ЗАНЯТИЕ № 2

Тема:	Основные группы свойств стоматологических материалов: адгезия и адгезионные свойства, эстетические свойства, биосовместимость стоматологических материалов. Контроль качества стоматологи-ческих материалов.
Цель:	- изучить классификацию адгезионных соединений, механизмы образования и условия разрушения; Изучить факторы, влияющие на эстетическое восприятие восстано-вительного материала, и методы оценки эстетических свойств; Изучить понятие биоматериала, биоинертности, биосовместимости и виды воздействия биоматериала на организм. Категории стоматологи-ческих материалов как биоматериалов. Программа испытаний на биосовместимость; Изучить критерии качества стоматологических материалов и системы международных и национальных стандартов.
Метод проведения:			Групповое занятие.
Место проведения:			Учебная аудитория, клинический кабинет, зуботехни-ческая лаборатория, кабинет мануальных навыков, ла-боратория стоматологического материаловедения.
Обеспечение:		Техническое оснащение : мультимедийное оборудование, стоматологические установки, стоматологические инструмен-ты, стоматологические материалы. Учебные пособия : фантомы головы и челюстей, стенды, мультимедийные презентации, учебные видеофильмы. Средства контроля : контрольные вопросы, ситуационные задачи, вопросы для тестового контроля, домашние задания.

План занятия

1. Проверка выполнения домашнего задания.

2. Теоретическая часть. Определение понятие адгезии. Классифика-ция адгезионных соединений в стоматологии. Механизмы образования адгезионных соединений. Условия образования и характер разрушения адгезионных связей. Свойства материалов, характеризующие эстетику восстановления. Факторы, влияющие на эстетическое восприятие восстановленного материала и методы оценки эстетических свойств.

Биосовместимость стоматологических материалов и методы ее оценки.

3. Клиническая часть. Демонстрация преподавателем типов адгезион-ных связей: между гелями, лаками и эмалью (керамики); между композитами и твердыми тканями зуба (адгезивы с предварительной протравкой типа «ЗМ Single Bond» и без нее, типа «Рro Bond»).

Демонстрация модели кариозной полости с механической адгезией в виде заклинивания материала в неровностях для удержания амальгамы, специальных захватов и неровностей на поверхности металлического каркаса, когда на его поверхность наносится пластмассовая облицовка; фиксация несъемных зубных протезов неорганическим цементом (цинк-фосфатным цементом) и др.

Демонстрация преподавателем материалов и изделий с различными эстетическими свойствами (амальгама, керамика, полимеры) и расцветок зубов, типа «VITA», а также биосовместимых с тканями зуба материалов.

4. Самостоятельная работа. Знакомство студентов с основными типа-ми адгезионных материалов: гелями, лаками, герметиками, бондингами с протравками, праймерами с адгезивами (без протравки), цементами для фиксации несъемного протезирования, механическими адгезивами типа зацепок, углублений, заклинивания пломбировочного и облицовочных материалов.

Знакомство студентов с материалами с различными эстетическими свойствами с расцветкой зубов «VITA», а также с биосовместимыми стоматологическими материалами.

5. Разбор результатов самостоятельной работы и теоретических знаний по контрольным вопросам и ситуационным задачам.

6. Тестовый контроль знаний.

7. Задание на следующее занятие.
Аннотация

Адгезия - это явление, возникающее при соединении разнородных материалов, приведенных в близкий контакт, для разделения которых следует приложить усилие. Адгезия встречается во многих случаях применения восстановительных материалов в стоматологии. Например, при соединении пломбировочного материала с тканями зуба, герметика и лака с зубной эмалью, при фиксации несъемных зубных протезов цементами. В ортодонтии на принципах адгезии крепятся брекеты на поверхности зуба. Адгезия присутствует и в комбинированных протезах: в металлокерамических протезах - между фарфором и металлом; в металлопластмассовых - между пластмассой и металлом и др.

Материал или слой, который наносят чтобы получить адгезионное соединение, называют адгезивом . Материал, на который наносят адгезив, называется субстратом .

Рис.1. Классификация видов адгезионных соединений в стоматологии.
Существуют существенные различия между адгезивами восстановительных материалов с тканями живого организма и соединениями разнородных материалов, которые применяются в зубных протезах.

Различают несколько механизмов образования адгезионного соединения за счет различных типов адгезионных связей.

Рис.2. Классификация типов адгезионных связей.

Механическая адгезия заключается в заклинивании адгезива в порах или поверхностях субстрата. Оно может происходить на микроскопическом уровне (соединение полимера с протравленной эмалью) или на макроуровне (нанесение пластмассовой облицовки на поверхность металлического каркаса, фиксация съемных зубных протезов неорганическим цементом – цинк-фосфатным цементом).

Химическая адгезия более прочная и надежная. Она основана на химическом взаимодействии двух материалов, который присущ водным цементам на полиакриловой кислоте, в которой присутствуют функциональные группы, способные образовывать химические соединения с твердыми тканями зуба – с кальцием гидроксиапатита.

Диффузное соединение образуется в результате проникновения компонентов одного материала в поверхность другого с образованием «гибридного» слоя, в котором содержатся оба материала.

На практике в чистом виде адгезионные соединения трудно найти. В большинстве случаев при использовании различной химической природы для восстановления зубов имеет место адгезионное взаимодействие и механического, и диффузного и химического характера.

Условия создания прочного адгезионного соединения.

1. Чистота поверхности, на которую наносится адгезив.

2. Проникновение жидкого адгезива в поверхность субстрата, которая зависит от способности адгезива смачивать поверхность субстрата.

Смачиваемость характеризуется способностью капли жидкости растекаться по поверхности субстрата. Мерой смачивания является контактный угол смачивания (θ - (греч .) тета), который образуется между поверхностью жидкого и твердого тел на границе их раздела (рис.3).

Рис.3 Контактный угол смачивания – критерий адгезии.

При полном смачивании контактный угол равен 0°. Малые значения контактного угла характеризуют хорошее смачивание. При плохом смачивании контактный угол больше 90°. Хорошее смачивание способствует капиллярному проникновению и говорит о сильном взаимном притяжении молекул на поверхностях жидкого адгезива и твердого тела – субстрата.

3. Минимальная усадка и минимальное напряжение при твердении адгезива на поверхности субстрата.

4. Минимальное термическое напряжение. Если адгезив и субстрат имеют различные коэффициенты термического расширения, то при нагревании клеевой шов будет испытывать напряжение (нанесение на металлический каркас фарфоровой облицовки, обжиг изделия при высоких температурах, затем охлаждение до комнатной температуры). Если близки коэффициенты материалов, напряжение будет минимальным.

5. Влияние коррозионной среды. Присутствие влажности в полости рта значительно ухудшает адгезионные связи, способствуя образованию коррозионных жидкостей.

Адгезионная прочность .

Об адгезии судят по величине адгезионной прочности, т.е. по сопротивлению разрушения адгезионного соединения. Как следует из определения адгезии, достаточно измерить приложенные усилия для разделения адгезионного соединения. Предложено много методов для измерения различных адгезионных соединений, но у всех методов присутствуют только три механизма разрушения: растяжение, сдвиг и неравномерный отрыв. Поверхность разрушения при испытании проходит по наиболее слабому звену соединения.

Эстетические свойства стоматологических восстановительных материалов

Другой важной задачей восстановительной стоматологии является воспроизведение внешнего вида натуральных зубов, их эстетических показателей.

К показателям, характеризующим эстетические свойства стоматологических материалов, относятся: цвет, полупрозрачность, блеск поверхности, флуоресценцию .

Собственный цвет любого предмета (зуба) представляет собой результат взаимодействия данного объекта (зуба) со светом от источника освещения. Материал предмета (зуба) приобретает цвет в результате отражения одной части и поглощения другой части спектра падающего на него света.

Рис.4. Схема определения внешнего вида искусственной коронки наблюдателем.

Свет - форма электромагнитной энергии, которую может воспринимать глаз человека длиной волны от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (темно-красный) - его называют «видимым светом». Комбинация длин волн, содержащихся в луче света, отраженном от поверхности предмета определяет свойство, которое мы называем цвет . Поверхность синего цвета отражает только синюю часть и поглощает все остальные цвета спектра освещающего света; поверхность белого цвета отражает все длины волн спектра падающего на неё света; поверхность чёрного цвета полностью поглощает весь световой спектр и не отражает ничего.

Полупрозрачность или просвечиваемость зависит от количества света, которое может пропускать предмет. Предметы с высокой прозрачностью кажутся более светлыми, но чем прозрачнее материал, тем больше на его цвет влияет фон или ниже лежащий материал.

Блеск поверхности - оптическое свойство, придающее поверхности глянцевый зеркальный вид. Неблестящая и глянцевая поверхности отличаются соотношением зеркального и рассеянного отражения света. Блеск характеризуется количеством зеркально отраженного света , который падает на нее в виде пучка параллельных лучей. Для зеркального отражения соблюдается закон: угол падения света равен углу его отражения. Когда падающий луч света рассеивается, поверхность предмета воспринимается как матовая, неблестящая или шероховатая. Блеск поверхности уменьшается с увеличением рассеянности падающего света. Яркий блеск связан с совершенной гладкостью поверхности, которую называют зеркальной.

Флюоресценцией называется излучение или эмиссия предметом света длиной волны, отличающейся от длины волны света, падающего или освещающего данный предмет. Флуоресцентное излучение заканчивается сразу после прекращения освещения, способного к флуоресценции предмета. Естественные зубы флуоресцируют в диапазоне голубого света под воздействием ультрафиолетового облучения.

На каждый из показателей эстетики с точки зрения стоматолога, зубного техника и пациента влияют:

1. источник света;

2. собственные оптические свойства восстановительного материала;

3. восприятие полученного результата наблюдателем.

Характеристика источника света чрезвычайно важна. В восстановительной стоматологии лучше применять источник света дневной или близкий к дневному. Именно в таких условиях пломбы и протезы будут выглядеть как естественные.

Человеческий глаз - самый чувствительный прибор для восприятия света и сравнения цветовых различий, но оно индивидуально (восприятие цвета художником и человеком с нарушением цветового зрения или полного отсутствия восприятия цвета - цветовая слепота). Определение цвета глазом происходит в результате цветового стимула, получающего информацию от клеток сетчатки глаза.

Для объективной оценки света, а также других эстетических характеристик восстановительных материалов используют стандартные условия с помощью спектрофотометров и колориметров. Предложено несколько систем измерения для применения в восстановительной стоматологии, например, цветовая система Манселла, которая включает в себя 3 координаты:

Цвет, основная характеристика, определяющая наблюдаемый цвет предмета, связанный со спектром света, отраженного предмета;

Светлота - характеризует свет как светлый или темный, если показатель низкий, цвет восстанавливаемого зуба кажется серым и неживым;

Насыщенность - мера интенсивности цвета (более светлые тона или более темные одного цвета).

Цветовая система Х, У, Z и СIE L*a*b* основаны на спектральных характеристиках величины коэффициента отражения на определенной длине волны, но они громоздки и не удобны для практического использования в оценке света стоматологических материалов.

Международная система СIE L*a*b* для аппаратурного измерения цвета, где L* - определяет степень белизны от черного (0) до белого (100); a* - определяет зеленый и красный цвета; b* - определяет синий и желтый цвета. Образцы расцветок следует выполнять с учетом природы восстановительного материала, для которого они предназначены.

