צבע -מד צבע

קולורימטריה, מדע מדידת הצבע, משמשת באופן נרחב במסחר, בתעשייה ובמעבדות , כדי לבטא צבע במונחים מספריים ולמדוד הבדלי צבע בין דגימות. היישומים כוללים צבעים, דיו, פלסטיק, טקסטיל ולבוש, מזון ומשקאות, תרופות וקוסמטיקה, תצוגות וחלקים ומוצרים אחרים המשקפים או משדרים צבע.
השימוש והחשיבות של קולורימטריה גדלו במקביל לעלייה בייצור ועיבוד גלובליים. כאשר למשל עיטורי פלסטיק לרכב המיוצרים במפעל אחד חייבים להתאים לגימור מתכת צבוע מיוצר במפעל אחר במקום אחר. לכן, תיאור אובייקטיבי ומדויק של הצבע הופך להכרח.
מראה הצבע בעין האנושית משתנה מאוד ומושפעת מהתאורה, גודל המדגם, הצבע הסובב וזווית התצפית. מכשירים קולורימטריים מספקים סט של תנאים סטנדרטיים המסייעים להבטיח עקביות וחזרה.
בקולורימטריה, כימות הצבע מבוסס על תיאוריית שלושת המרכיבים של ראיית צבעים, הקובעת כי לעין האנושית יש קולטנים לשלושה צבעים ראשוניים (אדום, ירוק וכחול) וכי כל הצבעים נתפסים כתערובת של ראשוניים אלו. . בקולורימטריה, רכיבים אלה מכונים קואורדינטות X-Y-Z. קולורימטרים, המבוססים על תיאוריה זו של תפיסת צבע, מפעילים שלושה תאים פוטו כקולטנים כדי לראות צבע באופן כמעט זהה לעין האנושית.

עקרון הפעולה של הקולורימטר / מד צבע

קולורימטר מורכב ממקור אור, אופטיקה של צפייה בגיאומטריה קבועה, שלושה תאי פוטו המותאמים ל-Standard Observer שהוקם בעולם, ומעבד מובנה או חיבור כבל למעבד/יחידת תצוגה או מחשב.
בפעולה, עדשת החיישן של הקולורימטר ממוקמת בדרך כלל ישירות על אזור הדגימה שיש למדוד - למשל, פיסת בד צבוע או שבב פלסטיק צבעוני. האור שמוחזר מהדגימה ומועבר דרך שלושת תאי הפוטו, הקובעים את הרכיבים האדומים, הירוקים והכחולים ומעבירים את הנתונים למיקרו-מחשב. המיקרו מחשב מעבד את ערכי הטריסטימולוס X-Y-Z ומציג את הנתונים.
פותחו מספר מודלים מתמטיים ושיטות גרפיות להמחשה של ערכי הצבע. ערכי הצבע מבטאים באופן הדוק יותר את התכונות היחסיות של צבע כגון בהירות/חושך, רוויה (צבעוניות) וגוון. הם שימושיים במיוחד במדידה והשוואה של הבדלי צבע בין שתי דגימות - כגון צבע מטרה שיש לשחזר שוב ושוב בתהליך ייצור.
גוון מונח המשמש לסיווג כללי של צבע - האזור של הספקטרום הנראה (380 עד 700 ננומטר) - שבו מתרחש ההחזר הגדול ביותר של האור. גוונים הנתפסים ככחול נוטים להחזיר אור בקצה התחתון של הספקטרום, ירוקים באזור האמצעי ואדומים לכיוון הקצה הגבוה. איור 1 מציג רגישות ספקטרלית המקבילה לזו של העין האנושית.

איור 1. רגישות ספקטרלית המתאימה לעין האנושית

ניתן למדוד בהירות/כהות ללא תלות בגוון. רוויה מתארת את "החיות" של הצבע , וכמו בהירות, ניתן למדוד אותה ללא תלות בגוון.
בין מרחבי הצבע הנפוצים ביותר להגדרה וביטוי מתמטי של תכונות אלו הם מרחב הצבע Yxy של CIE, שהוקם בשנת 1931; מרחב הצבעים L*a*b* משנת 1976; ומרחב הצבעים L*C*h..
עם הזמן, ייצוגי מרחב הצבע שוכללו כך שיתאימו יותר לתפיסות הבדלי הצבע של העין האנושית כפי שהוגדרו על ידי המשך ניסויים וממוצע סטטיסטי.

ערכי X-Y-Z ומרחב צבע Yxy

אחד מייצוגי ערכי הצבע המוקדמים יותר הוא דיאגרמת הצבעוניות של CIE 1931 X,Y (איור 2). הדיאגרמה משמשת לצביעה דו מימדית של צבע, ללא תלות בהירות. X ו-Y הן קואורדינטות הצבעוניות המחושבות מערכי הטריסטימולוס X-Y-Z. בתרשים זה, צבעים אכרומטיים נמצאים לכיוון המרכז, והצבעוניות גדלה לכיוון הקצוות.
איור 2. תרשים צבעוניות X,Y.

תרשים צבעוניות *a*, b.
מרחב הצבע L*a*b* הוכרז בשנת 1976 כדי להתאים לאחת הבעיות של מרחב הצבע Yxy המקורי. מרחקים שווים בתרשים הצבעוניות X,Y לא תאמו הבדלי צבע נתפסים שווים. בתרשים L*a*b*, צבע כדורי מוצק, L* מציין בהירות, ו-a* ו-b* הן קואורדינטות הצבעוניות. כאן ה-a* ו-b* מציינים כיווני צבע (+a* הוא הכיוון האדום, −a* הוא הכיוון הירוק).

איור 3. תרשים צבעוניות *a*, b.
מרחב צבע L*C*h משתמש באותה דיאגרמה כמו מרחב צבע L*a*b*, אך משתמש בקואורדינטות גליליות ולא מלבניות.

קולורימטרים ניידים מאפשרים מדידה באתרי ייצור או במקומות מרוחקים.

תוצאת המדידה מקולורימטר מתבטאת במונחים של ערכי X-Y-Z עבור המדגם הנמדד, ו/או ביחידות של ערכי  צבע אחידים מקובלים אחרים. על ידי השוואת מדידות של צבעי מטרה עם דגימות ,המשתמש משיג לא רק תיאור מספרי של צבע, אלא יכול גם לבטא את אופיו של הבדל צבע בין שתי דגימות נמדדות. הקולורימטר מצביע על ההבדל בבהירות, בצבעוניות ובגוון בין המטרה למדגם.

כך ניתן להשוות מדידות צבע שנלקחו במקום אחד ומבוטאות ביחידות של ערכי צבע נתון למדידות שנלקחו במקום אחר או במועד אחר ולהעביר אותן "בשפה" מקובלת בינלאומית. באופן זה, מדידה קולורימטרית זו מבטלת סובייקטיביות בתפיסות צבע ושיפוט הבדלי צבע של העין והמוח האנושי.

ל MRC מגוון הקולורימטרים שזמינים היום עבור דגימת צבע בייצור, בדיקה ובקרת איכות צבע. רובם הם מכשירים ניידים המופעלים על ידי סוללה המאפשרים מדידת צבע אובייקטיבית ברצפת הייצור או במקומות מרוחקים.

על ידי מעקב צמוד אחר עקביות הצבע בפעולות הייצור והעיבוד, העסקים והתעשייה הפחיתו משמעותית את עלות הפסולת ופסילת המוצרים תוך שיפור היעילות והפרודוקטיביות בפעילותם.