Transcript Document

Module 3 สี และ การวัดค่าสี
จุดประสงค์
1. ความสาคัญของสีในอาหาร เข้าใจการวัดค่าสีดว้ ยระบบต่างๆ
2. คุณสมบัตท
ิ างกายภาพของสี
3. การเห็นสีของมนุษย์
สี และ การวัดค่าสี
•
•
•
คุณสมบัตเิ ชิงแสง (Optical Properties)
เมือ
่ ลาแสงหนึ่งตกลงบนวัตถุหนึ่ง ส่วนหนึ่งจะถูกสะท้อนโดยพื้นผิวของวัตถุนน
้ ั ส่วนทีเ่ หลือจะ
ถูกส่งผ่านเข้าไปในวัตถุและอาจถูกสะท้อนกลับไปสูพ
่ ื้นผิว โดยปริมาณพลังงานแสงสะท้อน
้ อยูก
ขึน
่ บ
ั คุณสมบัตข
ิ องวัตถุทรี่ งั สีตกกระทบ
body reflectance
คือ การสะท้อนของตัว หรือการส่งผ่านวัตถุออกไป สาหรับรังสีแสงทีถ
่ ูกดูดกลืนจะถูกแปลงให้
เป็ นรูปแบบรังสีอน
ื่ เช่น แสงฟลูออเร็สเซ็นต์
Delayed-light emission
หมายถึง การเปล่งแสงสว่างล่าช้า หรือแสงสว่างทีถ
่ ูกปล่อยจากตัวอย่างหลังจากเอาต้นกาเนิด
แสงออกไปแล้ว
ปฏิกริ ยิ า (Interaction) ระหว่างแสงและวัสดุเกษตร
•
วัสดุเกษตรส่วนมากไม่เป็ นเนื้อเดียวกัน แต่ประกอบด้วย ผนังกัน
้ (Interface) ภายในเล็ก
มากมายแสงสว่างทีเ่ ข้าไปในวัสดุจะกระจายได้ทุกทิศทาง ดังภาพ
ภาพที่ 10.1 แสดงปฏิกริ ยิ าระหว่างแสงสว่างและผลไม้
ปฏิกริ ยิ า (Interaction) ระหว่างแสงและวัสดุเกษตร ( ต่อ )
•
ภาพที่ 10.2 แสดงตาแหน่ งทีส
่ ม
ั พันธ์กน
ั ของต้นกาเนิดแสงตัวอย่างและตัวตรวจจับสาหรับการ
วัดการสะท้อนแสงของลาตัว
•
ภาพที่ 10.3 แสดงตาแหน่ งทีส
่ ม
ั พันธ์กน
ั ของต้นกาเนิดแสง ตัวอย่างและตัวตรวจจับ สาหรับการ
วัดแสงสว่างผ่านตัวอย่าง
ปฏิกริ ยิ า (Interaction) ระหว่างแสงและวัสดุเกษตร ( ต่อ )
•
ภาพที่ 10.4 แสดงตาแหน่ งทีส
่ ม
ั พันธ์กน
ั ของต้นกาเนิดแสง ตัวอย่างและตัวตรวจจับ สาหรับ
การวัดการส่องของแสงสว่างผ่านส่วนหนึ่งๆ ของตัวอย่าง
ความเข้มของแสงสว่างทีจ่ ะวัด
•
•
•
•
การกระจายของพลังงานทีถ
่ ูกส่งผ่านรอบๆ ผิวของมะเขือเทศจากการส่องสว่างทีป
่ ลายดอกบาน
แสดงว่าระดับพลังงานสูงสุดอยูใ่ กล้สุดกบต้นกาเนิดแสง และพลังงานลดลงแบบล็อก (Logarithm)
กับระยะทางจากต้นกาเนิดแสงสาหรับวัสดุเกษตร-อาหารส่วนมาก
การสะท้อนแสงโดยทั่วไปจะสูงกว่าการส่งผ่านและเปล่งรังสีลา่ ช้ามากในความเข้ม การสะท้อนแสง
ในช่วงแสงทีม