В практике для определения цвета зубов и подбора восстановительного материала применяют стандартные шкалы цветов. Эта шкала расцветок должна охватывать все возможные оттенки натуральных зубов. Наибольшую популярность приобрела шкала расцветки фирмы «VITA», в которой буквой А обозначены красно-оранжевые оттенки, буквой В - желтоватые, С - сероватые - зеленые, Д - коричневатые. Цифрами обозначают степень светлости и насыщенности данного цвета (например, цвет А1 менее насыщен, и более светлый, чем А3,5).

Биосовместимость стоматологических материалов и методы ее оценки

Каким бы прочным и эстетичным по своим свойствам не был материал, если его применение может вызвать отрицательные реакции в организме, от применения этого материала следует отказаться. До сих пор мы говорили просто о материалах различной химической природы и их свойствах без учета его взаимодействия с тканями организма пациента на местном и системном уровне. Следовательно, стоматологический материал - не просто материал определенной химической природы, а к нему применимо понятие - «биологический» материал (биоматериал).

Биоматериал - любой инородный материал, который помещается в ткани организма на любое время для того, чтобы устранить деформации или дефекты, заместить поврежденные или утраченные в результате травм или заболеваний натуральные ткани организма .

Биоматериал должен обладать свойствами биосовместимости . Этот термин появился в 1960 году. До этого было принято говорить о биоинертном материале по отношению к окружающим его тканям: не оказывает никакого вредного воздействия на них и никак с ними не взаимодействует. В настоящее время от материала, например, для восстановления коронки зуба ожидают не только образования прочной связи с тканями зуба, но и их оздоровления и регенерации. Называть такой материал инертным неверно. Поэтому применяется термин биоприемлемый, биосовместимый .

Основные требования к биосовместимым и биоинертным материалам:

Биоинертный материал :

Не повреждает пульпу и мягкие ткани полости рта;

Не содержит веществ повреждающего действия;

Не содержит сенсибилизирующих веществ, вызывающих аллергические реакции;

Не обладает канцерогенностью;

Образует адгезионное соединение с твердыми тканями зуба.

Биосовместимый материал :

Обладает теми же свойствами, что и биоинертный, а также оказывает оздоравливающее регенерирующее действие.

При оценке биосовместимости материалы различают по типам воздействия на организм:

Общее: токсическое, аллергическое, психологическое;

Местное: механическое, токсическое местное, температурное.

Для определения биосовместимости материала до его клинического применения, проводят испытания на соответствие материала нормам и требованиям согласно стандартам ГОСТ Р ИСО 10993 на биосовместимость и токсичность. Программа составляется исходя из конкретного назначения материала.

Для стандартизированного подхода все стоматологические биоматериалы поделены на категории в зависимости от тканей организма, с которыми должны контактировать материал, и времени контакта.

Со слизистыми оболочками полости рта;

С костной тканью, твердыми тканями зуба;

С тканями периодонта, кровью;

С кожей;

С пульпой зуба.

Однократно или многократно, но не менее 24 часов;

Одно- или многократно более 24 часов, но не менее 30 суток;

Постоянный контакт более 30 суток.

Определив эти параметры, приступают к составлению программы испытаний, включающей ряд методов или тестов, которые подразделяют на 3 уровня:

1 уровень: начальные экспресс-тесты;

2 уровень: экспериментальные тесты на животных;

3 уровень - доклинические тесты назначения (на животных).

Токсикологические испытания на экспериментальных животных длительны и дорогостоящие. Поэтому для предварительной оценки часто применяют «0» уровень - это санитарно-химические испытания, которые широко используются в нашей стране. Этот уровень актуален для содержания в стоматологических материалах химических веществ, для которых известны предельно допустимые концентрации при контакте с организмом.

Контроль качества стоматологических материалов

Основные группы свойств материалов для доклинической оценки их качества:

Биологические:

- показатели биосовместимости ,

- гигиенические свойства ,

- органолептические .

Важным для безопасности применения материала в клинике являются токсикологические испытания, определяющие комплекс свойств материала, оценивающий его биосовместимость .

Гигиенические свойства - способность стоматологических материалов очищаться обычными средствами гигиенической чистки зубов и не изменять своих свойств под действием различных средств гигиены.

К биологическим требованиям примыкают органолептические - восстановительный материал не должен обладать неприятным вкусом и запахом.

Технические :

- физико-химические и физико-механические свойства ;

- эстетические : цвет и цветостойкость, полупрозрачность, гладкость поверхности, флуоресценция.

- технологические : время смешивания компонентов, время твердения, консистенция и текучесть.

Технические свойства материалов определяют в лабораториях на стандартных образцах. Выбор показателей качества зависит от его назначения и химической природы (эстетические качества амальгамы определять бессмысленно и т.п.). В России существует порядок разработки стоматологических материалов до получения разрешения на их применение в клинической практике (ГОСТ Р 15013-94).

Структура стандарта (ГОСТ Р):

I. Область применения стандарта.

II. Термины и определения.

III. Классификация.

IV. Требования (нормы) показателей свойств.

V. Методы испытаний.

VI. Требования к упаковке и инструкции.

Эти нормы (как и методики их определения) являются основным содержанием стандартов стоматологических материалов. Любой вновь разработанный материал обязательно проходит испытания на соответствующие требования согласно классификации стоматологических материалов.

Международная федерация стоматологов (Federation Dentaire Internationale - FDI) и Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization ISO) работают над новыми усовершенствованными стандартами.

СИСТЕМА

стандартов стоматологических материалов

Международная федерация стоматологов, FDI

Международная организация по стандартизации, ISO

ТК 106 (год образования 1963)

Россия - ТК 279, 1980

США - АDА, 1966

Австралия - 1973

Скандинавские страны - 1973

Европейский комитет нормализации, 1995

Рис.5. Международные и национальные организации по стандартизации стоматологических материалов.

Стандартами стоматологических материалов ISO (ИСО) занимается технический комитет ТК 106, в который входят национальные комитеты более 80 стран.

Членом ИСО является и Россия, представленная техническим комитетом по стандартизации стоматологических аппаратов, приборов и материалов ТК 279 (Зубоврачебное дело). Работа по стандартизации в рамках Международной организации ИСО включает определение требований и норм показателей свойств каждого класса материалов стоматологического назначения, стандартизацию терминологии и методов испытаний. Стоматолог, который работает с материалами, отвечающими требованиям стандартов, может быть спокоен, что применяемый материал не даст существенных отрицательных результатов в процессе его клинического применения.

Окончательным критерием качества стоматологического материала является его поведение в условиях полости рта пациента. Это может оценить только клиницист на основании своих наблюдений, анализа успешных результатов и неудач.

Схема ориентировочной основы действия

Этапы работы	Средства и условия работы	Критерии для самоконтроля
1	2	3
I Адгезия
Основное внимание обращено к информации преподавателя о различных типах адгезионных соединений	Гели, лаки, герметики, бондинги с протравкой, праймеры с адгезивами без протравки, цементы для фиксации несъемных протезов. Механические адгезивы для фиксации амальгамы, пластмассовых облицовок, фарфоровых фасеток на моделях искусственных зубов.	Исходные знания, методические указания, схемы, стенды, тетради. Модели искусственных зубов с механическими типами адгезии.
II Эстетика в стоматологии
1. Сравнить в общем виде материалы различной хими-ческой направленности по их эстетическим свойствам: цвету, полурозрачности, блеску и флуоресценции.	Металлы - амальгама, металлические каркасы для съемных протезов, металлические коронки, керамика, полимеры.	Исходные знания, лекции, методические разработки, домашнее задание.
2. Сравните полупроз-рачность эмали и дентина натурального зуба.	Натуральные зубы, распилы групп зубов.	Исходные знания о факто-рах, влияющих на показате-ли эстетики: освещение, собственный цвет зуба, восприятие наблюдателем.
3. Определить цвет натуральных зубов и подобрать восстановитель-ный материал.	Стандартная шкала цвета «VITA», естественные зубы, материалы: керамика, полимеры.	Знание цветовой шкалы «VITA»: обозначения букв А, В, С, Д и цифр - 1, 2, 3, 4 ......

Контрольные вопросы
Адгезия и ее значение в восстановительной стоматологии .

1. Что такое адгезия и ее значение в стоматологии?

2. Что такое адгезив и субстрат? Приведите примеры в области стоматологии.

3. Перечислите и охарактеризуйте типы адгезионных связей, приведите примеры адгезионных связей: механических, химических, диффузных.

4. Что такое контактный угол смачивания? Какое значение имеет эта характеристика для адгезионного соединения?

5. Какое влияние оказывает усадка адгезива при его отвердении на прочность адгезионного соединения?

6. Какие условия и свойства материалов оказывают влияние на качество адгезионного соединения?

7. Какие методы существуют для определения прочности адгезионного соединения, применяемых в стоматологии?

Эстетические свойства восстановительных материалов

8. Какие показатели характеризуют эстетические свойства стоматологических материалов?

9. Сравните в общем виде стоматологические материалы различной химической природы: металлы, керамику, полимеры по их эстетическим свойствам.

10. Какие факторы влияют на восприятие цвета восстановительного материала?

11. С какими оптическими свойствами связаны блеск поверхности, степень прозрачности и флуоресценция восстановительного материала?

12. Какие системы и аппараты для объективного измерения цвета Вы можете назвать?

13. Что такое эталонные расцветки стоматологических восстанови-тельных материалов?

Биосовместимость стоматологических материалов

14. Что такое биосовместимость и биоинертность?

15. Перечислите основные требования к биосовместимому и биоинертному материалу. Приведите примеры.

17. Какие уровни должна включать программа токсикологических испытаний стоматологических материалов?

18. В чем заключаются санитарно-гигиенические испытания стоматологических материалов?

Критерии качества стоматологических материалов

19. Перечислите группы требований, которым должны отвечать материалы стоматологического назначения.

20. В чем заключаются технические испытания стоматологических материалов?

21. Структура национального стандарта России - ГОСТ Р?

22. Международные и национальные организации по организации стандартизации стоматологических материалов?

Ситуационные задачи
1. Отметьте знаком «+» вид адгезионного биологического соединения:

2. Соотнесите типы адгезионных связей:

Адгезионные связи	механические	химические	диффузные
1. Макромеханические
2. Ионные
3. Металлические
4. Ковалентные
5. Микромеханические
6. Проникновение одного материала в поверхность другого с образованием «гибридного» слоя

3. Соотнесите необходимые условия создания прочного адгезионного соединения:

Необходимые условия	Прочность адгезионного соединения	Незначительные условия
1. Чистота поверхности
2. Генерация жидкого адгезива в поверхность субстрата
3. Минимальная усадка адгезива при твердении
4. Минимально возможное термическое напряжение: а) с различными коэффициентами термического расширения адгезива и субстрата; б) с близкими коэффициентами расширения адгезива и субстрата
5. Отсутствие влияния коррозионной среды

4. Под каким углом смачивания адгезивом произойдет сильное взаим-ное притяжение молекул адгезива и субстрата?

