Module 3 สี และ การวัดค่าสี จุดประสงค์ ความสำคัญของสีในอาหาร เข้าใจการวัดค่าสีด้วยระบบต่างๆ คุณสมบัติทางกายภาพของสี การเห็นสีของมนุษย์

สี และ การวัดค่าสี คุณสมบัติเชิงแสง (Optical Properties) เมื่อลำแสงหนึ่งตกลงบนวัตถุหนึ่ง ส่วนหนึ่งจะถูกสะท้อนโดยพื้นผิวของวัตถุนั้น ส่วนที่เหลือจะ ถูกส่งผ่านเข้าไปในวัตถุและอาจถูกสะท้อนกลับไปสู่พื้นผิว โดยปริมาณพลังงานแสงสะท้อน ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัตถุที่รังสีตกกระทบ body reflectance คือ การสะท้อนของตัว หรือการส่งผ่านวัตถุออกไป สำหรับรังสีแสงที่ถูกดูดกลืนจะถูกแปลงให้ เป็นรูปแบบรังสีอื่น เช่น แสงฟลูออเร็สเซ็นต์ Delayed-light emission หมายถึง การเปล่งแสงสว่างล่าช้า หรือแสงสว่างที่ถูกปล่อยจากตัวอย่างหลังจากเอาต้นกำเนิด แสงออกไปแล้ว

ปฏิกิริยา (Interaction) ระหว่างแสงและวัสดุเกษตร วัสดุเกษตรส่วนมากไม่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่ประกอบด้วย ผนังกั้น (Interface) ภายในเล็ก มากมายแสงสว่างที่เข้าไปในวัสดุจะกระจายได้ทุกทิศทาง ดังภาพ ภาพที่ 10.1 แสดงปฏิกิริยาระหว่างแสงสว่างและผลไม้

ปฏิกิริยา (Interaction) ระหว่างแสงและวัสดุเกษตร ( ต่อ ) ภาพที่ 10.2 แสดงตำแหน่งที่สัมพันธ์กันของต้นกำเนิดแสงตัวอย่างและตัวตรวจจับสำหรับการวัดการสะท้อนแสงของลำตัว ภาพที่ 10.3 แสดงตำแหน่งที่สัมพันธ์กันของต้นกำเนิดแสง ตัวอย่างและตัวตรวจจับ สำหรับการวัดแสงสว่างผ่านตัวอย่าง

ปฏิกิริยา (Interaction) ระหว่างแสงและวัสดุเกษตร ( ต่อ ) ภาพที่ 10.4 แสดงตำแหน่งที่สัมพันธ์กันของต้นกำเนิดแสง ตัวอย่างและตัวตรวจจับ สำหรับ การวัดการส่องของแสงสว่างผ่านส่วนหนึ่งๆ ของตัวอย่าง

ความเข้มของแสงสว่างที่จะวัด การกระจายของพลังงานที่ถูกส่งผ่านรอบๆ ผิวของมะเขือเทศจากการส่องสว่างที่ปลายดอกบาน แสดงว่าระดับพลังงานสูงสุดอยู่ใกล้สุดกบต้นกำเนิดแสง และพลังงานลดลงแบบล็อก (Logarithm) กับระยะทางจากต้นกำเนิดแสงสำหรับวัสดุเกษตร-อาหารส่วนมาก การสะท้อนแสงโดยทั่วไปจะสูงกว่าการส่งผ่านและเปล่งรังสีล่าช้ามากในความเข้ม การสะท้อนแสง ในช่วงแสงที่มองเห็นได้และอินฟราเรด มีค่าระหว่าง 1-80 % ของพลังงานแสงตกกระทบ ความเข้มที่สูงสัมพันธ์กัน เป็นการง่ายกว่าที่จะใช้การสะท้อนแสงประเมินคุณภาพ ต้นกำเนิดแสง อาจจะไม่จำเป็นต้องมีความเข้มสูง การเปล่งรังสีล่าช้ามีความเข้มประมาณพอๆ กับการส่งผ่านรังสีในการวัดต้องการตัวตรวจจับที่มี ความไวสูง และต้องอยู่ในห้องมือ (Jacob et al. 1965)

หน่วยของการวัด OD = log10 ( I1 / I2 ) การสะท้อนแสงเป็นสเปคตรัมปกติถูกวัดเพื่อเปรียบเทียบรังสีทั้งหมดที่ถูกสะท้อนจากตัวอย่าง กับการสะท้อน จากพื้นผิวขาวที่ใช้อ้างอิง การสะท้อนแสงจึงถูกอธิบายเป็นเปอร์เซ็นต์ ดังภาพ 10.5 การส่งผ่านรังสีแสงของวัสดุเกษตรปกติอธิบายเป็นหน่วยความหนาแน่นเชิงแสง(Optical density unit,OD) OD = log10 ( I1 / I2 ) I1 = พลังงานแสงตกกระทบ I2 = พลังงานแสงที่ถูกส่งผ่านตัวอย่าง