่ องเห็นได้และอินฟราเรด มีคา่ ระหว่าง 1-80 % ของพลังงานแสงตกกระทบ
ความเข้มทีส
่ ูงสัมพันธ์กน
ั เป็ นการง่ายกว่าทีจ่ ะใช้การสะท้อนแสงประเมินคุณภาพ ต้นกาเนิดแสง
อาจจะไม่จาเป็ นต้องมีความเข้มสูง
การเปล่งรังสีลา่ ช้ามีความเข้มประมาณพอๆ กับการส่งผ่านรังสีในการวัดต้องการตัวตรวจจับทีม
่ ี
ความไวสูง และต้องอยูใ่ นห้องมือ (Jacob et al. 1965)
หน่ วยของการวัด
การสะท้อนแสงเป็ นสเปคตรัมปกติถูกวัดเพือ
่ เปรียบเทียบรังสีทง้ ั หมดทีถ
่ ูกสะท้อนจากตัวอย่าง กับการสะท้อน
จากพื้นผิวขาวทีใ่ ช้อา้ งอิง การสะท้อนแสงจึงถูกอธิบายเป็ นเปอร์เซ็นต์ ดังภาพ 10.5
การส่งผ่านรังสีแสงของวัสดุเกษตรปกติอธิบายเป็ นหน่ วยความหนาแน่ นเชิงแสง(Optical density unit,OD)
OD = log10 ( I1 / I2 )
I1 = พลังงานแสงตกกระทบ
I2 = พลังงานแสงทีถ
่ ูกส่งผ่านตัวอย่าง
การวิเคราะห์การวัดเชิงเส้น
•
การตอบสนองเป็ นสเปคตรัมของตัวอย่างทางชีววิทยาสามารถหาได้โดยการวัดเอ๊าพุทเป็ นรังสี
ของตัวอย่างตลอดช่วงของความยาวคลืน
่ หนึ่งๆ สเปคโตรโฟโตมิเตอร์ทบ
ี่ น
ั ทึกได้ในทางการค้า
ใช้วดั การสะท้อนแสงเป็ นสเปคตรัมของวัสดุ และการส่งผ่านแสงเป็ นสเปคตรัมของวัสดุความ
หนาแน่ นเชิงแสงต่ายังไม่มีอุปกรณ์ ทใี่ ช้ได้เชิงการค้า
•
Massie and Norrie “ได้บรรยายเครือ
่ งสเปคโตรโฟโตมิเตอร์สาหรับความหนาแน่ นเชิงแสง
สูง โดยถูกออกแบบให้เกิดความผิดพลาดน้อยทีส
่ ุด อันเกิดจากแสงสว่างหลง (Stray light)
ฟลูออเรสเซ็นต์และฟอสฟอเรสเซ็นต์ และแสงทีผ
่ า่ นรอบๆ ตัวอย่าง และสามารถอินเตอร์เฟส
กับคอมพิวเตอร์สาหรับการบันทึกและวิเคราะห์ขอ
้ มูลความเร็วสูงได้”
ดัชนีคณ
ุ ภาพ (Quality Index)
•
เป็ นปัจจัยสาคัญในการประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์เกษตรและอาหารโดยวิธีเชิงเส้น
โดยดัชนีคณ
ุ ภาพทีด
่ ม
ี ีคณ
ุ ลักษณะดังนี้
- ควรจะสัมพันธ์อย่างดีกบ
ั ปัจจัยคุณภาพทีก
่ าลังถูกประเมิน
- ไม่ควรจะได้รบ
ั อิทธิพลโดยพารามิเตอร์ทางกายภาพอืน
่ ๆ ของผลิตภัณฑ์
- ควรจะแปรเปลีย่ นกับตัวแปรปรวนของอุปกรณ์ เล็กน้อย เช่น ความเข้มแข็ง ของต้นกาเนิด
แสงสว่าง ความไวของตัวตรวจจับแสง และการแปรปรวนของการตอบสนองของระบบ
•
Birth “ถ้าความยาวคลืน
่ 2 อันเข้าใกล้กน