Угол смачивания	Отсутствие смачивания	Удовлетворительное смачивание	Хорошее смачивание
θ 1 > 90 0
θ 2
θ 3

5. Соотнесите показатели, характеризующие эстетические свойства ма-териалов:

Свойства материалов	Да	Нет
1. Цвет
2. Упругость
3. Полупрозрачность
4. Прочность
5. Блеск поверхности
6. Флуоресценция
7. Твердость
8. Пластичность

6. Соотнесите методы оценки эстетических характеристик:

Методы измерения, определения расцветки зубов	Аппаратные	Стандартные шкалы цветов
1. Цветовая система Манселла
2. Цветовая система Х, У, Z
3. Цветовая система СIEL*a*b*, трехмерное изображение
4. Расцветка фирмы «VITA»

7. Сопоставьте требования к биосовместимым и биоинертным стомато-логическим материалам:

Требования	К биосовместимым материалам	К биоинертным материалам
1. Не повреждать пульпу и мягкие ткани полости рта
2. Оказывать оздоравливающее и регенерирующее действие
3. Не содержать веществ повреждающего действия
4. Не содержать сенсибилизирующих веществ, вызывающих аллергию
5. Образовывать адгезионное соединение с твердыми тканями зуба
6. Не обладать канцерогенностью

8. Какой уровень испытаний для биологической оценки стоматологичес-ких материалов используется в России чаще всего?

Характер контакта	Категории
	по продолжительности контакта	по характеру контакта с организмом
1. Со слизистыми оболочками полости рта
2. Однократно или многократно, но менее 24 часов
3. С костной тканью, твердыми тканями зуба
4. Одно- или многократно, более 24 часов, но менее 30 суток
5. С кровью
6. С тканями периодонта
7. С кожей
8. С пульпой зуба
9. Постоянный контакт, более 30 суток

10. Определите содержание стандарта ГОСТ Р (Россия) для стоматоло-гических материалов:

Содержание стандарта	Стандарт ГОСТ Р
	да	нет
1. Область применения стандарта
2. Термины и определения
3. Классификация
4. Требования (нормы) показателей свойств материалов
5. Методы испытаний
6. Требования к упаковке и инструкции
7. Физико-химические свойства
8. Адгезионные свойства
9. Биосовместимость материала

11. Соотнесите международные и национальные организации по стан-дартизации стоматологических материалов:

Организации	международные	национальные
1. FDI
2. ISO
3. ТК 106
4. ТК 279
5. АDА

Тестовый контроль знаний
1. Какие механизмы разрушения присутствуют при испытании адгезионной прочности?

а) при растяжении;

б) сдвиге;

в) при неравномерном отрыве;

г) при сжатии;

д) при кручении.

2. Какой контактный угол смачивания является оптимальным для создания прочного адгезионного соединения?

а) θ 1 > 90 0 ;

3. Какой свет называют «видимым»?

а) от 200 до 300 нм;

б) от 400 до 700 нм;

в) от 800 до 1000 нм;

г) от 1100 до 1500 нм.

4. Как отражает и поглощает синяя цветовая поверхность спектра освещающего света?

а) поверхность синего цвета отражает только синюю часть и поглощает

все остальные цвета;

б) поверхность синего цвета поглощает только белый цвет и отражает

все остальные;

в) поверхность синего цвета поглощает только чёрный цвет и отражает

все остальные;

5. Как отражает и поглощает белая цветовая поверхность спектра освещающего света?

а) поверхность белого цвета отражает все длины волн спектра

падающего на нее света и не поглощает ничего;

б) поверхность белого цвета поглощает все длины волн падающего света

и не отражает ничего;

в) поверхность белого цвета поглощает длины волн черного цвета и

отражает все остальные.

6. От чего зависит полупрозрачность материала, предмета?

а) от количества света, которое может пропускать предмет;

б) от степени рассеянного света;

в) от фона (подложки);

г) от гладкости материала;

д) от шероховатости материала.

7. Как флуоресцируют естественные зубы под воздействием ультрафиолетового облучения?

а) в диапазоне розового цвета;

б) в диапазоне белого цвета;

в) в диапазоне голубого цвета;

г) в диапазоне зеленоватого цвета.

8. В каких условиях пломбы и протезы из восстановленных материалов будут выглядеть как естественные?

а) при ночном естественном свете;

б) при дневном естественном свете;

в) при свете нормальной электрической лампы;

г) при свете дневных ламп.

9. Что включает в себя программа испытаний стоматологических материалов на биосовместимость, согласно стандартам ГОСТ Р ИСО 10993?

Методы испытаний :

в) 1-й уровень - начальные экспресс-тесты;

г) 2-й уровень - экспериментальные тесты на животных;

д) 3-й уровень - доклинические тесты назначения (на животных);

е) 0-й уровень - санитарно-химические тесты.

10. Какой порядок разработки стоматологических материалов до получения разрешения на их применение в клинике согласно ГОСТ Р 15013-94 действует в России?

а) нормы для показателей свойств:

Прочность при изгибе композиционного восстановительного материала

должна быть не менее 50 МПА;

Прочность на сжатие силикатного цемента - не менее 190 МПа;

Адгезионная прочность соединения композита с твердыми тканями зуба

Не менее 7 МПа;

Водопоглащение полимерного материала для базисов съемных протезов

не должна составлять более 32 мкг/мм 3 и т.д.

б) эти нормы заложены в стандартах материалов только для

стоматологических материалов, применяемых в клиниках;

в) эти нормы заложены в стандартах материалов для лабораторно-

клинических работ;

г) эти нормы заложены для каждого класса материалов, согласно

классификации их.
Домашнее задание
1. Изобразить схему адгезионных соединений в стоматологии.

2. Изобразить схему типов адгезионных связей.

3. Описать условия создания прочного адгезионного соединения.

Литература

Основная :

1. Базикян Э.А. Пропедевтическая стоматология. Учебник для медицинских вузов. - М.: Издательство «ГЭОТАР-Медиа», 2008. - С. 482-489, 518-527.

2. Попков В.А., Нестерова О.В., Решетняк В.Ю., Аверцева И.Н. Стоматологическое материаловедение. - М.: Издательство «Медиапресс-информ», 2006, - С.5-19.

3. Методические разработки кафедры пропедевтики стоматологических заболеваний СтГМА.

Дополнительная:

1. Поюровская И.Я. Стоматологическое материаловедение. Учебное пособие. - М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2007. - С.5-10.

2. Вязьмитина А.В., Усевич Т.Л. Материаловедение в стоматологии. Учебное пособие. - Ростов-на-Дону, 2002. - С. 11-15.

3. Крег Р., Пауэрс Дж., Ватага Дж. Стоматологические материалы: свойства и применение. Перевод с английского Шульги О.А. - М.: Издательство «МЕДИ», 2005. - С.9-38.

4. Трезубов В.Н., Мишнев Л.М., Жулев Е.Н. Ортопедическая стоматология. Прикладное материаловедение. Учебник для медицинских вузов. - М.: МЕДИпресс-информ», 2008. - С.9-11.

5. Дмитриева Л.А. Современные пломбировочные материалы и лекарственные препараты в терапевтической стоматологии. - М.: Медицинское информационное агентство, 2011. - С.6-13.

деятельности человека. Наиболее востребованной данная опция бывает в производственных областях, имеющих дело с цветной продукцией. Также важно измерение цвета в полиграфии и покрасочных мастерских.

Цветометрия позволяет контролировать соответствие цветов обрабатываемой продукции и поставляемого сырья назначенным стандартам, упорядочивает используемые тона и оттенки в единую базу данных для всех партнеров, занятых в процессе. В многокрасочной печати она обеспечивает одинаковый результат реализации проекта на различных материалах, используемых в качестве подложки. Отрасли, где рабочий процесс основан на использовании смесевых красок, применяют колориметрию для тестирования составляющих элементов и создания формул смешения красок.
Оценка качества цветов необходима не только на производственных или печатающих предприятиях, она востребована и в менее масштабных процессах: для дизайнерских или художественных работ, калибровки принтеров, настройки мониторов или телевизоров.
В зависимости от специализации работ и целевой направленности, используются различные типы измерительных приборов и приспособлений.

Спектрофотометры

Количественная оценка цвета является фундаментальным принципом работы для данного типа приборов. Принцип включает следующие измеряемые характеристики:

• Собственно цвет (оттенок). Оценивается по длине волны излучаемого или отраженного от поверхности света. Единицей измерения является нанометр (нм).
• Чистота тона (насыщенность). Показывает уровень расхождения со спектральным прототипом, выраженный количеством присутствующего белого тона. Чем больше белого, тем меньше насыщенность.
• Отражающая способность (яркость). Показывает разницу между падающим и отраженным светом, обусловленную количеством черного тона в образце.

Результаты выдаются в системе цветовых координат Lab, XYZ, HSB и других, олицетворяющих основы цветометрии.
Чтобы произвести измерение цвета спектрофотометром у образцов с блестящими, металлическими или перламутровыми эффектами на производственном месте, требуется мультиугловая портативная версия прибора (например, X-Rite MA9X). Она же годится и для текстурных поверхностей (ткани, пористые материалы). Для ровных матовых поверхностей в тех же условиях годится обычная портативная модель (Ci6X или SP6X).

Для более сложных измерений в лабораторных условиях необходим стационарный прибор со сферическим методом измерений (Color Eye 7000 или Ci7800).
Чтобы откалибровать принтер, нужна специальная модель устройства, например, SpyderPrint. Для компьютерного дисплея, проектора, цифровой камеры - комплект i1Publish Pro 2. Настроить цвета на телевизоре высокой четкости поможет Spyder4TV HD.
В полиграфии помимо спектрофотометров используются денситометры, оценивающие плотность слоя наносимой на основу краски.

Просмотровые кабинки

Если специфика работ позволяет обходиться визуальной оценкой цветовых характеристик изделий, то можно приобрести такую кабинку (типа The Judge II), обеспечивающую просмотр под различными типами освещения.

Стороженко, Алексей Иванович

Ученая cтепень:

Кандидат технических наук

Место защиты диссертации:

Санкт-Петербург

Код cпециальности ВАК:

Специальность:

Оптические и оптикоэлектронные приборы и комплексы

Количество cтраниц:

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ КООРДИНАТ ЦВЕТА И ЦВЕТНОСТИ

1.1 Общие сведения о принципах, методах и приборах определения цвета

1.2 Визуальное измерение цвета

1.3 Расчетный (спектрофотометрический) метод

1.4 Принципы объективного измерения цвета

1.4.1 Метод компарирования

1.4.2 Метод непосредственного измерения координат цвета и цветности

1.5 Приборы для определения координат цвета и цветности

1.5.1 Приборы для визуального измерения цвета

1.5.2 Приборы для расчетного способа определения координат цвета и цветности

1.5.3 Приборы для объективного измерения цвета

1.6 Сравнительный анализ погрешностей методов измерений координат цвета и цветности

1.7 Исследование зависимости координат цветности от геометрии измерений

ИСТОЧНИКИ СВЕТА ДЛЯ ЦВЕТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Виды источников света для цветовых измерений

2.2 Исследование погрешностей методов измерений координат цветности источников излучений

2.2.1 Метод определения координат цветности источника при сравнении с известным источником

2.2.2 Метод непосредственного определения спектра источника и расчета координат цветности

2.2.3 Исследование погрешностей методов измерений координат цветности источников

2.2.4 Особенности измерений координат цветности автомобильных ламп и выбор цветов в светодиодных светофорах

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЦВЕТА

3.1 Стандартные источники света

3.2 Цветность стандартных источников А, В, С, D

3.3 Воспроизведение стандартных источников А, В, С

3.4 Воспроизведение источника D

3.5 Исследование возможности воспроизведения источника D65 с помощью импульсной лампы

3.6 Оценка возможности разработки требуемого источника излучения, состоящего из нескольких светодиодов

3.7 Источник D65, состоящий из нескольких светодиодов

СНИЖЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ КООРДИНАТ ЦВЕТА И ЦВЕТНОСТИ МЕТОДОМ ПЕРЕСЧЕТА

4.1 Вывод формул пересчета

4.2 Теоретическое исследование погрешности метода

4.3 Исследование погрешности метода пересчета

РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРОВОГО КОЛОРИМЕТРА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО МЕТОД ПЕРЕСЧЕТА

5.1 Принцип работы фильтрового колориметра

5.2 Оценка теоретической погрешности прибора

Введение диссертации (часть автореферата) На тему "Оценка погрешностей визуальных и фотоэлектрических методов измерения координат цвета"

В настоящее время все более и более широкое распространение получают колориметрические измерения в различных областях применений. Так исторически основными направлениями таких измерений принято считать полиграфическую, текстильную, а также оптическую промышленности. С появлением новых материалов в области дорожных знаков, разметки и светофоров и, соответственно, новых стандартов цветовые измерения получили и здесь очень большое значение. Кроме того, особое место занимает контроль цвета при производстве косметических средств и упаковок, где требуется получать одинаковый выбранный цвет для каждого типа продукции.

С расширением колориметрических измерений появляются новые автоматические приборы для проведения цветовых измерений, а морально устаревающие приборы просто заменяются. Так перестали применяться визуальные колориметры, для работы с которыми требуется и хорошее цветовое восприятие оператора, и специальные навыки работы с такими приборами. Однако чаще всего основная причина замены оборудования связана с распространенным мнением, что все современные приборы должны обязательно иметь связь с компьютером и быть максимально автоматизированными. Такой перевес в сторону автоматизации ведет к тому, что одни методы получают большее распространение, а другие -исчезают. Однако если попытаться сравнить погрешности разных приборов, то чаще всего оказывается, что на большинство современных приборов приводятся погрешности, измеренные в разных системах цветов. Кроме того, на зарубежные приборы практически всегда приводятся погрешности, измеренные в своих лабораторных условиях, по своим методикам и на своих комплектах эталонных образцов. В Российской Федерации пока еще используется абсолютная погрешность измерений в наиболее распространенной системе цветов XYZ, что позволяет сразу отнести прибор к определенному классу: рабочее средство измерений или рабочий эталон. Однако уже наблюдается тенденция к зарубежному способу представления погрешностей.

В настоящее время проблема оценки погрешностей различных методов измерений цвета очень актуальна: исследование на основе испытаний приборов различных типов может дать не только подробный анализ преимуществ и недостатков существующих методов измерений, но и возможность качественно описать и количественно оценить все составляющие погрешности измерений, а также предложить способы для уменьшения погрешности.

Следовательно, для выполнения поставленной проблемы необходимо:

1. сравнить возможности и сопоставить погрешности забытых классических методов измерений координат цвета и цветности с методами, получившими распространение только за последние годы;

2. провести испытания методов измерения цвета источников излучений;

3. исследовать влияние геометрии измерений на координаты цветности;

4. по результатам анализа наиболее существенных составляющих погрешностей измерений координат цвета и цветности различными методами предложить алгоритмы и схемные решения отдельных узлов и элементов измерительных установок и приборов, позволяющих повысить точность измерений.

Применение современной микроэлектронной техники может снизить себестоимость изготовления новых колориметров. Для этого требуется провести анализ существующих методов снижения погрешности и модернизировать их для возможности встраивания в микропроцессорное устройство. Использование всех существующих достижений значительно упрощает схему прибора, а погрешность измерений координат цветности остается приемлемой для практического применения.

Заключение диссертации по теме "Оптические и оптикоэлектронные приборы и комплексы", Стороженко, Алексей Иванович

Результаты теоретического и практического исследований метода

пересчета показывают, что алгоритм работает с некоторой погрешностью,

но абсолютная погрешность координат цветности остается в пределах

допустимых для рабочего средства измерения пределах - 0.02-0.03. Однако

для некоторых образцов были получены несколько большие значения

погрешности. Это связано с тем, что исследования проводились на

визуальном колориметре и, следовательно, на результируюшую

погрешность измерений еще влияет цветовая адаптация глаза,

восприимчивость глаза к цвету, усталость глаза и другие субъективные

причины. Исследование применимости метода пересчета показало, что данный

алгоритм может быть применен для снижения погрешности измерений при

изготовлении объективного фильтрового колориметра, в котором кривые

сложения неточно соответствуют или даже значительно отличаются от

стандартизованной системы XYZ. Колориметр, калиброванный таким

способом и измеряюпций только координаты цветности, может использоваться в качестве рабочего средства измерения, а, при

оптимальном выборе градуировочных фильтров, прибор может также

измерять и координаты цвета. Применение метода пересчета с делением

локуса на области позволяет еще больше уменьшить погрешность, но

усложняет расчеты. Так как, вывод формул пересчета производится только

один раз, то этот способ повышения точности оправдан экономически. Следовательно, метод пересчета позволяет разрабатывать суш;ественно

более простые, но в тоже время достаточно точные приборы.ГЛАВА 5

РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРОВОГО

КОЛОРИМЕТРА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО

МЕТОД ПЕРЕСЧЕТА

5.1 Принцип работы фильтрового

колориметра

При изготовлении фильтрового колориметра, в настоящее время,

расчетчики стараются разрабатывать и изготавливать светофильтры,

спектры пропусканий которых подобны общепризнанным кривым

сложений XYZ , , Создание светофильтров, подобных кривым

сложения XYZ, возможно, но решить эту задачу с требуемой

погрешностью очень сложно, так как стекол с требуемым спектральным

составом не существует. Добиться достаточно близкого спектрального

состава возможно используя несколько различных, часто редких и очень

дорогих, цветных оптических стекол. Однако, цветные фильтры, спектры

пропусканий которых подобны другим кривым сложения, например -

системе RGB , изготовить относительно просто. Известно, что некоторые приборы специально разрабатывались для

обеспечения решения особых задач. В них спектральные коэффициенты

пропусканий трех светофильтров полностью охватывают видимую часть

спектра, но не подобны каким-либо общепринятым кривым сложений

(например - колориметр ФМ104М , , изготовленный в ГОИ , с

системой цветов Шкловера). При попытке провести прямые измерения на

таком приборе координаты цвета и цветности испытуемого образца будут

иметь значительную погрешность. Поэтому, в методике измерений таких иметь значительную погрешность. Поэтому, в методике измерений таких

приборов всегда есть пересчет результатов измерений из системы цветов

колориметра в стандартизованную систему XYZ по приводимым

формулам. Этот способ еще пятьдесят лет назад был описан как метод

градуировки по трем образцам в описании визуального колориметра ФМ 18а . Однако с переходом на новые (в основном спектральные)

приборы этот метод был забыт и отброшен в сторону - современная

тенденция приборостроения состоит в том, что все составляющие

элементы прибора должны быть, воспроизведены наиболее точно. Такой

подход не всегда оправдан - есть ряд задач, где требуется произвести

измерения только как "индикатор" цвета, а погрешность для прибора

такого класса может быть довольно значимой, но приемлемой. Таким образом, макет фильтрового колориметра может иметь либо

более легко воспроизводимую известную систему цветов, либо

специальную систему цветов. Очевидно, что, если есть возможность

разработать собственную систему цветов, то это даст ряд преимуществ,

таких как:

В качестве регистрирующих устройств можно использовать любые

приемники оптического излучения,

Светофильтры можно изготавливать из наиболее распространенных

марок стекол,

Можно увеличить сигналы с приемников без использования

дополнительного электрического усиления изменяя спектральный

состав соответствующего светофильтра. Так как математический пересчет не представляет сложностей для

современной электроники, то, учитывая все выщеизложенное, была

предложена принципиальная схема работы (рисунок 5.1.1) фильтрового

колориметра. образец

Измерение

сигналов

Пересчет

формулам:

рез-тов на

1 - Оптический блок, 2 - Электронный блок регистрации сигналов, 3 - Пересчет

сигналов из системы цветов колориметра в заданную систему, 4 -Дисплей

Рисунок 5.1.1 -Принципиальная схема работы фильтрового колориметра

Оптический блок (рисунок 5.1.1) может быть реализован под

различные задачи. Поэтому предложена одна из самых распространенных

на сегодня схема, где в оптическом блоке устанавливается один источник

излучения и испытуемый образец, а три корригированных приемника

излучения регистрируют сигналы. В качестве источника излучения можно

использовать, например, менее мощную, чем испытанная выше лампа

ИФП -8000, импульсную трубчатую ксеноновую лампу ИПО -75. Образец,

работающий на отражение, устанавливается в положение А. Если образец

работает на пропускание, то его устанавливают в положение Б, а в

положение А устанавливают эталонный образец белого цвета из стекла

МС-20. Предложенный оптический блок макета может быть изменен для

обеспечения возможности измерения координат цветности источников

излучений, а также можно изменить и предложенную геометрию

измерений на любую другую. Для расчета координат цвета и цветности

необходимо три приемника излучения, спектральные чувствительности

которых разделяют все видимое излучение на три области красно оранжевых, желто-зеленых и сине-фиолетовых цветов. Папример можно

выбрать такие сочетания приемников и светофильтров: Se+CC-8, Se+3C-

11, Se+OC-5. Электронный блок регистрации должен обеспечить

аналоговое усиление и фильтрацию, а также измерение аналого-цифровым

преобразователем полученных с фотоприемников сигналов. По трем

цифровым отсчетам производится пересчет координат цвета из системы цветов колориметра в заданную систему по заложенной в

микропроцессоре устройства программе. После пересчета результаты

сразу же выводятся тем же микропроцессором на дисплей. Очевидны преимущества такой схемы:

Простота изготовления,

Универсальность,

Компактность,

Невысокая стоимость комплектующих уже при мелкосерийном

производстве. Основа всех преимуществ - это применение метода пересчета на

основе современной электроники. Несмотря на то, что такой метод раньше

очень широко применялся, не удалось найти сведений о теоретической

погрешности метода, то есть его собственной погрешности, вызванной

именно неточностью самого пересчета. Также не было обнаружено

никаких сведений о границах применимости метода, то есть насколько

сильно спектры пропусканий светофильтров могут отличаться от кривых

сложений системы цветов, в которую производится пересчет. 5.2 Оценка теоретической погрешности

Основная часть любого объективного фильтрового колориметра -

оптико-электронная схема, в которую входят:

Источник(и) излучения,

Светофильтры,

Приемники излучений. В разработке любого прибора необходимо всегда учитывать его

предполагаемую стоимость. Значительный вклад в обшую цену

фильтрового колориметра вносит использование цветных стеклянных

светофильтров, а также стоимость фотоприемников.Анализ погрешностей позволил предположить, что есть возможность

свободно выбирать не только градуировочные образцы, но и системы

цветов, значительно отличающихся от стандартизованных систем RGB,

XYZ, LAB, и произвести пересчет в систему XYZ, в которой принято

представлять результаты цветовых измерений. Это позволяет существенно

упростить схемные и конструктивные рещения измерительных приборов и

соответствует современным тенденциям, когда стараются уменьщить

количество дорогостоящих оптических элементов, заменяя их средствами

вычислительной техники. Именно поэтому потребовалось провести

теоретическое исследование предполагаемых схем. Это позволило не

создавая несколько разных рабочих макетов приборов, оценить

погрещности и диапазоны измерений координат цветности предложенных

схем колориметров. Наиболее распространенной схемой , любого фильтрового

колориметра для определения координат цвета и цветности прозрачных

или отражающих образцов является схема с одним источником и тремя

корригированными приемниками, В качестве источника излучения обычно

используют лампу накаливания, которая работает в режиме источника А и

освещает испытуемый образец, но в данном макете прибора можно легко

установить импульсный источник D65 на основе исследованной лампы

ИФП, Такая схема можно, нанример, реализовать в следующей

комбинации:

Лампа накаливания включается в таком режиме, чтобы ее цветовая

температура была 2856 К, то есть ее спектр соответствует спектру

излучения источника А;

В качестве трех приемников используются кремниевые

фотоприемники со светофильтрами из стекол СС-2*СЗС-22, ЗС 8*СЗС-23 и ОС-17*СЗС-23 (спектральные характеристики при

использовании источника А приведены на рисунке 5,2,1),

аэ^ооспосмоч"псогсосз)Осдэт^тцэгооспогчпгю(огсоо5Осм

Рисунок 5.2.1 -Кривые сложений системы XYZ и подобранные кривые спектральных

Возможен и другой подход, который состоит в том, чтобы

поочередно освещать тремя цветными источниками поверхность

испытуемого образца, а сигналы регистрировать одним приемником. С

появлением разнообразных цветных светодиодов этот способ очень легко

реализовать. При их использовании можно работать в импульсном режиме

и тем самым дополнительно снизить влияние фоновой засветки. Спектры

излучений цветных светодиодов не очень широкие, но, благодаря

большому выбору по длинам волн, можно включать сразу несколько

источников для обеспечения необходимого спектрального состава. Получить спектр, подобный кривой сложения Z при угловом размере поля

Для кривой сложения Y - белый светодиод со светофильтром из стекла

марки ЖЗС-18, для X - белый светодиод со светофильтром из стекол

марок ОС-17 и СЗС-23 вместе с уже упомянутым синим светодиодом, но

при значительно меньшей мощности. Полученные спектральные кривые

при использовании кремниевого приемника показаны на рисунке 5.2.2.Белый св-д * 0С17

0.08*Синий св-д

ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо

Рисунок 5.2.2 -Кривые сложений системы XYZ и подобранные кривые спектральных

чувствительностей трех корригированных приемников (для источника А)

Второй способ может быть несколько изменен: несколько

светодиодов, перекрывая весь видимый спектр, излучают поочередно, а

один приемник их регистрирует. На рисунке 5.2.3 показаны спектральные

характеристики семи цветных светодиодов и одного белого. Координаты

цветностей в стандартизованной системе XYZ 1931 г. отмечены на

рисунке 5.2.4. Такая схема представляет не что иное, как реализацию методов

многоцветной колориметрии. Для работы с таким колориметром

необходима более сложная система расчета, состоящая из четырех этапов:

1. Предварительное измерение сигналов, получаемым от трех, наиболее

полно охватывающих видимый спектр, светодиодов (например: синий

440 нм + белый + красный 690 нм);

2. Приближенное определение координат цветности испытуемого

образца по формулам пересчета для выбранных светодиодов;

3. Измерение трех сигналов от тех трех светодиодов, в область цветов которых попали предварительно определенные координаты цветности

(пример выбора областей показан на рисунке 5.2.4);

4. Окончательный пересчет сигналов по формулам для выбранных

светодиодов в координаты цветности в требуемой системе. ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо

Рисунок 5.2.3 - Спектральные кривые светодиодов

о 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75

Рисунок 5.2.4- Координаты цветности светодиодов в системе XYZ1931 г.Испытания проводились на основе сравнения расчетных координат

цветности с пересчитанными значениями случайно выбранных 100

образцов. В разное время на разных установках были измерены их

спектральные данные и получены координаты цвета и цветности для

источника А в системе цветов XYZ 1931 г. В первом способе, составив кривые сложений, спектральные

характеристики которых приведены на рисунке 5.2.1, были рассчитаны

координаты цветности в полученной системе цветов, подобной

стандартизованной системе XYZ. Затем был произведен пересчет из

системы цветов колориметра в стандартизованную систему XYZ. Расчетные значения и полученные координаты цветности до и после

пересчета показаны на рисунке 5.2.5 (приведены только составляющие

"х"). Результаты для второго и третьего способа приведены,

соответственно, на рисунках 5.2.6 и 5.2.7. Расчетные значения

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100

Рисунок 5.2.5 - Координаты цветности до и после пересчета в первой схеме

Расчетные значения

Коорд. цветности до пересчета

Коорд. цветности после пересчета

о Fi"i"i"i"i"i"."."P

Рисунок 5.2.6 - Координаты цветности до и после пересчета во второй схеме

Расчетные значения

Коорд. цветности после предварит, пересчета

Коорд. цветности после второго пересчета

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97

Рисунок 5.2.7 - Координаты цветности после предварительного и более точного

пересчетов в схеме с восемью светодиодами

Результаты всех расчетов сведены в одну таблицу 5.2.1, в которой в

соответствующих полях приведено количество образцов,

удовлетворяющих установленному диапазону погрешности.Таблица 5.2.1 -Количество образцов (из 100), попадающее в диапазон погрешности

Диапазон

погрешности

1-ый способ

1 ист.-З приемника

пересчета

пересчета

2-ой способ

3 ист.-1 приемник

пересчета

пересчета

3-ий способ

8 светодиодов

после 1-го

пересчета

после 2-го

пересчета

Из таблицы 5.2.1 видно, что наименьшую погрешность имеет

колориметр по схеме, предложенной в первом способе. Причина этого в

том, что в этом способе кривые сложения наиболее нодобны кривым

сложений системы, в которую производится пересчет (система XYZ

1931 г., источник А). Можно показать, что нет разницы каким из первых

двух способов получены кривые сложений (1 источник и 3 приемника или

3 источника и 1 приемник), но чем более точно они воспроизведены тем

меньшая будет погрешность. Несмотря на то, что погрешность измерений

координат цветности таким колориметром не превышает 0.01 для большей

реально воспроизводимой части локуса она все же остается значительной. Ноэтому для ее снижения прибор предпочтительнее использовать в

качестве компаратора или в качестве рабочего средства измерений

координат цветности для выбранной части цветового локуса. Это

позволяет специализировать прибор для определенных нужд (например -

, , -, , , ), разработав специальную систему цветов

для повышения точности измерений в требуемой области локуса. Использование восьми светодиодов с одним приемником не дало

приемлемого результата, так как их спектральные кривые широки, чтобы

методом. Системы цветов для каждой части локуса значительно

отличаются от стандартизованной системы, в которую нроизводится

пересчет, и погрешность после второго более точного пересчета остается

все же значительной. Для реализации спектрофотометрического метода

необходимо использовать как минимум 16 узкополосных светодиодов, равномерно распределенных по спектру, как это было реализовано в

некоторых фильтровых колориметрах с интерференционными

спектральный состав образца, и, на этих данных, рассчитать координаты

цветности в требуемой системе. Для сравнения с мировыми аналогами результаты испытания макета

со схемой, предложенной в первом способе, были пересчитаны в систему

цветов LAB. В настоящее время именно в этой системе наиболее часто

приводят основную погрешность практически любого колориметра. При

этом измерения обычно проводятся на комплекте из 12-13 образцовых

стекол. Например, для компактного денситометра фирмы X-Rite,

измеряющего координаты цветности, приводится значение средней

погрешности ДЕ = 0.4. В предложенном макете погрешность измерений

координат цветности оказалась АЕ = 0.5, но испытания проводились на

основе 100 спектров пропусканий и отражений. Несмотря на то, что

погрешности приборов примерно равны себестоимость изготовления

разработанного колориметра существенно меньше импортного аналога.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главное достижение исследования состоит в детальном анализе и

проведении испытаний методов измерений координат цветности, а также в

разработке нового типа переносного колориметра,

В ходе диссертационной работы проведены и решены следующие

исследования и задачи:

1. Выполнен обзор и произведены испытания методов определения

координат цветности образцов, работающих на пропускание и

отражение, а также методов измерения координат цветности

источников излучения. Результаты исследования показали, что

пофешность измерений на приборах и установках для определения

координат цветности разных типов, использующихся в качестве

рабочих средств измерений, - примерно одинаковы, но, в зависимости

от типа испытуемого объекта, применение одного прибора

предпочтительнее, чем другого. 2. В результате рассмотрения и испытания методов измерения координат

цветности источников излучения показано, что измерения по

эталонному приемнику на спектрофотометрической установке точнее,

чем при сравнении с известным источником света. 3. Проведен анализ влияния составляющих погрешностей на результат

определения координат цветности на основе измерений на приборах и

предложены способы снижения погрешности измерений. 4. Используя методы уменьшения погрешности, предложен принцип

построения объективного компактного колориметра с произвольным

набором светофильтров, который может применяться в качестве

компаратора цвета или рабочего средства измерений, методика его

калибровки и способ снижения погрешности измерений на основе

метода пересчета.5. Предложен простой и недорогой в реализации макет переносного

колориметра, использующего одновременно достижения

фотоэлектрической и классической визуальной колориметрии и новые

микросхемы для миниатюризации и проведения всех расчетов,

включая алгоритмы снижения погрешности измерений и вывода

результатов. Результаты испытаний показали, что прибор может

применяться в качестве рабочего средства измерения и выпускаться

серийно. Кроме того показано, что принципиальная схема

колориметра легко перестраивается под большинство задач. 6. Предложен вариант импульсного источника D65 на основе

импульсной лампы ИФП со стеклянным светофильтром для

использования в переносных приборах и установках. Испытания

макета показали его соответствие требованиям, высокую

эффективность и возможность применения для разнообразных задач. 7. Произведены сравнительные измерения координат цветности

отражающих образцов при разных геометриях измерений и показано,

что результаты сильно зависят от геометрии измерений даже для

стандартных цветных образцов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Стороженко, Алексей Иванович, 2007 год

1. Вершинский А, Е. Источник D65 для цветовых измерений - Л.: ОМП , 1978, №4, стр. 72.

2. Вершинский А. Е. Относительное спектральное распределение излучения ламны КИМ 9-75 - Л.: ОМП, 1977, № 12, стр. 55.

3. Вершинский А. Е. Оценка точности воспроизведения источника D65 - Л.: ОМП, 1978, №4, стр. 5.

4. ГОСТ 8.205-90 Государственный поверочная схема для средств измерений координат цвета и координат цветности.

5. ГОСТР 12.4.026-2001 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные и знаки безопасности.

6. ГОСТР41.7-99 Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения подфарников, задних габаритных(боковых) огней, стоп-сигналов и контурных огней механическихтранспортных средств (за исключением мотоциклов) и их прицепов.

7. ГОСТР41.20-99 Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения автомобильных фар с ассиметричнымиогнями ближнего света и (или) огнями дальнего света,предназначенными для использования с галогенными лампаминакаливания (лампы П4).

8. ГОСТР41.37-99 Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения ламп накаливания, предназначенных дляиспользования в официально утвержденных огнях механическихтранспортных средств и их прицепов.

9. ГОСТ 6593-76 Краски печатные. Метод определения цвета.

10. ГОСТ 7721-89 Источники света для измерений цвета. Типы. Технические требования. Маркировка.10011. г о с т 8933-58 Нефтепродукты. Метод определения цветафотоэлектроколориметром.

11. ГОСТ 10807-78 Знаки дорожные. Общие технические условия.

12. ГОСТ 11583-74 Материалы полимерные строительные отделочные. Методы определения цветоустойчивости под воздействием света,равномерности окраски и светлоты.

13. ГОСТ 12083-78 Колориметры фотоэлектрические лабораторные. Типы. Основные параметры. Технические требования.

14. ГОСТ 13088-67 Колориметрия. Термины, буквенные обозначения.

15. ГОСТ 14313-69 Колориметры визуальные лабораторные концентрационные. Типы. Основные параметры.

16. ГОСТ 15821-70 Материалы белые нелюминесцирующие. Метод измерения показателя белизны и разнооттеночности.

17. ГОСТ 16873-78 Пигменты и наполнители неорганические.

18. ГОСТ 16872-78 Пигменты неорганические. Методы определения красящей способности.

19. ГОСТ 22133-76 Покрытия лакокрасочные станков, кузнечно- прессовых и литейных машин, инструмента. Требования к внешнемувиду.

20. ГОСТ 23198-94 Лампы газоразрядные. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик.

21. ГОСТ 25695-91 Светофоры дорожные. Типы. Основные параметры.

22. ГОСТ Р 51256-99 Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Типы и основные параметры. Общиетехнические требования.

23. ГОСТ Р 52282-2004 Технические средства организации дорожного движения. Светофоры дорожные. Типы и основные параметры.Общие технические требования. Методы испытаний.101

24. Груздева Н, И., Гуревич М. М., Демкина Л. В. Стеклянные светофильтры для воснроизведения излучения источников В и С - Л.:ОМП, 1977, №2, стр. 3-6.

25. Инструкция И 01-76 Цветовая гамма и контрольные образцы (эталоны) цвета эмалей и красок. Порядок разработки, согласования,утверждения и нормирования - М.: ВНИИТЭ, 1976.

26. Инструкция И 04-80 Инструментальные методы определения цвета декоративных материалов - М.: Отдел оперативной полиграфииВНИИТЭ, 1980,25 с.

27. Курицын А. М., Шляхтер Е. М. Универсальный переносной колориметр НР1КФИ типа ПКГ - М.: типография НР1КФИ, 1981,Вып. 105, стр. 31-44.

28. Лагутин В. И. Оценка погрешности определения координат цветности объектов - М.: Измерительная техника, 1987, N2 2, стр. 27-29.

29. Лакокрасочные материалы. Цветовой ассортимент и его нормирование-М.: ВНИИТЭ, 1978.

30. Луизов А. В. Цвет и свет - Л.: Энергоатомиздат, 1989,256 с.

32. МИ 25-74 Методика поверки образцов цвета - М.: Изд-во стандартов, 1975.

33. МИ 31-75 Методика поверки образцов белой поверхности - М.: Изд- во стандартов, 1975.

34. МИ 34-75 Методика поверки компараторов - М.: Изд-во стандартов, 1976.

35. МИ 141-77 Методика поверки спектрофотометров типа СФ-18 - М.: Изд-во стандартов, 1978.102

36. Порядок разработки, согласования и утверждения эстетически полноценного ассортимента декоративных материалов - М.: ВНИИТЭ,1975.

37. РМГ 29-99 Метрология. Основные термины и определения.

38. РМГ 43-2001 Применение "Руководства по выражению неопределенности измерений".

39. Фотометр постоянных источников света ФПИ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации - Л.: изд-во "ГОИ им. СИ. Вавилова",1979,37 с.

40. ЮстоваЕ. П. Таблицы основных колориметрических величин - М.: Изд-во комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1967.

41. Юстова Е. П. Цветовые измерения (Колориметрия) - СПб.: Издательство СПбГУ, 2000,399 с.

42. Billmeyer F. W., Jr., Marcus R. Т. Effect of illuminating and viewing geometry on the color coordinates of samples with various surface textures- Applied Optics, 1969, №8, pp. 1763-1768.

43. CIE, CIE Publication 15.2, Colorimetry, 3nd ed. - Vienna: Commission International de l"Eclairage (CIE), Central bureau of the CIE, 2004.45. nunt R. W. G. Measuring colour (3rd ed.) - Chichester: Fountain Press,1998,344 р.

44. Mabon T. J. Color measurement of plastics: which geometry is best. - The Regional Technical Conference of the Society of Plastics Engineers,Cherry nill,NJ, 1992.

45. Malacara-nemandez D., Color vision and colorimetry: Theory and applications. - Bellingham: SPIE Optical Engineering press, 2002,176 p.

47. Ohno y . Color issues of white LEDs. - OIDA workshop preliminary report, 2000.103

48. Rich D. The effect of measuring geometry on computer color matching. - Color research and application, 1988, №13, pp. 113-118.

49. RiesH., Leikel., Muschaweck J. Optimized additive mixing of colored light-emitting diode sources. - Optical engineering, 2004, Vol. 43, JST» 7,pp.1531-1536.

50. Ryer A. D. Light measurement handbook. - Newburyport: Technical publications dept. International Light Inc., 1998, 64 p.

51. Shevell S. The science of color (2nd ed.). - Washington: OSA and Elsevier Science, 2003,336 p.

52. Zukauskas A. et al. Optimization of white polychromatic semiconductor lamps. - Applied phys., 2002, №80, p. 234.

53. Zukauskas A., Ivanauskas F., Vaicekauskas R., Shur M. S., Gaska R. Optimization of multichip white solid state source with four or more LEDs.-Proc. SPIE 4445, 2001, pp. 148-155.104

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания.
В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

ЛЕКЦИЯ 4 ЭСТЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЛЕКЦИЯ 4 ЭСТЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства материалов, характеризующие эстетику восстановления. Факторы, влияющие на эстетическое восприятие восстановительного материала. Субъективные и объективные методы оценки эстетических свойств.

В предыдущих разделах были представлены физико-химические и физико-механические свойства стоматологических материалов, которые имеют большое значение для восстановления структур зубочелюстной системы, способных длительное время воспринимать и выдерживать функциональные нагрузки в среде полости рта. Другой важной задачей восстановительной стоматологии является воспроизведение внешнего вида натуральных зубов.

В последние годы эстетика в стоматологии приобрела приоритетное значение. В связи с этим стали активно проводиться научные исследования, изучающие влияние состава и технологии применения материалов на их эстетические показатели.

Врач видит и может сравнивать цвета зуба и эталона расцветки, потому что на эти объекты падает свет от источника освещения (рис. 4.1).

К показателям, которые характеризуют эстетические свойства восстановительных материалов, относят цвет, полупрозрачность, блеск поверхности и флуоресценцию.

Собственный цвет любого предмета или объекта, как присущее ему свойство, представляет собой результат взаимодействия данного объекта со светом от источника освещения. Материал приобретает цвет в результате отражения одной части и поглощения другой части спектра падающего на него света.

Напомним, что свет - форма электромагнитной энергии, которую может воспринимать глаз человека. Глаз воспринимает свет длиной

Рис. 4.1. Схема определения внешнего вида искусственной коронки наблюдателем

волны приблизительно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (темно-красный). Свет в указанном спектральном диапазоне часто называют видимым светом. Комбинация длин волн, содержащаяся в луче света, отраженном от поверхности предмета, определяет то свойство, которое мы называем цвет. Поверхность, которая имеет синий цвет, отражает только синюю часть и поглощает все остальные цвета спектра освещающего ее света. Поверхность белого цвета отражает все длины волн спектра падающего на нее света. Объект черного цвета полностью поглощает весь световой спектр и не отражает ничего.

Полупрозрачность (степень прозрачности) или просвечиваемость зависит от количества света, которое может пропускать предмет. Предметы с высокой прозрачностью кажутся более светлыми. Чем прозрачнее материал, тем больше на его цвет и внешний вид будет влиять фон или подложка. Прозрачность снижается с увеличением степени рассеяния света в материале.

Блеск поверхности - оптическое свойство, придающее поверхности глянцевый зеркальный вид. Неблестящая и глянцевая поверхности отличаются соотношением зеркального и диффузного (рассеянного) отражения света. Блеск можно охарактеризовать количеством зеркально отраженного от поверхности света, который падает на нее в виде пучка параллельных лучей. Для зеркального отражения соблюдается закон: угол падения света равен углу его отражения. Когда луч света, падаю-

щий на поверхность предмета, рассеивается, поверхность воспринимается как матовая, неблестящая или шероховатая. Блеск поверхности уменьшается с увеличением степени рассеивания падающего луча света. Яркий блеск связан с совершенной гладкостью поверхности, которую обычно называют зеркальной.

Флуоресценцией называется излучение или эмиссия предметом света длиной волны, отличающейся от длины волны света, падающего или освещающего данный предмет. Флуоресцентное излучение прекращается сразу после прекращения освещения способного к флуоресценции предмета. Естественные зубы флуоресцируют в диапазоне голубого света под воздействием ультрафиолетового облучения.

На каждый из показателей эстетики, с точки зрения наблюдателей, таких, как стоматолог, зубной техник и пациент, влияют:

1) освещение и, следовательно, осветитель (источник света);

2) собственные оптические свойства восстановительного материала, которые определяют характер взаимодействия света от осветителя с материалом;

3) восприятие полученного результата наблюдателем. Характеристика источника света чрезвычайно важна при оценке

цвета, потому что интенсивность света на определенных длинах волн оказывает непосредственное влияние на спектр света, отраженного предметом, который рассматривает наблюдатель. Для более четкой характеристики цвета обязательно следует указать, при каком освещении был определен этот цвет. В восстановительной стоматологии лучше применять источники света, которые позволяют создать освещение, близкое к дневному. Именно в таких условиях пломбы и протезы будут выглядеть как при естественном освещении.

Человеческий глаз - самый чувствительный прибор для восприятия цвета и сравнения цветовых различий. Определение цвета с его помощью происходит в результате действия так называемого цветового стимула, получающего информацию от клеток сетчатки глаза (палочек и колбочек). Восприятие цвета индивидуально, сравните, например, восприятие цвета художника и человека с нарушением цветового зрения. Встречается такое нарушение зрительного восприятия, как цветовая слепота - неспособность различать цвета.

Для объективной оценки цвета, а также других эстетических характеристик восстановительных материалов необходимо использовать стандартные условия наблюдения и аппаратурные методы измерений

с помощью спектрофотометров и колориметров. Эти приборы должны выдавать результаты наблюдений или измерений цвета в понятной универсальной форме, не зависящей от вида и конструкции прибора. Для этой цели предложены несколько систем измерения цвета. Рассмотрим некоторые из них, наиболее интересные для применения в восстановительной стоматологии.

Цветовая система Манселла (Munsell) включает три координаты:

Цвет - основная характеристика, определяющая наблюдаемый цвет предмета, связанный со спектром света, отраженного предметом;

Светлота - характеризует цвет как светлый или темный, если этот показатель имеет невысокое значение, восстановленный зуб кажется серым и неживым;

Насыщенность - мера интенсивности (насыщенности) цвета. Например, если приготовить водный раствор метиленового синего концентрацией 0,1%, то насыщенность цвета раствора будет меньше, чем у раствора того же красителя концентрацией 1%.

Цветовая система X, Y, Z основана на спектральных характеристиках, выражающих величину коэффициента отражения на определенной длине волны. В ее основе физические, оптические характеристики цвета, но она не очень удобна для практического использования в оценке цвета стоматологических материалов.

Цветовая система CIE I*a*b* также включает определение спектра отраженного от предмета света и величину коэффициента отражения в системе X, Y, Z. Из полученных физических параметров X, Y, Z рассчитываются более удобные величины L*, a*, b*. Преимущество данной системы в том, что ее можно представить в виде трехмерного цветового пространства, хорошо согласующегося с визуальным восприятием цветов, а единицы измерения каждого цвета просты для понимания (рис. 4.2).

Чтобы определить цвета натуральных зубов и подобрать восстановительный материал, близкий по цвету и общей эстетической характеристике, в стоматологической клинической практике применяют стандартные шкалы цветов. Их называют стандартными или эталонными расцветками зубов. Эти расцветки должны охватывать цветовое пространство, соответствующее всем возможным оттенкам натуральных зу-

Рис. 4.2. Система измерения цвета CIE L*a*b* в виде трехмерного цветового пространства

бов. Хотя в сфере цветового пространства, охваченного системой CIE L*a*b*, область цветовых оттенков (см. рис. 4.2), соответствующая цветам зубов, очень невелика, стоматологические расцветки должны логичным образом разделять это пространство на ряд цветов. Образцы расцветок следует выполнять с учетом природы восстановительного материала, для которого они предназначены.

методы измерения и количественного выражения цвета. Вместе с различными способами математического описания цвета Ц. и. составляют предмет колориметрии. В результате Ц. и. определяются 3 числа, т. н. цветовые координаты (ЦК), полностью определяющие цвет (при некоторых строго стандартизованных условиях его рассматривания).

Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определённых количеств 3 линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов. Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называют основными цветами (См. Основные цвета); они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). Тогда 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть ЦК данного цвета.

Экспериментальные результаты, которые кладут в основу разработки колориметрической ЦКС, получают при усреднении данных наблюдений (в строго определённых условиях) большим числом наблюдателей; поэтому они не отражают точно свойств цветового зрения (См. Цветовое зрение) какого-либо конкретного наблюдателя, а относятся к т. н. среднему стандартному колориметрическому наблюдателю.

Будучи отнесены к стандартному наблюдателю в определённых неизменных условиях, стандартные данные смешения цветов и построенные на них колориметрической ЦКС описывают фактически лишь физический аспект цвета, не учитывая изменения цветовосприятия глаза при изменении условий наблюдения и по др. причинам (см. Цвет).

Когда ЦК какого-либо цвета откладывают по 3 взаимно перпендикулярным координатным осям, этот цвет геометрически представляется точкой в трёхмерном, т. н. цветовом, пространстве или же Вектором, начало которого совпадает с началом координат, а конец - с упомянутой точкой цвета. Точечная и векторная геометрическая трактовки цвета равноценны и обе используются при описании цветов. Точки, представляющие все реальные цвета, заполняют некоторую область цветового пространства. Но математически все точки пространства равноправны, поэтому можно условно считать, что и точки вне области реальных цветов представляют некоторые цвета. Такое расширение толкования цвета как математического объекта приводит к понятию т. н. нереальных цветов, которые невозможно как-либо реализовать практически. Тем не менее с этими цветами можно производить математические операции так же, как и с реальными цветами, что оказывается чрезвычайно удобным в колориметрии. Соотношение между основными цветами в ЦКС выбирают так, что их количества, дающие в смеси некоторый исходный цвет (чаще всего белый), принимают равными 1.

Своего рода «качество» цвета, не зависящее от абсолютной величины цветового вектора и называется его цветностью, геометрически удобно характеризовать в двумерном пространстве - на «единичной» плоскости цветового пространства, проходящей через 3 единичные точки координатных осей (осей основных цветов). Линии пересечения единичной плоскости с координатными плоскостями образуют на ней равносторонний треугольник, в вершинах которого находятся единичные значения основных цветов. Этот треугольник часто называют треугольником Максвелла. Цветность какого-либо цвета определяется не 3 его ЦК, а соотношением между ними, т. е. положением в цветовом пространстве прямой, проведённой из начала координат через точку данного цвета. Другими словами, цветность определяется только направлением, а не абсолютной величиной цветового вектора, и, следовательно, её можно характеризовать положением точки пересечения этого вектора (либо указанной прямой) с единичной плоскостью. Вместо треугольника Максвелла часто используют цветовой треугольник более удобной формы - прямоугольный и равнобедренный. Положение точки цветности в нём определяется двумя координатами цветности, каждая из которых равна частному от деления одной из ЦК на сумму всех 3 ЦК. Двух координат цветности достаточно, т.к. по определению сумма её 3 координат равна 1. Точка цветности исходного (опорного) цвета, для которой 3 цветовые координаты равны между собой (каждая равна 1 / 3), находится в центре тяжести цветового треугольника.

Представление цвета с помощью ЦКС должно отражать свойства цветового зрения человека. Поэтому предполагается, что в основе всех ЦКС лежит т. н. физиологическая ЦКС. Эта система определяется 3 функциями спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) 3 различных видов приёмников света (См. Приёмники света) (т. н. колбочек), которые имеются в сетчатке (См. Сетчатка) глаза человека и, согласно наиболее употребительной трёхцветной теории цветового зрения, ответственны за человеческое цветовосприятие. Реакции этих 3 приёмников на излучение считаются ЦК в физиологической ЦКС, но функции спектральной чувствительности глаза не удаётся установить прямыми измерениями. Их определяют косвенным путём и не используют непосредственно в качестве основы построения колориметрических систем.

Свойства цветового зрения учитываются в колориметрии по результатам экспериментов со смешением цветов. В таких экспериментах выполняется зрительное уравнивание чистых спектральных цветов (т. е. цветов, соответствующих монохроматическому свету (См. Монохроматический свет) с различными длинами волн) со смесями 3 основных цветов. Оба цвета наблюдают рядом на 2 половинках фотометрического поля сравнения. По достижении уравнивания измеряются количества 3 основных цветов и их отношения к принимаемым за 1 количествам основных цветов в смеси, уравнивающей выбранный опорный белый цвет. Полученные величины будут ЦК уравниваемого цвета в ЦКС, определяемой основными цветами прибора и выбранным опорным белым цветом. Если единичные количества красного, зелёного и синего основных цветов обозначить как (К), (З), (С), а их количества в смеси (ЦК) - К, З, С, то результат уравнивания можно записать в виде цветового уравнения: Ц* = К (К) + З (З) + С (С). Описанная процедура не позволяет уравнять большинство чистых спектральных цветов со смесями 3 основных цветов прибора. В таких случаях некоторое количество одного из основных цветов (или даже двух) добавляют к уравниваемому цвету. Цвет получаемой смеси уравнивают со смесью оставшихся 2 основных цветов прибора (или с одним). В цветовом уравнении это учитывают переносом соответствующего члена из левой части в правую. Так, если в поле измеряемого цвета был добавлен красный цвет, то Ц* = - К (К) + З (З) + С (С). При допущении отрицательных значений ЦК уже все спектральные цвета можно выразить через выбранную тройку основных цветов. При усреднении результатов подобной процедуры для нескольких наблюдателей были получены значения количеств 3 определённых цветов, требующиеся в смесях, зрительно неотличимых от чистых спектральных цветов, которые соответствуют монохроматическим излучениям одинаковой интенсивности. При графическом построении зависимостей количеств основных цветов от длины волны получаются функции длины волны, называемые кривыми сложения цветов или просто кривыми сложения.

Кривые сложения играют в колориметрии большую роль. По ним можно рассчитать количества основных цветов, требуемые для получения смеси, зрительно неотличимой от цвета излучения сложного спектрального состава, т. е. ЦК такого цвета в ЦКС, определяемой данными кривыми сложения. Для этого цвет сложного излучения представляют в виде суммы чистых спектральных цветов, соответствующих его монохроматическим составляющим (с учётом их интенсивности). Возможность подобного представления основана на одном из опытно установленных законов смешения цветов, согласно которому ЦК цвета смеси равны суммам соответствующих координат смешиваемых цветов. Т. о., кривые сложения характеризуют реакции на излучение 3 разных приёмников излучения. Очевидно, что функции спектральной чувствительности 3 типов приёмников в сетчатке глаза человека представляют собой кривые сложения в физиологической ЦКС. Каждой из бесконечно большого числа возможных ЦКС соответствует своя группа из 3 кривых сложения, причём все группы кривых сложения связаны между собой линейными соотношениями. Следовательно, кривые сложения любой из всех 1 возможных ЦКС можно считать линейными комбинациями (см. Линейная зависимость) функций спектральной чувствительности 3 типов приёмников человеческого глаза.

Фактически основой всех ЦКС является система, кривые сложения которой были определены экспериментально описанным выше способом. Её основными цветами являются чистые спектральные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям с длинами волн 700,0 (красный), 546,1 (зелёный) и 435,8 нм (синий). Исходная (опорная) цветность - цветность равноэнергетического белого цвета Е (т. е. цвета излучения с равномерным распределением интенсивности по всему видимому спектру). Кривые сложения этой системы, принятой Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 и известной под название международной колориметрической системы МКО RGB (от англ., нем. red, rot - красный, green, grun - зелёный, blue, blau - синий, голубой), показаны на рис. 1 .

Кривые сложения системы МКО RGB имеют отрицательные участки (отрицательные количества основных цветов) для некоторых спектральных цветов, что неудобно при расчётах. Поэтому наряду с системой RGB МКО в 1931 приняла др. ЦКС, систему XYZ, в которой отсутствовали недостатки системы RGB и которая дала ряд др. возможностей упрощения расчётов. Основными цветами (X ), (Y ), (Z ) системы XYZ являются нереальные цвета, выбранные так, что кривые сложения этой системы (рис. 2 ) не имеют отрицательных участков, а координата Y равна яркости (См. Яркость) наблюдаемого окрашенного объекта, т.к. кривая сложения у совпадает с функцией относительной спектральной световой эффективности (См. Спектральная световая эффективность) стандартного наблюдателя МКО для дневного зрения. На рис. 3 показан график цветностей (цветовой треугольник) х, у системы XYZ . На нём приведены линия спектральных цветностей, линия пурпурных цветностей, цветовой треугольник (R ) (G ) (В ) системы МКО RGB, линия цветностей излучения абсолютно чёрного тела и точки цветностей стандартных источников освещения МКО А, В, С и D. Цветность равноэнергетического белого цвета Е (опорная цветность системы XYZ) находится в центре тяжести цветового треугольника системы XYZ. Эта система получила всеобщее распространение и широко используется в колориметрии. Но она не отражает цветоразличительных свойств глаза, т. е. одинаковые расстояния на графике цветностей х, у в различных его частях не соответствуют одинаковому зрительному различию между соответствующими цветами при одинаковой яркости (см. Цветовой контраст).

Создать полностью зрительно однородное цветовое пространство до сих пор не удаётся. В основном это связано с нелинейным характером зависимости зрительного восприятия от интенсивности возбуждения цветочувствительных фоторецепторов (См. Фоторецепторы) (приёмников света в сетчатке глаза). Предложено много эмпирических формул для подсчёта числа цветовых различий (порогов цветоразличения) между разными цветами. Более ограниченная задача - создание зрительно однородного графика цветностей - приблизительно решена. МКО в 1960 рекомендовала такой график u, v, полученный в 1937 Д. Л. Мак-Адамом путём видоизменения графика, предложенного Д. Б. Джаддом (оба - США) на основании многочисленных экспериментальных данных. Для подсчёта числа порогов цветоразличения ΔE между разными цветами в настоящее время (1970-е гг.) по временной рекомендации МКО используется эмпирическая формула Г. Вышецкого:

Описание, приведённое выше, показывает, что цель процесса измерения цвета - определение его ЦК в некоторой ЦКС. Чаще всего это - стандартная колориметрическая система МКО XYZ.

