1-13- پليمرها وکاربرد آنها درحسگرهاي نوري19
1-13-1- پليمر پلي وينيل کلرايد19
1-13-2- پليمرسلولز تري استات19
1-14- روش‌هاي تثبيت شناساگر20
1-14-1- تثبيت فيزيکي20
1-14-2- تثبيبت الکترواستاتيکي20
1-14-3- تثبيت کووالانسي21
1-14-4- روش هاي تثبيت شناساگر درپليمرهاي سول – ژل23
1-15- تاثيرنوع روش تثبيت ونوع بافت پليمري23
1-16- اهميت اندازه‌گيري يون دي‌کرومات – يون فلزي کروم (VI)23
فصل دوم : مروري برتحقيقات گذشته26
2-1- مقدمه27
2-2- مروري برتحقيقات گذشته درزمينه اسکنومتري27
2-3- مروري برتحقيقات گذشته درزمينه اپتود28
2-4- مروري برتحقيقات گذشته براي اندازه‌گيري يون دي‌کرومات31
فصل سوم: بخش تجربي37
3-1- مقدمه38
3-2- مواد شيميايي ،محلول‌ها ومعرف38
3-3- دستگاه‌ها ووسايل مورداستفاده39
3-3-1- آماده‌سازي پليت شيشه‌اي39
3-3-2- آماده‌سازي وسايل39
3-4- آماده‌سازي محلول‌ها39
3-4-1- تهيه محلول هيدروکلريک اسيد 1/ 0 مولار39
3-4-2- تهيه محلول هيدروکسيد سديم 1/0 مولار39
3-4-3- تهيه محلول اسيدفسفريک 1/0 مولار39
3-4-4- تهيه محلول دي کرومات پتاسيم ppm20 40
3-4-5- تهيه محلول ppm1000 ، 1و5 دي فنيل کربازيد40
3-4-6- تهيه بافر فسفاتي با pH هاي 1-1240
3-5- تهيه فيلم شفاف40
3-6- تهيه فيلم حسگر آغشته به دي فنيل کربازيد40
3-7- قدرت تفکيک اسکنر و مکان اسکن40
3-8- بررسي تاثيرDPC و دي‌کرومات بريکديگر درتوده محلول41
3-8-1- تاثيرمدت زمان ساخت ونگهداري محلول ppm1000 دي فنيل کربازيد41
فصل چهارم : بحث و نتيجه‌گيري42
4-1- مقدمه43
4-2- تهيه فيلم43
4-3- بررسي تاثيرpH روي فيلم حسگر آغشته به DPC43
4-4- بررسي تغيرات پارامترهاي رنگي کمپلکس دي‌کرومات – دي فنيل کربازيد44
4-5- تاثيرpH روي تشکيل کمپلکس بين دي‌کرومات وDPC 44
4-6- بهينه سازي غلظت DPC براي تهيه فيلم46
4-7- بررسي زمان پاسخگويي46
4-8- بررسي ماندگاري فيلم حسگر47
4-9- منحني کاليبراسيون ، ناحيه خطي ، حدتشخيص و تکرارپذيري49
4-10- بررسي حضورمزاحمت‌ها50
4-11- کاربرد عملي51
4-12- نتيجه‌گيري52
4-13- پيشنهادات52
منابع53

فهرست اشکال
عنوانصفحه
شکل1-1- عبور نور سفيد از منشور و ايجاد طيف رنگي2
شکل 1-2- طيف الکترومغناطيسي3
شکل 1-3- رنگ‌هاي اوليه و ثانويه4
شکل 1-4- فضاي رنگي RGB و CMYK9
شکل 1-5- مقايسه سه سيستم XYZ، RGB و CMYK9
شکل 1-6- مدل رنگي HSL, HSV10
شکل 1-7- Hue در فضاي رنگ آناليز رنگ10
شکل 1-8- نمايي از نرم افزار آناليز رنگ13
شکل 1-9- لامپ کاتدي در اسکنر14
شکل 1-10- شمايي از يک حسگر شيميايي16
شکل 1-11- ساختار 4- هيدروکسيل سالوفن21
شکل 1-12- واکنش 4- هيدروکسيل سالوفن با غشا فعال شده22
شکل 1-13- واکنش غشا فعال شده و واکنشگر بريليانت کريزول بلو22
شکل 1-14- تشکيل کمپلکس رنگي دي فنيل کربازيد با يون دي‌کرومات25
شکل 1-15- تشکيل کمپلکس دي فنيل کربازيد با يون فلزي کروم (VI) در محيط اسيدي25
فهرست نمودار
عنوانصفحه
نمودار 1-1- نمودار رنگينگي6
نمودار1-2- طيف رنگي RGB8
نمودار 1-3- منحني H و S در فضاي رنگي RGB10
نمودار 1-4- طيف هاي برانگيختگي در لامپ اسکنر در سه ناحيه قرمز، آبي و سبز14
نمودار4-1- تغييرات پارامترهاي رنگي بر حسبpH در فيلم آغشته به دي فنيل کربازيد43
نمودار 4-2- تغييرات پارامترهاي رنگي در کمپلکس دي کرومات و دي فنيل کربازيد44
نمودار4-3- تغييرات گونه هاي کروم45
نمودار 4-4- تاثير pH روي تشکيل کمپلکس بين يون دي‌کرومات و DPC45
نمودار 4-5- تاثير غلظت دي فنيل کربازيد روي پارامترهاي رنگي کمپلکس ايجاد شده
در بستر فيلم46

نمودار 4-6- تاثير زمان تماس فيلم حسگر با محلول دي‌کرومات47
نمودار 4-7- تاثير شرايط نگهداري فيلم در هواي اتاق روي ميزان پاسخگويي48
نمودار4-8- تاثير شرايط نگهداري فيلم در آب مقطر، روي ميزان پاسخگويي48
نمودار 4-9- تاثير شرايط نگهداري پليمر در بافر فسفاتي pH =7 روي ميزان پاسخگويي49
نمودار4-10- منحني کاليبراسيون50
فهرست جدول
عنوانصفحه
جدول3-1- مشخصات مواد مصرفي در طول پژوهش38
جدول4-1- ميزان خطاي نسبي/ بررسي حضور مزاحمت‌ها51
جدول 4-2- درصد بازيابي در دو مرحله اسپايک51
چکيده
در اين بررسي، روش جديد فيلم اسکنومتري براي اندازه‌گيري يون دي‌کرومات در محيط‌هاي آبي با استفاده از کروموفور 1و5 – دي فنيل کربازيد (DPC) به کار گرفته شد. 1و5- دي فنيل کربازيد به عنوان عامل کمپلکس دهنده براي اندازه‌گيري يون دي‌کرومات به کار برده شد. در اثر ورود دي‌کرومات به ساختار فيلم پليمري، کمپلکس قرمز- بنفش کروم (III) – 1و5 دي فنيل کربازون تشکيل مي‌شود. پس از تزريق نمونه‌ها روي يک پليت شيشه‌اي، پليت به وسيله اسکنر با قدرت تفکيک مناسب اسکن و تصوير مربوطه به برنامه آناليز رنگ منتقل مي‌شود و در محيط ويژوال بيسيک توسط الگوريتم‌هاي مختلف به پارامترهاي سازنده تجزيه مي‌شود. پارامترهاي مختلفي مانند غلظت دي فنيل کربازيد،pH ، زمان پاسخگويي و … بررسي گرديد و در نهايت منحني کاليبراسيون با شيب مناسب رسم شد. در شرايط بهينه دامنه خطي روش معادلppm 50- 5/0 به دست آمد. براي تمام غلظت‌ها در دامنه خطي، ميزان انحراف استاندارد نسبي کمتر از 5% و ميزان حد تشخيص براي هر پارامتر رنگي معادلppm 2/0 به دست آمد. دي‌کرومات در نمونه‌هاي حقيقي آب معدني مختلف اندازه‌گيري شد و همچنين حضور مزاحم‌ها بررسي گرديد.
کلمات کليدي: RGB، تکنيک اسکنومتري، اپتود، دي‌کرومات، 1و5 – دي فنيل کربازيد
فصل اول
کليات تحقيق
1-1- مقدمه‏
شناسايي اشيا در تصاوير به صورت بالقوه کاربرد‌هاي وسيع و متنوع در فهم تصوير دارد. رديابي و اکتشاف اشيا در تصوير يک کار بنيادي در کاربرد‌هاي آناليز تصوير مي‌باشد و کاربرد‌هاي فراواني در زندگي بشر دارد که همراه با پردازش تصوير مي‌باشد. پردازش رنگي تصاوير1اغلب براي دو منظور خاص انجام مي‌گيرد: الف) تحليل خودکار تصاوير، در اين منظور رنگ توصيف‌گر توانايي است که در اغلب موارد شناسايي و استخراج شي را از صحنه ساده مي‌سازد. ب) به کارگيري خصوصيات رنگي مانند شدت و پارامترهاي ديگر آن به عنوان معياري از شدت و ضعف مقدار ماده موجود در تصوير. پردازش تصوير به دو حوزه اصلي تقسيم مي‌شود: پردازش تمام رنگي و پردازش شبه رنگي‌. در گروه اول‌، تصاوير مورد نظر معمولاً با يک حسگر تمام رنگي نظير دوربين تلويزيون رنگي يا پيمايشگر رنگي برداشته مي‌شوند‌. در گروه دوم‌، به هر شدت تک رنگ خاص يا محدوده‌اي از شدت‌ها‌، يک سايه رنگي منتسب مي‌شود‌. پيشرفت قابل توجهي که در دهه 1980 انجام شد‌، باعث گرديد حسگر‌هاي رنگي و سخت افزار لازم براي پردازش تصويرهاي رنگي با قيمت قابل قبولي در دسترس قرار گيرند‌. در نتيجه اين پيشرفت‌ها‌، استفاده از روش‌هاي پردازش تصوير تمام رنگي در محدوده بسيار وسيعي از کاربردها مورد استفاده قرار گرفته است ‌]1[.

1-2- مباني رنگ
سال 1666ميلادي اسحاق نيوتن2 کشف کرد که وقتي نور خورشيد از ميان يک منشور شيشه‌اي عبور مي‌کند‌، خروجي آن نور سفيد نيست‌، بلکه شامل طيف پيوسته‌اي از رنگ‌ها در محدوده بنفش تا قرمز مي‌باشد‌. همان طور که در تصوير 1 – 1 مشاهده مي‌شود طيف رنگي را به 6 ناحيه وسيع مي‌توان تقسيم کرد: بنفش‌، آبي‌، سبز‌، زرد‌، نارنجي و قرمز‌. هيچ رنگي در طيف يکباره قطع نمي شود بلکه هر رنگ به آرامي با رنگ بعدي مخلوط مي‌گردد (تصوير 1 – 2) ]2.[

شکل 1- 1- عبور نور سفيد از منشور و ايجاد طيف رنگي] 2[ .
شکل1-2- طيف الکترومغناطيسي ]2 [.
به طور کلي رنگ‌هايي که انسان از شي‌‌اي دريافت مي‌کند‌، به وسيله ماهيت نور منعکس شده از آن شي معين مي‌شود‌. همان طور که در تصوير 1 – 2 مشاهده مي‌شود، نور مرئي‌ نوار نسبتاً باريکي در طيف انرژي الکترومغناطيسي مي‌باشد‌. جسمي که در تمام طول موج‌‌‌‌‌هاي مرئي‌، نور نسبتاً متوازني را منعکس مي‌کند‌، براي ناظر‌، به صورت سفيد ظاهر مي‌شود‌، اما جسمي که تنها در محدوده کوچکي از طيف مرئي به خوبي انعکاس داشته باشد‌، براي ناظر رنگي به نظر مي‌رسد‌. به عنوان مثال اشياء سبز‌، طول موج‌هاي نوري در محدوده nm 700 – 500 را منعکس مي‌کنند‌، در حالي که بيشتر انرژي موجود در ساير طول موج‌‌ها را جذب مي‌کنند ]2 .[

1-3- پارامترهاي توصيف نور
توصيف نور‌، اساس علم رنگ است‌. نور غير رنگي (بدون رنگ)‌، تنها مشخصه آن شدت يا مقدار مي‌باشد‌. نور غير رنگي همانند نوري است که بينندگان تلويزيون سياه و سفيد مي‌بينند‌. بنابراين اصطلاح سطح خاکستري به اندازه عددي شدت که در محدوده سياه تا خاکستري‌ها و در نهايت سفيد تغيير مي‌کند‌، اشاره دارد. نور رنگي طيف انرژي الکترومغناطيسي تقريباً از 400 – 700 نانومتر را مي‌پوشاند‌. سه کميت اصلي براي توصيف کيفيت منبع نور رنگ استفاده مي‌شوند: تشعشع 1، لومينانس 2و روشني 3. تشعشع، مقدار کل انرژي است که از منبع نور صادر گرديده و اغلب با وات (W) سنجيده مي‌شود‌. لومينانس که بر حسب لومن (lm) بيان مي‌شود‌، مقدار انرژي است که توسط ناظر از منبع نور دريافت مي‌شود‌. به عنوان مثال نوري که از منبعي در ناحيه انتهايي مادون قرمز طيف صادر مي‌شود‌، ممکن است انرژي قابل ملاحظه‌اي داشته باشد اما ناظر به سختي آن را احساس مي‌کند؛ بنابراين لومينانس آن تقريباً صفر است‌. در نهايت روشني توصيف‌گري ذهني است که اندازه‌گيري آن عملاً غير ممکن است‌. روشني‌، بخش غير رنگي شدت را مجسم مي‌کند و يکي از عوامل مهم در توصيف احساس رنگ است ]1[.
ساختمان چشم انسان‌ به گونه‌‌‌اي مي‌باشد که تمام رنگها به صورت ترکيبات مختلف سه رنگ اوليه قرمز (R)‌، سبز (G) و آبي (B) ديده مي‌شوند‌. به منظور استاندارد‌سازي‌ مجمع جهاني درباره روشنايي1 (CIE) در سال 1931 مقادير طول موج‌هاي مشخص زير را به سه رنگ اوليه منتسب کرد ]1[:

Blue = 435.8 nm
Green = 546.1 nm
Red = 700 nm
ذکر اين نکته در اينجا داراي اهميت بسيار زيادي است که هيچ رنگي را به تنهايي نمي‌توان قرمز‌، آبي و يا سبز ناميد‌. بنابراين داشتن سه طول موج رنگي مشخص و استاندارد بدين معنا نيست که سه مؤلفه ثابت RGB به تنهايي مي‌توانند تمام رنگ‌هاي طيف را توليد کنند‌. اين نکته مهمي است‌، زيرا در بسياري از موارد به هنگام استفاده از کلمه اوليه‌، اين گمان رفته است که اگر سه رنگ اوليه استاندارد در نسبت‌هاي مختلف با هم مخلوط شوند‌، مي‌توانند تمام رنگ‌هاي مرئي را توليد نمايند‌. اين تعبير درست نيست مگر اين که طول موج هم امکان تغيير داشته باشد ]1[.
با مخلوط کردن رنگ‌هاي اوليه مي‌توان رنگهاي ثانويه بنفش روشن (قرمز به اضافه آبي)‌، آبي فيروزه‌اي (سبز به اضافه آبي) و زرد (قرمز به اضافه سبز) را توليد نمود‌. با مخلوط کردن سه رنگ اوليه با هم و يا يک رنگ ثانويه با رنگ اوليه متضادش‌، البته با شدت‌‌‌هاي صحيح‌، نور سفيد توليد مي‌شود اين نتيجه در تصوير 1- 3 (الف) قابل مشاهده است. اين سه رنگ اوليه و ترکيبات آنها را نمايش مي‌دهد ]1[.

شکل 1-3- رنگهاي اوليه و ثانويه ]1 .[
تفکيک بين رنگ‌هاي اوليه نوري و رنگ‌هاي اوليه مادي2 مهم است‌. در مورد اخير رنگ اوليه به عنوان رنگي تعريف مي‌شود که رنگ اوليه نوري را جذب يا تفريق مي‌کند و دو رنگ ديگر را انعکاس يا عبور مي‌دهد‌. بنابراين رنگ‌هاي اوليه مادي بنفش‌، ابي فيروزه‌اي و زرد بوده و رنگ‌هاي ثانويه مادي قرمز‌، سبز و ابي هستند‌. اين رنگ‌ها در تصوير1- 3 (ب) مشاهده مي‌شود‌. ترکيب مناسب سه رنگ اوليه مادي‌، يا يک رنگ ثانويه با رنگ اوليه متضادش‌، رنگ سياه توليد مي‌شود ‌]1.[
براي تشخيص يک رنگ از ساير رنگها مي‌توان از سه پارامتر روشني1 اصل رنگ 2و اشباع 3استفاده نمود . روشني‌، بخش رنگي شدت را مجسم مي‌کند‌. اصل رنگ صفت مرتبط با طول موج غالب در ترکيب امواج نوري است‌. بنابراين اصل رنگ بيانگر رنگ غالب که بيننده دريافت مي‌کند‌، است؛ وقتي شي ‌اي را قرمز‌، نارنجي يا زرد مي‌خوانيم‌، در واقع اصل رنگ آن را مشخص مي‌کنيم‌. اشباع به خلوص نسبي يا مقدار نور سفيد مخلوط با اصل رنگ مربوط مي‌شود‌. رنگ‌هاي طيفي خالص کاملاً اشباع شده هستند‌. رنگ هايي نظير صورتي (قرمز به اضافه سفيد) و بنفش کمرنگ (بنفش به اضافه سفيد) کم اشباع‌تر هستند‌. درجه اشباع با نور سفيد اضافه شده نسبت معکوس دارد .اصل رنگ و اشباع روي هم‌، رنگينگي ناميده مي‌شوند‌. بنابراين هر رنگ را مي‌توان با روشني و رنگينگي آن توصيف نمود‌. مقادير قرمز‌، سبز و آبي مورد نياز براي تشکيل يک رنگ خاص‌، مقادير محرکه سه گانه 4ناميده مي‌شوند و به ترتيب با X‌، Yو Z نشان داده مي‌شوند‌. هر رنگ با ضرايب سه گانه رنگينگي آن که به صورت زير تعريف و مشخص مي‌گردد ]1[.

اين سه پارامتر نسبي بوده، در نتيجه، جمع اين کسرها بايد يک باشد:

بنابراين با توجه به روابط فوق، درجه آزادي بيان يک رنگ برابر با 2 خواهد بود، يعني براي هر رنگ کافي است، دو پارامتر x و y را داشته باشيم، پارامتر z را مي توان از رابطه z = 1- (x+y) به سادگي به دست آورد ]1[.

1-4- نمودار رنگينگي5
به نمودارهايي که پارامترهاي تشکيل دهنده رنگها در هر مدل رنگي در آن نمايش داده شده است، نمودارهاي رنگينگي گفته مي شود. يکي از متداولترين اين نمودارها، نمودار CIE مي باشد. (نمودار 1- 1)
محل رنگ‌هاي گوناگون طيف (از بنفش در 380 نانومتر تا قرمز در 780 نانومتر) حول مرز زبانه‌اي شکل نمودار رنگينگي نشان داده شده‌اند‌. اين‌ها‌ رنگ‌هاي خالصي هستند که در تصوير 1 – 2 ديده مي‌شوند‌. هر نقطه که روي مرز نباشد اما درون نمودار باشد‌، بيانگر مخلوطي از رنگ‌هاي طيف است‌. در نقطه تساوي انرژي‌ها که در نمودار 1-1- ديده مي‌شود‌، سهم سه رنگ اوليه با هم برابر است‌. اين نقطه در استاندارد CIE نمايانگر نور سفيد است‌. هر نقطه‌اي که روي مرز نمودار رنگينگي باشد‌، کاملاً اشباع شده خوانده مي‌شود‌. هرچه از مرز دورتر شده و به نقطه تساوي انرژي‌ها نزديک مي‌شويم‌، نور سفيد بيشتري به رنگ افزوده مي‌شود‌. اشباع در نقطه تساوي انرژي‌ها (نور سفيد)‌، صفر است‌ ]3[.
نمودار رنگينگي براي ترکيب رنگ‌ها نيز مفيد است‌، زيرا هر پاره خط راست که دو نقطه دلخواه از نمودار را به هم وصل کند‌، تمام رنگ‌هاي متفاوتي که مي‌توان با ترکيب جمعي آن دو رنگ بدست آورد‌، را شامل مي‌شود‌. براي مثال خط راستي را که از نقطه قرمز به نقطه سبز کشيده شده است و نمودار 1- 1- ديده مي‌شود‌، در نظر بگيريد‌. اگر در رنگي نسبت نور قرمز به سبز بيشتر باشد‌، نقطه متناظر با آن رنگ روي پاره خط خواهد بود‌، اما به نقطه قرمز نزديک‌تر است‌. به طور مشابه‌، خطي که از نقطه تساوي انرژي‌ها به نقطه دلخواهي روي مرز نمودار کشيده شود‌، تمام سايه‌هاي آن رنگ طيفي خاص را شامل مي‌شود ‌]3.[

نمودار1-1- نمودار رنگينگي
تعميم اين روال به سه رنگ ساده است‌. براي تعيين محدوده رنگ‌هايي که مي‌توان از هر سه رنگ معين شده در نمودار رنگينگي‌ بدست اورد‌، کافي است خطوطي بين آن يک نقطه رسم کنيم‌. حاصل يک مثلث است و هر رنگ درون اين مثلث را مي‌توان با ترکيب جمعي سه رنگ اوليه توليد کرد‌. يک مثلث دلخواه که رئوس آن سه نقطه رنگي ثابت در نمودار 1 – 1 باشند‌، نمي‌تواند تمام ناحيه رنگي را بپوشاند‌. مشاهده اين موضوع به طور گرافيکي بر اين نکته که نمي‌توان تنها با سه رنگ اوليه تمام رنگ‌ها را بدست آورد‌، تاييد مي‌کند ‌ ]3 .[

1-5- مدل رنگي
براي نمايش تصوير‌ها و رنگ‌ها روي کاغذ و صفحه نمايش يا چاپ رنگ‌ها توسط چاپگر‌ها، مدل‌هاي رنگي متفاوتي تعريف شده است. مدل رنگي در واقع يک مدل رياضي براي بيان رنگ براساس اعداد مي باشد. معمولاً اين سيستم به صورت سه عددي يا چهار عددي مي باشد. ارائه مدل رنگي به همراه زاويه و شرايط ديد، را فضاي رنگي 1مي‌نامند ]4[.
هدف از يک مدل رنگي تسهيل در بيان يک رنگ بخصوص در وسايل تصويري نظير نمايشگرها، چاپگرها، اسکنرها و دوربين ها مي باشد. در اصل مدل رنگي يک محور مختصات سه بعدي مي باشد که البته مي‌توان سيستمهاي مختصات مختلفي را از آنها نتيجه‌گيري کرد ]5 .[
شرکتهاي مختلف سازنده وسايل تصويري براي خود مدلهاي رنگي مناسب را ابداع و استفاده مي‌کنند. براي مثال، مدل رنگي RGB براي گرافيک کامپيوتري، نمايشگرهاي رنگي و طيف وسيعي از دوربين‌هاي ويديويي رنگي،YUV يا YCbCr براي سيستمهاي ويديويي، photoYCC براي سي‌دي‌هاي تصويري و فضاي رنگ CMY براي پرينترهاي رنگي، فضاي رنگ YIQ براي استاندارد پخش تلويزيون رنگي و … استفاده مي‌شوند. مي توان توسط الگوريتمهاي خاص، يک رنگ از يک مدل به مدل ديگر انتقال داد. براي اينکار از توابع مختلفي که عموما توسط شرکتهاي ابداع کننده معرفي شده اند، استفاده مي‌شود ]4[.

1-6- مقادير محرکه سه گانه
چشم انسان داراي سلولهايي است که به عنوان گيرنده نوري براي نورهاي ناحيه مرئي با شدت متوسط و زياد مي‌باشد. اين گيرنده‌هاي نوري داراي بيشينه حساسيت در طول موج کوتاه (اين طول موج را با S نشان مي دهيم که داراي محدوده 440 – 420 نانومتر مي‌باشد)، طول موج متوسط (با M نشان داده که داراي محدوده 530 – 540 نانومتر است ) و طول موج بلند (L داراي طول موج 560 تا 580 نانومتر) مي‌باشد. بنابراين مطابق شکل زير، مي‌توان سيستم رنگي چشم انسان را حاوي سه مقدار براي سه رنگ اوليه دانست. اين سيستم رنگي سه مقداري، تحت نام فضاي رنگي CIE 1931 شناخته مي‌شود که هر رنگ با مختصات سه بعدي X, Y و Z مشخص مي‌شود ]4[.
اغلب سيستمها و مدلهاي رنگي براساس مقدار سه گانه کار مي‌کنند. از جمله متداولترين اين سيستمهاي رنگي مي‌توان به CIE XYZ، RGB، CMYK، HSL، HIS و HSV اشاره کرد که کاربردهاي گسترده‌اي در سيستمهاي رنگي يافته‌اند ]4[.
1-7- اصول مدلهاي رنگي
1-7-1- اصول مدل رنگي CIE XYZ
يکي از اولين مدل هاي رنگي که براي درک بهتر فضاهاي رنگي ارائه شد، سيستم رنگي CIE 1931 XYZ بود. اين سيستم در سال 1931 توسط کميته بين المللي روشنايي ايجاد و معرفي گرديد ]4، 6 .[ اين مدل رنگي در پي آزمايشهاي زيادي که در دهه 1920 ميلادي توسط ديويد رايت ]4[ و جان گوليد ]7[ به نتيجه رسيد. در اين سيستم، Y نشان دهنده مقدار روشنايي1، X و Z نشان دهنده مختصات در طيف رنگي مي‌باشد.
در واقع مي توان در اين سيستم رنگي، X، Y و Z را معياري از سه رنگ قرمز، سبز و آبي به عنوان رنگهاي اوليه دانست. در اين سيستم رنگي، دو منبع نوري با پارامترهاي رنگي مختلف ممکن است داراي رنگ ظاهري يکسان باشند، اين اثر را متامريزم1 مي‌نامند ]4[. به منظور برطرف کردن اين پديده در سيستم XYZ، يک مشاهده‌گر استاندارد تعريف مي‌شود، مشاهده‌گري که در يک زاويه خاص به منبع تابش نگاه مي‌کند. معمولاً از زاويه 2 درجه در نظر گرفته مي‌شود. به اين سيستم رنگي با مشاهده‌گر استاندارد سيستم رنگي CIE 1931 2o گفته مي‌شود. يک سيستم براساس زاويه 10 درجه نيز معرفي شد که امروزه کاربرد چندان زيادي ندارد ]7، 4[.
1-7-2- اصول مدل رنگي RGB (Red, Green and Blue)
مدل رنگي RGB يک مدل افزايشي مي‌باشد که در آن سه رنگ اوليه قرمز، سبز و آبي با مقادير مختلف با هم جمع مي‌شوند تا رنگهاي مختلف ايجاد شود. اين سه پارامتر رنگي معادل طول موج‌هاي 700، 546 و436 نانومتر مي‌باشد. در اين مدل رنگي، هر کدام از پارامترهاي قرمز، سبز و آبي مقاديري از 0 تا 255 به خود مي‌گيرد. نتيجه‌گيري اينکه در اين مدل رنگي مي‌توان به اندازه 256 به توان سه عدد رنگ يعني معادل 16777216 رنگ را توليد کرد. در اين مدل رنگي، رنگ مشکي وقتي به وجود مي‌آيد که هيچ پارامتر رنگي وجود نداشته باشد، يعني وقتي که هر سه پارامتر رنگي صفر باشد. اما رنگ سفيد وقتي حاصل مي شود که مقدار اين سه پارامتر ماکسيمم يعني 255 باشد ]1[.
در نمودار 1 – 2 طيف رنگي حاوي سه طول موج معادل اين سه پارامتر رنگي مشاهده مي‌شود .
نمودار 1- 2- طيف رنگي RGB ]1[.
1-7-3- اصول مدل رنگي CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black)
اين مدل رنگي، يک مدل نتيجه شده از مدل رنگي RGB مي ‌باشد. در واقع اين مدل زير گروه مدل مذکور مي‌باشد. مدل CMYK يک مدل کاهشي (تفريقي) مي‌باشد. اين مدل عموماً براي ترکيب رنگها روي بستر کاغذ مناسب مي‌باشد. بنابراين در سيستمهاي چاپگر از اين مدل استفاده مي‌شود. برخلاف مدل RGB، در اين مدل، رنگ سفيد وقتي به وجود مي‌آيد که هر چهار پارامتر رنگي صفر باشند. همچنين رنگ مشکي وقتي حاصل مي‌شود که تمام پارامترهاي رنگي در مقدار بيشينه خود يعني 255 قرار داشته باشند. در شکل زير تفاوت دو مدل رنگي RGB و CMYK مشاهده مي‌شود ]4، 5، 8[.
شکل 1-4- فضاي رنگي RGB و CMYK ]5[
شکل1- 5- مقايسه سه سيستم XYZ (پهناي اصلي رنگي)، RGB (مثلث با خط پر) و CMYK (شکل خط چين) ]6[.
مقايسه مدل رنگي RGB وCMYK:
1- فايل‌هاي مدل رنگي RGB کوچکتر از مدل CMYK مي‌باشد.
2- محدوده رنگي مدل RGB بزرگتر از مدل CMYK مي‌باشد.
3- براي نمايش مانيتوري از مدل رنگي RGB و براي کار چاپ در انتها مدل آن به CMYK تبديل مي شود.
در يک مقايسه بين اين مدل رنگي بايد گفت، مدل رنگي RGB داراي پهناي رنگي بيشتري نسبت به CMYK مي‌باشد ]6[.
1-7-4- اصول مدل رنگي HSL، HSI و HSV
دو فضاي رنگي که بيشتر در دامنه پردازش تصوير براي پردازش رنگ به کار مي‌روند، فضاي رنگ HSI و HSV هستند. اين دو مدل از مختصات هندسي استوانه‌اي پيروي مي کند. (شکل 1 – 7 ) پارامتر1H مشخص کننده نوع رنگ است، اين پارامتر برحسب زاويه، در صفر درجه، نشان دهنده رنگ قرمز، در 120درجه نشان دهنده رنگ سبز و در 240 درجه نشان دهنده رنگ آبي مي‌باشد ]4[.
شکل 1- 6- مدل رنگي HSL و HSV ]9[.
در هر کدام از دو مدل رنگي، در امتداد محور مرکزي از ته استوانه شدت رنگ کم بوده و تا بالاي استوانه، شدت رنگ زياد مي‌شود، تا به بيشينه مقدار خود مي‌رسد. در ديواره بيروني استوانه، ترکيبي از سه رنگ اصلي قرمز، سبز و آبي و سه رنگ ثانويه يعني cyan، قرمز و زرد مشاهده مي‌شود. اين رنگها به صورت خطي با هم ترکيب شده‌اند به طوري که مي‌توان با مختصات سه عددي به يک رنگ خاص دست يافت ]9[.
در هر دو سيستم HSL و HSV کميت H يکسان تعريف و سازمان دهي شده‌اند. اما تعريف پارامتر S (اشباع يا saturation) در اين دو سيستم با هم متفاوت مي‌باشد. اين دو سيستم دو مقدار مختصاتي متفاوت براي يک رنگ در فضاي رنگي RGB به دست مي دهند. H خاصيتي مربوط به حس بصري از اصل يک رنگ در فضايي مشابه مي‌باشد، براي مثال وقتي به يک رنگ قرمز مي‌گوييم (داراي طيف رنگي از قرمز کم رنگ تا پررنگ) تمام اين رنگ‌ها داراي H يکسان مي‌باشند ]9[.

شکل1- 7- Hueدر فضاي رنگي RGB ]9[. نمودار1-3- منحنيHو S در فضاي رنگي RGB ]9[.
در طول رنگ آبي، H يکسان است، خط چين به سمت بالا در شکل 1 – 8، معادل قسمت پاييني منحني H مي باشد. اما با تغيير ساختار رنگي از آبي به زرد، يعني ناحيه پايين روند در شکل 1 – 8، H يک صعود ناگهاني داشته و دوباره در طول ساختار رنگي زرد ثابت مي ماند ]9[.
اشباع که در شکل فوق با علامت S نشان داده شده است، نشان دهنده ميزان پررنگي يا کم رنگي يک رنگ خاص مي باشد. روي منحني نشان داده شده در شکل فوق، مشاهده مي کنيد که پارامتر S با کم رنگ تر شدن رنگ، کاهش مي يابد ]9[.
فضاي HSI نيز يک فضاي ادراکي است اين فضا از سه مولفه I معرف ميزان نور،S درجه سفيدي يا اصطلاحا غلظت رنگ و H معرف طول موج (مانند قرمز،سبز يا آبي) رنگ است ]5[.

1-8- تبديل مدل‌هاي رنگي به يکديگر
در سيستمهاي تصويري به خصوص در روش اسکنومتري نياز مبرم به تبديل و استخراج مدلهاي رنگي مختلف مي‌باشد. پس از اسکن لکه نمونه 1و انتقال تصوير آن به رايانه، اين لکه توسط برنامه نوشته شده در محيط ويژوال بيسيک 6 (Vb 6) آناليز و پارامترهاي مختلف رنگي استخراج مي‌شود.
1-8-1- تبديل لکه به پارامتر RGB
در سيستمهاي کامپيوتري، پارامترهاي رنگي به صورت اعداد صحيح بين 0 تا 255 ذخيره مي‌شود. اين سيستم که شامل 256 مقدار مي‌باشد، معادل عدد 28 بوده بنابراين به آن سيستم 8 بيتي گفته مي‌شود که مي‌تواند معادل 16777216 رنگ مجزا را ايجاد کند. در سيستم رنگي RGB، هر رنگ را به صورت مختصات سه گانه (R, G, B) نشان مي‌دهيم. براي مثال (255، 255، 255) معادل رنگ سفيد و (0، 0، 0) معادل رنگ مشکي مي‌باشد. هر رنگ داراي يک عدد منحصر به فرد بين 0 تا 16777216 مي‌باشد که اين عدد را با V نشان داده و به صورت زير به دست مي‌آوريم:
V = Point (spot area)
V = R + 256 G + 2562 B
در محيط برنامه نويسي ويژوال بيسيک توسط دستور Point مي‌توان عدد مورد نظر يعني V را براي هر پيکسل به دست آورد. با داشتن V مي‌توان توسط الگوريتم زير، سه پارامتر رنگي R، G و B را استخراج کرد:

R = V Mod 256
G = ((V – R) Mod (2562)) / 256
B = (V – R – G * 256) / (2562)
در عبارات فوق، mod دستوري است که باقي مانده دو تقسيم را بر مي‌گرداند.

1-8-2- تبديل RGB به CMYK
براي تبديل رنگها از مدل RGB به CMYK مقدار روشنايي هر يک از رنگهاي اصلي مدل RGB با ترکيبي از رنگهاي اصلي مدل CMYK شبيه سازي مي‌شود. البته بعضي از رنگهاي RGB را نمي‌توان در مد CMYK نمايش داد و اين رنگها به نزديکترين رنگ مشابه تبديل مي‌شوند. در برنامه کامپيوتري که در گروه تحقيقاتي دکتر خواجه‌زاده توسط ايشان در محيط VB6 نوشته شده است، ابتدا هر لکه نمونه به مدل RGB تبديل شده، سپس انتقالات از اين مدل به ساير مدلها توسط الگوريتمهاي استاندارد انجام گرفته است. براي تبديل مقادير رنگي از مدل RGB به CMYK، از الگوريتم زير استفاده مي‌کنيم ]4[:
1. R’ = 1 – (R / 255)
G’ = 1 – (G / 255)
B’ = 1 – (B / 255)
2. Black = min (R’, G’, B’)
3. Cyan = (R’ – Black) / (1 – Black)
Magenta = (G’ – Black) / (1 – Black)
Yellow = (B – Black) / (1 – Black)
1-8-3- تبديل RGB به مدلهاي HIS، HSV و HSL
براي محاسبه پارامترهاي رنگي نظير H، SHSI، SHSV، VHSV، L، I و کروما 1 از پارامترهاي R، G و B که قبلا به دست آمده است، در برنامه از الگوريتم زير استفاده مي‌شود ]4[:

Convert the R, G and B values to the range 0 – 1, by dividing each color value to 255.
Find min and max values of R, G and B.
I = (R + G + B)/3
L = (max + min)/2
V = Max (R, G, B)
Chroma = Max – Min
If the max and min colors are the same, S is defined to be 0, and H is undefined but in programs usually written as 0
Otherwise
SHSL = Chroma / (1 – ½2L – 1½)
SHSV = Chroma/V
SHSI = 1-Min/I
For H
If R = max ==> H = [0 + (G – B)/(max – min)]/6
If G = max ==> H = [2.0 + (B – R)/(max – min)]/6
If B = max ==> H = [4.0 + (R – G)/(max – min)]/6
1-8-4- محاسبه مدل رنگي XYZ:
براي به دست آوردن سه پارامتر رنگي X، Y و Z از مدل رنگي RGB ابتدا اين مدل رنگي به مقياس 0 تا 1 برگردانده شده، سپس توسط ماتريسهاي موجود، تبديل انجام گرفته است. به اين ماتريسها، ماتريسهاي تبديل2 گفته مي‌شود. در اين مدل رنگي، Y نشان دهنده ميزان تابندگي رنگ، و X و Z نشان دهنده مکان فضايي رنگ در محور مختصات دو بعدي مي‌باشند ]4[.

1-9- روش اسکنومتري
استفاده از اسکنر براي آناليز تصوير به جاي دستگاه طيف نورسنج را روش اسکنومتري مي‌ناميم. در اين روش، تصوير ديجيتالي لکه رنگي نمونه پس اسکن به برنامه آناليز رنگ منتقل مي‌شود و در آنجا توسط الگوريتمهاي مختلف به پارامترهاي سازنده تجزيه مي‌شود. با بررسي‌هاي مختلف مي‌توان روابط خطي مناسب بين يک يا چند پارامتر رنگي و غلظت گونه آناليت را به دست آورد. در شکل زير نمايي از نرم افزار تجزيه رنگ نشان داده شده است.
شکل 1- 8- نمايي از نرم افزار تجزيه رنگ
1-10- اسکنر
اسکنرها از يک لامپ موسوم به لامپ فلورسانس کاتدي سرد1 و يک آشکارساز از نوع ابزار تزويج بار2 ساخته شده است. با حرکت لامپ فلورسانس روي صفحه مورد نظر، نوري حاوي سه رنگ اصلي قرمز، سبز و آبي با طول موجهاي مشخص (شکل زير) به صفحه تابانده مي شود، شدت سه طول موج فوق در تابش انعکاس يافته توسط آشکارساز بررسي شده و به صورت ديجيتالي (رقمي) به نرم افزار منتقل مي‌شود.
شکل 1- 9- لامپ کاتدي در اسکنر
لامپهاي کاتدي سرد، از الکترودي از جنس نيکل، موليبدن، نئوبيوم و يا آلياژهاي مختلف درست شده است که در حبابي حاوي گاز نئون، آرگون و بخار جيوه قرار دارد. اين الکترود داغ شده و باعث برانگيخته شدن گازها مي‌شود. نتيجه اينکه ترکيبي از طيفهاي برانگيختگي اين گازها، در سه ناحيه قرمز، سبز و آبي داراي ماکسيمم نشر مي‌باشد.

نمودار 1-4- طيف هاي بر انگيختگي گازها در لامپ اسکنردر سه ناحيه قرمز،سبز ،آبي
1- 11- مفاهيم حسگرها
حسگرها را مي‌توان به عنوان ابزاري براي اندازه‌گيري غلظت آناليت همراه با يک پارامتر فيزيکي مانند فشار، دما و… تعريف نمود ]10[ و به دو دسته فيزيکي و شيميايي طبقه‌بندي مي‌شوند. در حسگر فيزيکي يک پديده فيزيکي اندازه‌گيري مي‌شود، اما حسگر شيميايي 1وسيله اي است که اطلاعات مستقيمي را در ارتباط با ترکيب شيميايي محيط اطراف خود ارائه مي‌دهد و داراي مبدل 2فيزيکي و يک لايه گزينشگر شيميايي مي‌باشد. به طور کلي يک حسگر مراحل آماده‌سازي نمونه مانند نمونه برداري، رقيق سازي، افزايش واکنشگر و … نياز ندارد زيرا انجام چنين مراحلي باعث ايجاد خطا در اندازه‌گيرهاي تجزيه‌اي مي‌شود ]11[. از کاربرد‌هاي حسگر شيميايي مي‌توان در اندازه‌گيري‌هاي زيست محيطي و بيوشيميايي براي تعيين آلاينده‌هاي مختلف فلزي و غير‌فلزي ]12، 13[ و همچنين استفاده آن در صنايع غذايي ]14[ و داروسازي ]15[ اشاره نمود.
1-12- انواع حسگرهاي شيميايي
تکنولوژي حسگرهاي شيميايي فرآيندهاي کليدي تشخيص شيميايي آناليت‌ها و ما بعد انتقال سيگنال تجزيه‌اي را شامل مي‌شود ]16[. اصولا حسگرهاي شيميايي بر اساس نوع مبدل مورد استفاده براي تبديل تغيير شيميايي به يک سيگنال قابل پردازش، داراي عملکرد متفاوتي بوده و بر اين اساس به چهار دسته تقسيم مي‌شوند: 1- حسگرهاي گرمايي 32- حسگرهاي جرمي 43- حسگرهاي الکتروشيميايي 54- حسگرهاي نوري 6. از ميان اين حسگرها، انواع الکتروشيميايي و نوري گستردگي بيشتري داشته و بيش از همه توسعه يافته اند. اگرچه حسگرهاي الکتروشيميايي قدمت بيشتري نسبت به حسگرهاي نوري دارند ولي حسگرهاي نوري با توجه به اينکه جديدترين گروه در بين انواع حسگرها مي‌باشند، توجه نظر ويژه کسب کرده‌اند. دلايل متعددي براي توجه نظر به اين حسگرها وجود دارد، وسايل نوري لازم جهت استفاده در اين حسگرها قبلا توسعه يافته‌اند. اين حسگرها در قابليت کاربرد اندازه‌گيري از راه دور7و ساخت مينياتوري ردياب يا کاوشگرهاي کوچک توسعه روز افزون پيدا کرده‌اند ]11[.
حسگرهاي شيميايي شامل لايه حس کننده‌اي هستند که در اثر برهمکنش گونه شيميايي (آناليت) با اين لايه، سيگنال الکتريکي ايجاد مي شود. سپس اين سيگنال تقويت و پردازش مي‌شود ]11[.

شکل 1-10- شمايي از يک حسگر شيميايي ]11[
1-12-1- حسگرهاي الکتروشيميايي
توسعه يک حسگر حساس و خوب براي اندازه‌گيري آلاينده‌هاي سمي و مضر يک موضوع مهم براي شيميدان‌هاي تجزيه‌اي بوده است و تلاش‌هاي متعددي در اين راستا در سالهاي گذشته انجام شده است. حسگرهاي الکتروشيميايي بزرگترين و قديمي ترين گروه از حسگرهاي شيميايي مي‌‌باشند. بر اساس کارهاي منتشر شده حسگرهاي الکتروشيميايي به مراتب رايج‌تر هستند و ما بعد کارها با حسگرهاي نوري توسعه يافت. اين موضوع را مي‌توان از حجم مطالعات به کار رفته در اين زمينه نتيجه گرفت ]13[. تعداد زيادي از اين حسگرها، امروزه به صورت تجارتي ساخته و به بازار عرضه مي‌شوند و تعداد ديگري هنوز در مراحل توسعه و گسترش و اصلاح هستند پاسخ ايجاد شده در اين حسگرها از برهمکنش بين شيمي و الکتريسته ناشي مي‌شود. اين نوع حسگرها را بر اساس نوع اندازه‌گيري در آنها، به سه دسته تقسيم مي‌شوند: حسگرهاي پتانسيومتري (اندازه گيري ولتاژ سل)، حسگرهاي آمپرومتري (اندازه گيري جريان سل)، حسگرهاي هدايت سنجي (اندازه گيري هدايت) ]13[.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

1-12-2- حسگرهاي نوري
در طي دو دهه گذشته، حسگرهاي شيميايي بر پايه روشهاي نوري به سرعت رشد نموده و در بسياري از زمينه‌ها مانند کنترل فرايندهاي صنعتي ]17[، تهيه زيست حسگرها ]17، 18 [و نيز آناليزهاي محيطي و کلينيکي کاربرد وسيعي پيدا نموده‌اند ]19،20[.
1-12-3- حسگرهاي شيميايي نوري
حسگرهاي شيميايي نوري جديدترين گروه از خانواده حسگرهاي شيميايي هستند ]21[. در حسگرهاي شيميايي نوري بطور معمول از يک غشاي پليمر يا مواد متخلخل حاوي ترکيبات فعال که نسبت به گونه مورد اندازه‌گيري پاسخ نوري و گزينش پذيري مطلوبي داشته باشد، به عنوان لايه حسگر (لايه سنجش( استفاده مي‌شود و تغيير در خصوصيات نوري ترکيب فعال غشاء (لايه حسگر) است که از طريق بر هم کنش با آناليت سيگنال نوري را ايجاد مي‌کند ]22[.
1-12-4- حسگرهاي نوري يوني
حسگرهاي نوري يوني جزء حسگرهاي شيميايي نوري مي‌باشند. اين دسته از حسگرها به دليل وجود وسايل نوري مختلفي از قبيل هادي موج1، فيبر نوري 2و … گسترش زيادي يافته‌اند ]23[ و براي اندازه‌گيري گونه‌هاي مختلف کاتيوني و آنيوني در محيط‌هاي آبي استفاده مي‌شوند ]24[.


پاسخ دهید