การวิเคราะห์การวัดเชิงเส้น การตอบสนองเป็นสเปคตรัมของตัวอย่างทางชีววิทยาสามารถหาได้โดยการวัดเอ๊าพุทเป็นรังสี ของตัวอย่างตลอดช่วงของความยาวคลื่นหนึ่งๆ สเปคโตรโฟโตมิเตอร์ที่บันทึกได้ในทางการค้า ใช้วัดการสะท้อนแสงเป็นสเปคตรัมของวัสดุ และการส่งผ่านแสงเป็นสเปคตรัมของวัสดุความ หนาแน่นเชิงแสงต่ำยังไม่มีอุปกรณ์ที่ใช้ได้เชิงการค้า Massie and Norrie “ได้บรรยายเครื่องสเปคโตรโฟโตมิเตอร์สำหรับความหนาแน่นเชิงแสง สูง โดยถูกออกแบบให้เกิดความผิดพลาดน้อยที่สุด อันเกิดจากแสงสว่างหลง (Stray light) ฟลูออเรสเซ็นต์และฟอสฟอเรสเซ็นต์ และแสงที่ผ่านรอบๆ ตัวอย่าง และสามารถอินเตอร์เฟส กับคอมพิวเตอร์สำหรับการบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูลความเร็วสูงได้”

ดัชนีคุณภาพ (Quality Index) เป็นปัจจัยสำคัญในการประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์เกษตรและอาหารโดยวิธีเชิงเส้น โดยดัชนีคุณภาพที่ดีมีคุณลักษณะดังนี้ - ควรจะสัมพันธ์อย่างดีกับปัจจัยคุณภาพที่กำลังถูกประเมิน - ไม่ควรจะได้รับอิทธิพลโดยพารามิเตอร์ทางกายภาพอื่นๆ ของผลิตภัณฑ์ - ควรจะแปรเปลี่ยนกับตัวแปรปรวนของอุปกรณ์เล็กน้อย เช่น ความเข้มแข็ง ของต้นกำเนิด แสงสว่าง ความไวของตัวตรวจจับแสง และการแปรปรวนของการตอบสนองของระบบ Birth “ถ้าความยาวคลื่น 2 อันเข้าใกล้กัน ความแตกต่างของค่าที่อ่านได้ทางสายตา 2 ค่า ที ความยาวคลื่นชิดกันเหมือนกับความลาดเอียงของกราฟสเปคตรัมที่แต่ละความยาวคลื่น”

เทคนิคการวัด วัตถุประสงค์หลักในการวัดเชิงแสงเพื่อที่จะวัดรังสีที่ต้องการ และทิ้งแสงที่ไม่ต้องการไป โดยเลือก ต้นกำเนิดแสง อุปกรณ์ควบคุมความยาวคลื่น และ ตัวตรวจจับ ที่เหมาะสม ต้นกำเนิดแสงเปล่งพลังงานที่เพียงพอออกมาภายในช่วงความยาวคลื่นที่สนใจและความไวของ ตัวตรวจจับสอดคล้องกับช่วงความเข้มและความยาวคลื่นของแสงที่กำลังถูกตรวจจับแสงสว่าง ภายในแถบความยาวคลื่นหนึ่งสามารถถูกแยกออกได้โดยใช้ปริซึมที่กระจายลำแสงเป็นแถบ แสงต่างๆ และใช้แผ่นกั้นแคบๆ (Narrow Slit) เพื่อให้แถบความยาวคลื่นที่ต้องการผ่านไป ส่วนประกอบ 2 ชิ้น ที่ใช้ทั่วไปในการวัดเชิงเส้น คือ - ไฟเบอร์อ๊อฟติค - ลูกล้อตัวสับ (Chopper Wheel)

คุณลักษณะทางกายภาพของสี นิยามสีทางกายภาพ : การกระจายของพลังงานของแสงที่ถูกสะท้อน นิยามสีทางเคมี : การดูดกลืนพลังงานในช่วงรังสีแสงสว่าง สีของวัตถุหนึ่งจะได้รับอิทธิพลโดยการ ดูดกลืนแสงสว่างโดยอนุภาค (Particles) ในวัตถุนั้น สี ลำแสงคลื่น สีแดง 700–770 nm สีสว่าง 380–400 nm สีน้ำเงิน 400–475 nm สีเขียว 500–570 nm สีเหลือง 570–590 nm

พื้นฐานของสรีรวิทยาสี ตาของมนุษย์มีเซลล์ไวต่อการรับรู้ 2 ประเภทในเรติน่า คือ Rods ไวต่อความสว่างและความมืด Cones ไวต่อสีมี Cones อยู่ 3 ชุด การวัดสีโดยสเป็คโตรโฟโตเม็ดตริค ภาพที่ 10.10 สีถูก Plot บนสามเหลี่ยมสีน้ำเงิน แดง เขียว ภาพที่ 10.11 ตำแหน่งที่สัมพันธ์กันในพื้นที่ของตัวกระตุ้น RGB และXYZ (ซ้าย) Co-ordinate GRBสำหรับสามเหลี่ยมมุมฉาก และ(ขวา) Co-ordinate XYZ ถูกพล็อตเป็นสามเหลี่ยมมุมฉาก ภาพที่ 10.12 ความสัมพันธ์ของกราฟผู้สังเกตการณ์มาตรฐานระหว่างการตอบสนองของสายตามมนุษย์ที่นิยามว่าเป็นกราฟผู้สังเกตการณ์มาตรฐาน และสเปคตรัมแสงสว่าง ภาพที่ 10.13 แผนภาพแสดงการสร้างข้อมูล XYZ จากกราฟการสะท้อนแสง และการส่งผ่านแสงแบบสเปคโตรโฟเมตริก ภาพที่ 10.14 แผนภาพสีสเปคตรัมที่พล็อตบนแกน X Y