ั ความแตกต่างของค่าทีอ
่ า่ นได้ทางสายตา 2 ค่า ที
ความยาวคลืน
่ ชิดกันเหมือนกับความลาดเอียงของกราฟสเปคตรัมทีแ
่ ต่ละความยาวคลืน
่ ”
เทคนิคการวัด
วัตถุประสงค์หลักในการวัดเชิงแสงเพือ
่ ทีจ่ ะวัดรังสีทต
ี่ อ
้ งการ และทิง้ แสงทีไ่ ม่ต้องการไป โดยเลือก
ต้นกาเนิดแสง อุปกรณ์ ควบคุมความยาวคลืน
่ และ ตัวตรวจจับ ทีเ่ หมาะสม
ต้นกาเนิดแสงเปล่งพลังงานทีเ่ พียงพอออกมาภายในช่วงความยาวคลืน
่ ทีส
่ นใจและความไวของ
ตัวตรวจจับสอดคล้องกับช่วงความเข้มและความยาวคลืน
่ ของแสงทีก
่ าลังถูกตรวจจับแสงสว่าง
ภายในแถบความยาวคลืน
่ หนึ่งสามารถถูกแยกออกได้โดยใช้ปริซม
ึ ทีก
่ ระจายลาแสงเป็ นแถบ
แสงต่างๆ และใช้แผ่นกัน
้ แคบๆ (Narrow Slit) เพือ
่ ให้แถบความยาวคลืน
่ ทีต
่ อ
้ งการผ่านไป
ส่วนประกอบ 2 ชิน
้ ทีใ่ ช้ท่วั ไปในการวัดเชิงเส้น คือ
- ไฟเบอร์ออ
๊ ฟติค
- ลูกล้อตัวสับ (Chopper Wheel)
คุณลักษณะทางกายภาพของสี
นิยามสีทางกายภาพ : การกระจายของพลังงานของแสงทีถ
่ ูกสะท้อน
นิยามสีทางเคมี : การดูดกลืนพลังงานในช่วงรังสีแสงสว่าง สีของวัตถุหนึ่งจะได้รบ
ั อิทธิพลโดยการ
ดูดกลืนแสงสว่างโดยอนุภาค (Particles) ในวัตถุนน
้ั
สี
ลำแสงคลืน่
สี
ลำแสงคลืน่
สี
ลำแสงคลืน่
สี แดง
700–770 nm
สี สว่าง
380–400 nm
สี น้ าเงิน
400–475 nm
สี เขียว
500–570 nm
สี เหลือง
570–590 nm
พื้นฐานของสรีรวิทยาสี
ตาของมนุษย์มีเซลล์ไวต่อการรับรู ้ 2 ประเภทในเรติน่า คือ
Rods ไวต่อความสว่างและความมืด
Cones ไวต่อสีมี Cones อยู่ 3 ชุด
การวัดสีโดยสเป็ คโตรโฟโตเม็ดตริค
ภาพที่ 10.10 สีถูก Plot บนสามเหลีย่ มสีน้าเงิน แดง เขียว
ภาพที่ 10.11 ตาแหน่ งทีส
่ ม
ั พันธ์กน
ั ในพื้นทีข
่ องตัวกระตุน
้ RGB และXYZ (ซ้าย) Co-ordinate GRB
สาหรับสามเหลีย่ มมุมฉาก และ(ขวา) Co-ordinate XYZ ถูกพล็อตเป็ นสามเหลีย่ มมุมฉาก
ภาพที่ 10.12 ความสัมพันธ์ของกราฟผูส
้ งั เกตการณ์ มาตรฐานระหว่างการตอบสนองของสายตามมนุษย์ ที่
นิยามว่าเป็ นกราฟผูส
้ งั เกตการณ์ มาตรฐาน และสเปคตรัมแสงสว่าง
ภาพที่ 10.13 แผนภาพแสดงการสร้างข้อมูล XYZ จากกราฟการสะท้อนแสง และการส่งผ่านแสงแบบสเปค
โตรโฟเมตริก
ภาพที่ 10.14 แผนภาพสีสเปคตรัมทีพ
่ ล็อตบนแกน X Y