Когда цвет (при объективных Ц. и. всегда имеется в виду цвет окрашенного предмета или источника света (См. Источники света)) представлен спектральным распределением излучения (испускаемого источником, либо отражённого или пропущенного предметом), то для нахождения его ЦК нужно использовать кривые сложения как взвешивающие функции, оценивающие это излучение. Такая оценка может выполняться двумя путями.

Первый путь (т. н. спектрофотометрический метод Ц. и.) состоит в измерении спектрального распределения энергии излучения и последующем расчёте ЦК при перемножении найденной функции спектрального распределения на 3 функции сложения и интегрировании произведений. Если Е (λ) - функция спектрального распределения источника, ρ(λ) - функция спектрального отражения или пропускания предмета, X, Y, Z определяются следующим образом:

(интегрирование проводится в диапазоне длин волн видимого излучения - от 380 до 760 нм ). Практически интегрирование заменяют суммированием через интервал Δλ (от 5 до 10 нм ), т.к. подынтегральные спектральные функции обычно неудобны для интегрирования:

Спектральное распределение излучения и спектральную характеристику отражения (пропускания) измеряют, разлагая свет в спектр, например в Спектрофотометре или Монохроматоре. Кривые сложения задаются в виде таблиц значений удельных координат через 5 или 10 нм. Имеются также таблицы величин Е (λ) и т.д. для стандартных источников света МКО А, В, С, D, представляющих наиболее типичные условия естественного (В, С и D ) и искусственного (А ) освещения.

Второй путь Ц. и. на основе кривых сложения - это анализ излучения с помощью 3 приёмников света (См. Приёмники света), характеристики спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) которых совпадают с кривыми сложения. Каждый такой светоэлектрический преобразователь выполняет действия перемножения 2 спектральных функций и интегрирования произведений, в результате чего на его выходе электрический сигнал равен (при соответствующей калибровке прибора) одной из ЦК. Подобные цветоизмерительные приборы называются фотоэлектрическими (или объективными) колориметрами. Они оценивают результирующее излучение, учитывая как избирательное отражение (или пропускание) несамосветящихся предметов, так и освещение, т. е. прибор «видит» то, что видит глаз. Основной трудностью при изготовлении фотоэлектрических колориметров является достаточно точное «формирование» кривых сложения, для чего обычно подбирают соответствующие Светофильтры. Если прибор предназначен для работы с кривыми сложения x̅, , то наиболее трудно сформировать двугорбую кривую x̅ (рис. 2 ). Обычно каждая из её ветвей формируется отдельно; тогда прибор содержит 4 канала (светофильтра). Иногда в колориметрах используют др. ЦКС, все кривые сложения в которой одногорбые. Один из каналов колориметра одновременно может служить Яркомером. Часто в таких приборах предусматривается расчёт координат цветности. Максимальная точность Ц. и. фотоэлектрическими колориметрами по цветности в координатах х, у составляет от 0,002 до 0,005.

Другой принципиальной возможностью Ц. и. является прямое определение ЦК.

Естественно, что это возможно не всегда, т.к. в общем случае цветовые ощущения возбуждает световое излучение произвольного спектрального состава, а ЦК физически не существует. Прямое измерение ЦК возможно в трёхцветных аддитивных устройствах создания цвета, используемых, например, для воспроизведения цветных изображений. Основные цвета такого устройства определяют ЦКС, и их количества в смеси, дающей некоторый цвет, и есть ЦК этого цвета в ЦКС устройства. Пример такого устройства - трёхцветный Кинескоп, в котором раздельное управление свечениями 3 люминофоров (См. Люминофоры) обеспечивает получение всего множества цветов, цветности которых заключены в пределах цветового треугольника, определяемого основными цветами кинескопа (цветностями свечений люминофоров, см. Цветное телевидение). Для непосредственного измерения количеств 3 основных цветов в цвете смеси, воспроизводимом на экране кинескопа, т. е. ЦК в ЦКС кинескопа, можно использовать фотоэлектрический приёмник излучения с произвольной спектральной чувствительностью, лишь бы она не выходила за пределы видимого спектра. Измерительным прибором, подключенным к такому приёмнику, достаточно поочерёдно замерить интенсивности свечения отдельных люминофоров кинескопа. (При измерении интенсивности свечения красного люминофора «отключаются» лучи, возбуждающие зелёный и синий цвета, и т.д.) Калибровка подобного прибора состоит в снятии его показаний при поочерёдном измерении интенсивностей свечения 3 люминофоров после установки на экране опорного белого цвета, т. е. цвета с опорной цветностью ЦКС кинескопа и максимальной яркостью. В дальнейшем при измерениях разных цветов показания прибора делятся на показания для соответствующих основных цветов при опорном белом цвете. Результаты такого деления и будут ЦК в ЦКС кинескопа. Опорный белый цвет при калибровке устанавливается как можно более точно с помощью др. приборов (спектрофотометра, фотоэлектрического колориметра) или визуально по специальному эталону белого цвета. Точность установки опорного белого цвета при калибровке определяет точность последующих Ц. и. Получить значения ЦК в др. ЦКС (например, международных) можно, пересчитав показания прибора по формулам преобразования ЦК. Для вывода пересчётных формул нужно знать координаты цветности опорного белого цвета и основных цветов данного кинескопа, которые измеряют каким-либо др. методом. Большое преимущество такого непосредственного измерения ЦК по сравнению с Ц. и. при помощи фотоэлектрического колориметра заключается в отсутствии необходимости формировать определённые кривые спектральной чувствительности фотоприёмника. Ц. и. по описанному способу можно выполнять и по полному цвету свечения экрана, без отключения лучей, возбуждающих отдельные люминофоры. В этом случае в приборе должно быть 3 светофильтра с произвольными, но различающимися спектральными характеристиками. В таком приборе каждый отсчёт представляет собой сумму 3 отсчётов однофильтрового прибора для всех 3 отдельных цветных свечений. Чтобы получить значения ЦК по 3 отсчётам трёхфильтрового прибора, используют пересчётную матрицу, элементы которой определяются при калибровке прибора. Калибровка состоит в поочерёдных измерениях каждым из каналов прибора каждого из цветных свечений люминофоров в отдельности после установки на экране опорного белого цвета. Указанный пересчёт, а также переход от ЦК в ЦКС кинескопа к международной ЦКС в приборе описываемого типа может производиться автоматически, с помощью специально встроенной электрической схемы. Т. о. можно получать отсчёты прямо в ЦКС кинескопа или в международной ЦКС.

ЦК определяют также при Ц. и. визуальными колориметрами. Наблюдатель, регулируя количества 3 основных цветов такого прибора, добивается зрительного тождества цвета смеси этих цветов и измеряемого цвета. Затем вместо последнего измеряют цвет смеси. А её ЦК есть просто количества основных цветов колориметра, отнесённые к количествам этих же цветов, входящих в смесь, которая даёт опорный белый цвет ЦКС колориметра. Измерить количества основных цветов в визуальном колориметре ещё легче, чем в цветном кинескопе. Достаточно прочесть показания 3 шкал, отградуированных по раскрытию щелей, пропускающих световые потоки соответствующих цветов к полю сравнения. Т. о., при использовании визуальных колориметров измеряется не непосредственно цвет образца, а его метамер - цвет смеси трёх основных цветов колориметра. Процесс зрительного уравнивания двух цветов служит при этом для получения такого метамера цвета образца, ЦК которого можно легко измерить. Достоинством визуального колориметрирования является высокая точность Ц. и. Недостатком - то, что получаемые результаты действительны для конкретного (выполняющего зрительное уравнивание двух цветов), а не для стандартного наблюдателя. Кроме того, этим методом трудно измерять цвета не отдельных образцов, а предметов.

Принцип зрительного сравнения измеряемого цвета с цветом, ЦК которого известны или могут быть легко измерены, используется также при Ц. и. с помощью цветовых атласов. Последние представляют собой наборы цветных образцов в виде окрашенных бумаг, которые систематизированы в определённом порядке. При сравнении с измеряемым цветом подбирается образец из атласа, наиболее близкий к нему. Измеренный цвет получает наименование этого образца в соответствии с принятой в данном атласе системой обозначений. Для выражения его в международной ЦКС все образцы атласа заранее измеряются в этой системе при определённом освещении. Измеряемые цвета желательно наблюдать при том же освещении. Цветовые атласы позволяют измерять цвета предметов, а не только специальных образцов, но дискретность набора цветов в атласе снижает точность измерений, которая дополнительно понижается из-за того, что условия зрительного сравнения здесь хуже, чем при визуальном колориметрировании. В СССР используют цветовые атласы Рабкина и ВНИИМ, в США широкое распространение получили измерения по атласу Манселла (Мензелла). Ц. и. с помощью цветовых атласов являются прикидочными и могут с успехом производиться там, где большая точность не нужна или где неудобно применять др. методы.

Выражение цвета в определённой ЦКС, т. е. при задании его ЦК (или яркости и координат цветности), универсально и наиболее употребительно. Но прибегают и к др. способам количественного выражения цвета. Примером может служить только что описанное выражение цвета в системе какого-либо цветового атласа. Ещё один такой способ - выражение цвета через его яркость, преобладающую длину волны и колориметрическую чистоту цвета. (Последние два параметра характеризуют цветность.) Достоинство этого способа заключается в близком соответствии 3 перечисленных параметров цвета привычным субъективным его характеристикам (см. Цвет) - соответственно светлоте, цветовому тону и насыщенности.

Было бы очень удобно характеризовать цветность одним числом. Но её двумерность требует для её выражения в общем случае двух чисел. Лишь для некоторых совокупностей цветностей (линий на графике цветностей) можно использовать одномерное выражение. Первая такая совокупность - чистые спектральные цвета и чистые пурпурные цвета, цветности которых определяются значениями преобладающей длины волны. Второй совокупностью, для которой возможно одномерное выражение, являются цветности излучения абсолютно чёрного тела (См. Абсолютно чёрное тело), используемые для характеристики источников освещения с цветностями свечения, близкими к цветности белого цвета. Величина, определяющая положение точки на линии цветностей излучения чёрного тела (и цветности упомянутых источников), - Цветовая температура, т. е. температура в градусах Кельвина абсолютно чёрного тела, при которой оно имеет данную цветность.

Лит.: Гуревич М. М., Цвет и его измерение, М. - Л., 1950; Кривошеев М. И., Кустарев А. К., Световые измерения в телевидении, М., 1973; Нюберг Н. Д., Измерение цвета и цветовые стандарты, М., 1933; Wright W. D., The measurement of colour, 3 ed., L., 1964; Wyszecky G., Stiles W. S., Color science, N. Y., 1967.

А. К. Кустарёв.

Предназначаются для определения параметров траекторий летательного аппарата - координат, вектора скорости, углового положения в пространстве и др. Для В. и. используются...

Энциклопедия техники

- см. ЕДИНИЦЫ МЕР и ВЕСОВ...

Научно-технический энциклопедический словарь

- color mutants - ...

Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь

- высокоточные астр. и геод. измерения, выполняемые для определения размеров Земли. Длины дуг меридианов и параллелей измеряют геод. методами, а геогр...

Естествознание. Энциклопедический словарь

- "... - измерения, проводимые в процессе топографо-геодезических работ..."