Морозова Мария Николаевна. Информационно-измерительная колориметрическая система

Короткий опис

Морозова Мария Николаевна. Информационно-измерительная колориметрическая система: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.11.16 / Морозова Мария Николаевна;[Место защиты: Пензенский государственный университет].- Пенза, 2016.- 139 с.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»
На правах рукописи
Морозова Мария Николаевна
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ
СИСТЕМА
05.11.16 - Информационно-измерительные
и управляющие системы (приборостроение)
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель д.т.н., профессор Соловьев Владимир Александрович
Пенза 2016

2
Содержание
Введение 5
ГЛАВА 1 Аналитический обзор интегральных методов и приборов
измерения цвета 10
1Л Принципы построения интегральных колориметров 10
1.2 Интегральные колориметры со спектральными масками 14
1.3 Интегральные колориметры с селективной модуляцией 15
1.4 Интегральные фильтровые колориметры 16
1.5 Интегральные фильтровые колориметры, работающие в режиме
компарирования 18
1.6 Колориметры на основе цветных матриц с ПЗС-структурой 21
1.7 Колориметр, построенный на принципах искусственных нейронных
сетей 22
1.8 Измерение относительной спектральной чувствительности каналов
измерения X, Y, Z колориметра интегрального типа 26
1.9 Анализ технических характеристик интегральных колориметров,
выпускаемых фирмой Konica Minolta ЗО
Выводы по главе 35
ГЛАВА 2 Основы проектирования информационно-измерительной
колориметрической системы на принципах искусственных нейронных сетей 37
2.1 Разработка структуры искусственной нейронной сети информационно-
измерительной колориметрической системы 37
2.2 Источник излучения информационно-измерительной
колориметрической системы, его относительное спектральное распределение потока излучения 43
2.3 Чувствительный элемент информационно-измерительной
колориметрической системы, его спектральные характеристики 44
2.4 Исходная относительная спектральная чувствительность измерительных
каналов X, Y, Z 45

з
2.5 Выбор типов цветных стекол, входящих в наборы корригирующих
светофильтров информационно-измерительной колориметрической системы 47
2.6 Расчет параметров корригирующих светофильтров измерительных каналов X, Y, Z информационно-измерительной колориметрической системы ... 50
2.7 Оценка обучаемости информационно-измерительной
колориметрической системы 52
Выводы по главе 59
ГЛАВА 3 Разработка теоретических основ обучения информационно-измерительной колориметрической системы на стадии производства и эксплуатации 60
3.1 Разработка целевых функций, используемых при обучении
информационно-измерительной колориметрической системы на стадиях производства и эксплуатации 61
3.2 Моделирование сигналов на выходе чувствительных элементов
фотодиодной линейки при обучении информационно-измерительной колориметрической системы на стадии производства и эксплуатации 63
3.3 Моделирование обучения информационно-измерительной
колориметрической системы на стадиях производства и эксплуатации 66
3.4 Оценка обучаемости информационно-измерительной
колориметрической системы на стадии производства и эксплуатации 68
Выводы по главе 72
ГЛАВА 4 Разработка алгоритмов калибровки, измерения и обучения информационно-измерительной колориметрической системы 73
4.1 Разработка алгоритма опроса выходных чувствительных элементов
фотодиодной линейки 73
4.2 Разработка алгоритма калибровки информационно-измерительной
колориметрической системы 79
4.3 Разработка алгоритма измерения координат цвета информационно-
измерительной колориметрической системой 90

4
4.4 Отладка программного обеспечения информационно-измерительной
колориметрической системы 98
4.5 Описание процесса обучения информационно-измерительной
колориметрической системы с использованием аппаратно-программного комплекса 100
Выводы по главе 103
ГЛАВА 5 Разработка оптической, структурной, принципиальной электрической схем информационно-измерительной колориметрической системы и алгоритма взаимодействия основных компонентов схемы 105
5.1 Оптическая схема информационно-измерительной колориметрической
системы, построенной на принципах искусственных нейронных сетей 105
5.2 Структурная схема информационно-измерительной колориметрической
системы и описание взаимодействия основных узлов 107
5.3 Электрическая принципиальная схема информационно-измерительной
колориметрической системы 111
5.4 Оценка погрешности измерения координат цвета несамосветящихся
объектов информационно-измерительной колориметрической системы 114
Выводы по главе 118
Заключение 119
Список литературы 121
Приложения 127

Список літератури

Заключение
1. Предложена структура ИИКС, построенная на принципах искусствен¬ных нейронных сетей, позволяющая управлять относительной спектральной чувствительностью измерительных каналов при ее обучении на эталонных ме¬рах цвета.
2. Разработан защищенный патентом способ измерения цвета, заключа¬ющийся в суммировании электрических сигналов с выходов многоэлементного фотоприемника с учетом синаптических коэффициентов, рассчитанных при обучении ИИКС на эталонных мерах цвета.
3. Разработана математическая модель ИИКС, позволяющая вычислять значения параметров корригирующих фильтров (типы, толщины и клиновидно- сти стекол) и синаптических коэфициентов при ее проектировании, при кото¬рых отклонения относительной спектральной чувствительности измерительных каналов не превышают 0,2 % от соответствующих значений функций сложения цветов стандартного наблюдателя.
4. Предложена математическая модель ИИКС, позволяющая производить обучение системы на эталонных мерах цвета и вычислять значения синаптиче¬ских коэффициентов измерительных каналов с целью уменьшения отклонений их относительной спектральной чувствительности от функций сложения цветов стандартного наблюдателя при производстве и эксплуатации. Показано, что рассчитанные параметры корригирующих светофильтров и синаптических ко-эффициентов измерительных каналов обеспечивают измерение координат цве¬та при любом из стандартных источников излучения А, В, С, Д65-
5. Разработаны методики калибровки ИИКС и измерения координат цве¬та, а также алгоритм и программное обеспечение для режимов «обучение», «калибровка» и «измерение» ИИКС при его производстве и в процессе эксплу¬атации.
6. Изготовлен макет ИИКС и проведена ее наладка с использованием ап-паратно-программного комплекса. Проведена экспериментальная оценка по¬

120
грешности измерения координат цвета по эталонным мерам цвета в системе XYZ (абсолютная погрешность измерения координат цвета АХ, AY, AZ не пре¬высила ± 0,3) и в равноконтрастной системе Lab (цветовые различия АЕ не пре¬высили одной единицы). Это позволяет работать ИИКС в режиме «абсолют¬ных» измерений, а не компарирования. Сравнительный анализ технических ха¬рактеристик разработанной ИИКС с интегральными колориметрами японской фирмы Konica Minolta, работающими в режиме компарирования, показал, что результаты измерений сопоставимы по значениям цветовых различий АЕ в рав¬ноконтрастной системе координат Lab.