обозначение	Значение	Единица	Примечания
Напряжение смещения			В
Темновой ток	Iт		пА	На всех элементах = 1В
Время нарастания	τн	0,5	мкс	По ур. 10…90% =0 В, =1 кОм
Емкость		80 (R) 80 (G) 150 (B)	пФ пФ пФ	=0 В, =10 кГц

Многоцветные приемники устроены иначе. Такие приемники предназначены для одновременной работы в нескольких (разных) спектральных диапазонах в одном и том же оптическом канале с одним и тем же угловым полем. Наиболее распространена такая структура многоцветных приемников, когда фоточувствительные слои с различными спектральными характеристиками расположены последовательно друг за другом. Каждый наружный слой прозрачен для длин волн, воспринимаемых каждым последующим слоем. При этом коротковолновый слой помещается над длинноволновым, являясь для последнего фильтром нижних частот, подавляющим только коротковолновую часть в исследуемом излучении. Чувствительные слои имеют структуру фоторезисторов либо фотодиодов и иногда перемежаются светофильтрами.

Простейшая конструкция многоцветного цветочувствительного приемника поясняется рис. 5.1С [3.16]; [3.32]; [3.33].

Собственно, процедура градуировки колориметра сводится к градуировке комплектующих его приемников излучения.

Тогда как относительная градуировка цветочувствительных приемников тривиальна (она сугубо инструментальна и заключается в подборе спектраль­ных характеристик монтируемых в плоскости приемной апертуры светофильт­ров), представляет интерес ознакомиться с практическими аспектами их абсо­лютной градуировки. Последняя уже сочетает и инструментальные, и методические приемы – рассмотрим оптическую схему (рис. 5.2).

Эталоны цвета.

В последнем разделе инструментальной колориметрии обратимся к теме, представляющей для экспертов непроходящий интерес – к теме цветового сличения объектов экспертизы с эталонами, под которыми в первую очередь следует понимать официальные издания атласов со специфическими образцами цвета (в колориметрии их называют выкрасками). Такие эталоны, будучи известны не одну сотню лет, только повысили свой статус за последнее десятилетие – в силу удобства их применения при использовании компьютерной технологии обработки изображений, активно внедряющейся в инструментальную практику экспертной службы.

Рассмотрим формирующий атлас порядок расположения выкрасок. Количественное выражение цвета в эталонах обусловлено физиологическими характеристиками цвета: яркостью, оттенком, насыщенностью. Соответственно, по вертикали в таблице выкрасок меняется только яркость, а оттенок и насыщенность постоянны; по горизонтали варьируется лишь насыщенность, а яркость и оттенок остаются неизменными; оттенок же изменяется от одной таблицы к другой. Выкраска каждого цвета в таблице имеет вокруг себя (справа и слева, сверху и снизу, сзади и спереди) очень близких по цвету соседей, отличающихся от ее собственного цвета на какое-либо весьма малое значение одной из цветовых характеристик. Таким образом, переходы между существенно различными цветами реализуются постепенно – через большое число промежуточных градаций – и закономерно – с равным шагом изменения каждой характеристики в свойственном ей направлении. Число промежуточных градаций служит мерой разрешения цветов по каждой характеристике. Цвета атласа измеряются, и в числовом разделе приводятся координаты цветности при засветке одним или несколькими стандартными источниками с указанием цветовой температуры.

Среди цветовых атласов* сегодня наибольшее распространение имеет атлас Манселла, построенный на физиологических характеристиках цвета. Структура атласа Манселла пространственная, (с ней легко познакомиться, если залезть, в цветовые опции популярного программного пакета Photoshop одной из последних версий): по вертикали приведены значения яркости, по горизонтали – насыщенности. Оттенки изменяются по окружностям. Каждая вертикальная плоскость образует цветовую таблицу одинакового оттенка с разными яркостями и насыщенностями. А все таблицы имеют общую ахроматическую ось, на которой расположены цвета варьирующихся яркостей, нулевой насыщенности.

Атлас Манселла содержит 10 градаций оттенков.

Каждый из десяти оттенков имеет 10 подоттенков, обозначаемых для зеленого, например, цвета как 1G, 2G, 3G, 4G, …, 10G. Яркость цвета содержит градации от нуля («черное отражение») до 10 («белое отражение»), ее значения вычислены по измеренным коэффициентам отражения выкраски. Насыщенность имеет 1, 2, 4, 6, 8, ... равномерных ступеней вплоть до технологически допустимого предела (этот максимум индивидуален для каждой пары значений яркость-оттенок, определяется сугубо стойкостью соответствующего красителя и носит название границы Мак-Адама). Атлас Манселла выпускается в двух модификациях (матовые и блестящие выкраски) и соответствует стандарту С.

Любопытным с точки зрения физика и исключительно приемлемым с точки зрения практикующего эксперта является то обстоятельство, что при работе с эталонными (атласными) цветами, даже если фотоприемники сканера по цвету настроены и не совсем правильно (а для рядовых сканеров это немудрено), результат сличения получается верный и возможность решения экспертной задачи ограничивается только объемом имеющегося в распоряжений специалиста атласа.

Контрольные вопросы.

1. Принципы инструментальной колориметрии.

2. Визуальные колориметры: принцип действия и устройство аддитивных приборов.

3. Особенности субтрактивных колориметров. Фотоэлектрические приборы.

4. Приемники света для колориметрии. Многоэлементные и многоцветные конструкции. Градуировка.

5. Эталоны цвета.

Поиск по сайту: