recibidas por la oficina Internacional el 14 de mayo de 2016 (14.05.2016)

REIVINDICACIONES

Habiendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes

cláusulas:

1 . Un dispositivo para el monitoreo de color en fluidos, caracterizado porque comprende:

· Una sonda (2) acoplada a una videocámara CCD a color que cuenta con un enroscado (12) o algún otro medio para su acoplamiento con dicha sonda (2) y se usa para capturar imágenes (4) de una muestra de fluido y a partir de estas, obtener los valores RGB de cada pixel. Dicha sonda (2) está constituida de dos partes principales, el cuerpo (17) y la punta (18). Esta última se ajusta perfectamente al cuerpo (17) y permite aislar el interior (21 ) de la sonda del medio exterior mediante el uso de una primera ventana de zafiro (23). El acoplamiento entre el cuerpo (17) y la punta (18) de la sonda puede ser mediante un roscado (19) y un empaque (20). La punta (18) constituye también un medio para la reducción de la velocidad de flujo de la muestra (5) que circula por el canal (10) frente a la cara externa de la primera ventana de zafiro (23).

• Un sistema de iluminación a contraluz (15) que se encuentra alojado en la punta (18), puede estar constituido por uno o más LEDs de luz blanca de alta luminosidad o por varios LEDs de diferentes colores. Adicionalmente cuenta con una segunda ventana (24) de zafiro o de cualquier otro material traslucido y resistente al medio en el que se usará el colorímetro. Para obtener iluminación de tipo difusa, la segunda ventana (24) puede ser de un material translúcido de color blanco y difusor de luz como por ejemplo de poliamida (nylon). Y si la segunda ventana (24) es de zafiro, se puede colocar, entre esta y los LEDs, un material difusor de luz (25) que puede ser teflón o poliamida (nylon) para obtener la iluminación difusa.

• Un sistema de iluminación frontal (14) que se encuentra dentro del cuerpo de la sonda (17), entre el sistema óptico (13) y la primer ventana de zafiro (23), cuya fuente de luz se basa en LEDs preferentemente de alta luminosidad, montados sobre la base (29) que puede ser de teflón o poliamida, lo que hace que la iluminación sea difusa. La base (29) también presenta una perforación en su centro (31 ) para que la luz proveniente de la muestra (5) pase hasta el sensor de la videocámara (26) y se forme la imagen. Las bases cilindricas (28 y 29) del sistema óptico y de iluminación frontal llevan un desbaste (32 y 33) en sus caras externas a todo lo largo de las mismas, por donde pasará el cableado de las fuentes de iluminación.

• Un módulo para el monitoreo del color de fluidos a partir de los valores RGB obtenidos por las imágenes capturadas por la videocámara CCD a color, el cual permite determinar las componentes de color CIELAB (L^*, a^* y b^*; conforme a la Comisión Internacional de la Iluminación, CIE) a partir de la luz que recibe proveniente de la muestra (5). Dicho módulo, en conjunto con la videocámara (3) pueden estar provistos de una interfaz USB para la transmisión de datos entre ambos o de un sistema de comunicación inalámbrica.

2. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque la sonda (2) se introduce al interior del proceso o sistema a monitorear (1 ) para que esté en contacto directo con el fluido (7). Esto se hace a través de un puerto de entrada al sistema (8), utilizando un sistema de sujeción (9), el cual permite colocar la sonda a la altura deseada; el fluido (7) a monitorear se hace circular a través de un canal estrecho (10) que reduce su velocidad al pasar frente a la sonda, con el fin de obtener imágenes nítidas.

3. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque la videocámara CCD de color (3), es preferentemente de alta velocidad para adquirir imágenes nítidas de escenas en movimiento.

4. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque al interior de la sonda se alojan los sistemas óptico (13), de iluminación frontal (constituido esencialmente por una fuente de luz (14) montada sobre una base (29), y el sistema de iluminación a contraluz (15)).

5. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque la carcasa (1 1 ) protege a la videocámara (3), da soporte firme al acoplamiento entre la videocámara (3) y la sonda (2), y aloja la circuitería electrónica (16) para el control de la iluminación. 32

6. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 y 4, caracterizado porque dentro del cuerpo de la sonda (17) se ubica el sistema óptico (13) que tiene como función enfocar el plano (escena) de la muestra que se encuentra justo en la cara externa de la primera ventana de zafiro (23) y proyectar la imagen sobre el sensor (26) de la videocámara CCD de color (3). El sistema óptico (13) puede estar constituido por una sola lente biconvexa, o por un sistema de lentes, montada sobre una base (28). La cara interna (27) de la sección del cuerpo de la sonda (17) que va desde el sistema óptico (13) hasta la videocámara (3) debe ir recubierta con un material negro mate con superficie rugosa, como por ejemplo, etilvinilacetato (EVA). Si el espesor del tubo lo permite, en lugar del recubrimiento con superficie rugosa, a la cara interna se le puede hacer una cuerda y posteriormente cubrir con pintura negro mate.

7. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 y 4, caracterizado porque la longitud de la sonda (2) es fija y debe estar acorde con el sistema óptico (13) para que permita proyectar sobre la superficie del sensor (26) de la videocámara CCD el área deseada que se encuentra justo sobre la cara exterior de la primera ventana de zafiro (23).

8. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque frente al sensor de la videocámara (26) se coloca un filtro infrarrojo (IR) (34) que previene el paso de ruido térmico hacia el sensor.

9. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque el diseño preferido para la punta de la sonda (18), cuyo cuerpo está constituido por un reductor de velocidad (35a) y una cubierta para el sistema de iluminación a contraluz (35b) que forman un receptáculo que permite tener un sellado hermético, impidiendo que el material a monitorear penetre en la sonda. Asimismo, el diseño permite tener acceso al interior del cuerpo de la sonda (17) y a los elementos que contiene, así como también permite el alojamiento del sistema de iluminación a contraluz (15) en la cavidad (36). El reductor de velocidad (35a) se fija al cuerpo de la sonda (17) mediante un acoplamiento que se puede efectuar usando un roscado (19) y un empaque (20). La cubierta del sistema de iluminación a contraluz (35b) se puede acoplar al reductor de velocidad (35a) igualmente mediante un roscado (37) y un empaque (38). En el reductor de velocidad (35a) se colocan el difusor de luz (25) y las ventanas de zafiro (23 y 24) que sirven para impedir cualquier fuga hacia el interior de la sonda (17) y a la cavidad (36), donde se encuentra el sistema de iluminación a contraluz (15). Con el mismo objetivo de mantener herméticamente sellados el interior de la sonda (17) y la cavidad (36), se colocan los empaques (20 y 38). El canal (39) permite el paso del cable de alimentación para la fuente de iluminación a contraluz (15).

10. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema de iluminación frontal (14) está constituido esencialmente por LEDs montados sobre la base (29), y la superficie de la muestra (5), así como su arreglo físico y la base (29) puede ser cilindrica con múltiples perforaciones (30) en donde se insertan dichos LEDs (40) de luz blanca, o de colores, preferentemente de alta luminosidad. Las perforaciones para sostener los LEDs se ubican en la periferia, en un arreglo circular, de manera que queda un orificio (31 ) en el centro de la base (29), el cual permite el paso de la luz que proviene de la superficie correspondiente a la muestra (5) (luz primaria) y que llega directamente hasta el sistema óptico (13) primero, y después hasta el sensor de la videocámara (26) para formar la imagen.

1 1 . El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 y 10, caracterizado porque el orificio de la base que sostiene los LEDs (31 ) puede ser cilindrico o cónico y su diámetro puede ajustarse de acuerdo al tamaño de los LEDs siempre que deje pasar la mayor parte o la totalidad de la luz primaria; además, la longitud de la base (29) y su ubicación dentro de la sonda puede adecuarse para que permita el paso de la luz primaria.

12. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 y 10, caracterizado porque el número máximo de LEDs que se colocarán en la base (29) estará limitado por el espacio disponible y el tamaño de éstos.

13. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 , 10 y 12, caracterizado porque para una aplicación específica se pueden colocar los LEDs necesarios o si se desea tener flexibilidad para medir el color de diferentes tipos de muestras, se pueden colocar el número máximo de LEDs y controlar su intensidad, en donde, el número de LEDs que se encenderán simultáneamente y la intensidad luminosa con la que encenderán deberá estar en función de las propiedades ópticas de 34

los materiales que se deseen monitorear (opacidad y/o reflectancia de las muestras).

14. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque en los sistemas de control de la iluminación frontal (14) y a contraluz (15), la intensidad de luz que emitirá cada LED (531 - 53n) se consigue ajustando la cantidad de corriente que circulará a través de cada uno de ellos mediante los circuitos de control de corriente (52 - 52_n), pudiendo ir desde cero (apagado) hasta su corriente nominal (máxima luminosidad permitida para el LED) en uso continuo. El control de los sistemas de iluminación puede ser efectuado desde el CPU (51 ) mediante software, o también puede implementarse mediante hardware, de manera que la intensidad luminosa sea adecuada según la muestra a monitorear.

15. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 , 10, y 14, caracterizado porque es posible colocar LEDs de diferentes colores con lo cual se puede aproximar el espectro de emisión de alguno de los estándares establecidos para la medición de color.

16. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 y 10, caracterizado porque para obtener una iluminación direccional se debe cubrir la base (29) con una pintura color negro mate, preferentemente con un acabado rugoso.

17. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque es capaz de determinar la distribución del color (pixel por pixel) de un área predeterminada del fluido muestreado in-situ y en tiempo real, usando el estándar de color CIELAB.

18. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque es capaz de monitorear de manera puntual o distribuida sobre el área de muestreo, el color de muestras líquidas, opacas o translúcidas, en tiempo real, in situ, en línea, de manera automática y bajo los estándares de color CIELAB.

19. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque la muestra es un fluido que puede ser opaco o translúcido.

20. El dispositivo para el monitoreo de color de fluidos, conforme a las reivindicaciones 1 y 18, caracterizado porque la videocámara CCD permite monitorear el color de muestras ya sea como un promedio del color de la 35 muestra (puntual) o como la distribución del color en un área determinada de la muestra.

Un método para el monitoreo de color de fluidos conforme a la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

• Primero, se ajusta el nivel de iluminación y el tiempo de obturación.

• Posteriormente para iniciar el monitoreo, el CPU (51 ) de la etapa de control y procesamiento de datos (71 ) envía al CPU (80) de la videocámara (3) los parámetros de configuración requeridos por la videocámara (3). Los parámetros de configuración pueden estar almacenados en la EEPROM (73) o pueden ser introducidos y/o modificados por el usuario a través de la interfaz (75).

• Una vez que el CPU (80) ha recibido los parámetros de configuración, se inicia la adquisición continua de imágenes (4). El sensor CCD (26), constituido por una matriz de sensores que convierten la luz incidente en señales eléctricas, integra las componentes de color RGB correspondientes a los pixeles de la imagen (4). El bloque A/D (82) convierte dichas señales a formato digital, que posteriormente son almacenadas temporalmente en el buffer (81 ) de la videocámara CCD (3). Las componentes de color de la imagen permanecen almacenadas en el Buffer (81 ) hasta que sea sustituida por una nueva imagen.

• Inmediatamente después de que el CPU (51 ) ha enviado los parámetros de configuración al CPU (80), el CPU (51 ) entra en modo de espera hasta recibir una señal de inicio de operación: inicio de conversión de componentes de color RGB a L^*a^*b^* (Sí en el paso P3). Esta señal puede ser generada ya sea de forma automática por el mismo CPU (51 ), inmediatamente después de que la primera imagen ha sido almacenada en el Buffer (81 ), o por medio del interruptor de inicio (72).

• Tan pronto como la señal de inicio de operación es generada, ésta es detectada por el CPU (51 ). Posteriormente, las componentes RGB de la imagen (4) que se encuentran almacenadas en el Buffer (81 ) son transmitidas a la RAM (74) de la etapa de control y procesamiento de datos (71 ). En seguida, el CPU (51 ) calcula los valores promedio Rp, Gp y Bp de cada banda de color R, G y B para los N pixeles que constituyen la imagen (4). Para este cálculo, se toman en cuenta los valores Ri, Gi y Bi 36

de cada pixel i que constituye la imagen (4) almacenada en la RAM (74), usando las siguientes ecuaciones:

R¡

N

G¡

N

∑ÍÍ! B¡

• Una vez calculados los valores promedio Rp, Gp y Bp, el CPU (51 ) calcula las componentes de color L^*a^*b^* mediante cualquier método de correlación, preferentemente mediante Redes Neuronales Artificiales (RNA). El resultado es almacenado en la RAM (74) y desplegado a través de la interfaz de usuario (75). Inmediatamente después de que los valores de las componentes de color L^*a^*b^* han sido desplegados a través de la interfaz de usuario (75), un nuevo conjunto de valores RGB son transferidos desde el Buffer (81 ) a la RAM (74), repitiéndose el proceso hasta que el botón de terminación (Fin) del monitoreo (79) es oprimido.

22. Un método para la calibración de la intensidad luminosa y el tiempo de obturación conforme a la reivindicaciones 1 y 21 , caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

• Primero, se coloca un blanco de referencia (de ahora en adelante llamado BR) justo frente a la ventana de zafiro (23). Para monitorear objetos translúcidos utilizando iluminación a contraluz, el BR utilizado durante la calibración puede ser aire y/o agua. Para monitorear objetos opacos utilizando iluminación frontal, el BR utilizado durante la calibración podrá ser cualquier objeto de color blanco; por ejemplo, si se incluyó el difusor de luz (25) con material de color blanco para obtener iluminación difusa, esta puede actuar como BR. La calibración utilizando estos BR permitirá monitorear el color de cualquier muestra clara u obscura. Si el colorímetro se va a utilizar para monitorear solamente muestras muy oscuras (traslucidas u opacas) en donde además se espere poco rango de variación de los parámetros RGB, como BR se puede utilizar la muestra más clara que se espere encontrar durante el monitoreo. Esto permitirá incrementar la sensibilidad del sistema. 37

• Enseguida, se configura la videocámara CCD (3) usando el T₀ más grande posible de acuerdo al número de fps mínimo que requiera la aplicación en particular. A continuación, dejando a T₀ constante, la intensidad de la luz emitida por la fuente (14 o 15) se incrementa gradualmente desde cero. En el caso de los LEDs, el incremento en la intensidad luminosa se consigue incrementando la corriente que circula a través de ellos mediante los circuitos de control de corriente (521 - 52n). Este incremento de la intensidad de la luz se mantiene hasta que la imagen comienza a saturarse; es decir, justo hasta el punto en el que cualquiera de los valores R, G o B alcancen su valor máximo (generalmente 255) en cualquiera de los pixeles de la imagen (4).

23. Un método para correlacionar los valores RGB obtenidos por el sensor de la videocámara, con los valores L^*, a^* y b^* del estándar CIELAB, conforme a las reivindicaciones 1 y 21 , caracterizado por llevarse a cabo de la siguiente manera:

• Para el entrenamiento de la red neuronal primero se introducen a la RNA los conjuntos de datos Rp, Gp y Bp para una serie de muestras de entrenamiento obtenidos con el colorímetro de la invención (valores de la capa de entrada) y los datos L^*, a^* o b^* correspondiente a las mismas muestras medidas con un colorímetro de referencia estándar (valores de la capa de salida). Enseguida, el algoritmo de optimización deberá iterar hasta obtener los valores óptimos de la red (pesos y sesgos b^k¡) para el parámetro de color correspondiente (L^*, a^* o b^*); es decir, hasta que se obtenga la mínima diferencia entre el valor real medido por el colorímetro estándar y el valor calculado por la RNA (error mínimo) para todos los conjuntos de datos Rp, Gp y Bp.

• Una vez concluida la fase de entrenamiento comienza la fase de prueba, durante la que se le pide a la red que responda a estímulos diferentes a los presentados durante la fase de entrenamiento. La red deberá de ser capaz de generalizar y dar respuestas correctas ante patrones de color nuevos. Los valores obtenidos para los pesos y sesgos durante el entrenamiento de las RNAs se almacenan en la EEPROM (73) para ser usados durante el proceso de correlación de datos. Para realizar el entrenamiento de cada una de las 38 tres RNAs se utiliza la misma serie de muestras y se sigue el mismo procedimiento.

• Para realizar la correlación RGB-CIELAB primero se introducen los tres valores de color Rp, Gp y Bp en las neuronas correspondientes de las capas de entrada y en seguida las RNAs calculan los valores de salida L^*a^*b^* mediante las ecuaciones correspondientes que describen las relaciones entrada-salida de las redes neuronales artificiales de acuerdo a las arquitecturas utilizadas. Para el caso de la red perceptrón de tres capas, la salida S^* se calcula mediante las siguientes ecuaciones: a²_j = fa{R + G W²_2j + B W²_3j + b² } con j = 1, 2, . . ., M donde ¿, corresponde a los pesos y b* a los sesgos de la RNA.

24. El módulo para el monitoreo de color de fluidos conforme a las reivindicaciones 21 y 23, caracterizado porque también se puede aplicar a cada pixel i que constituye la imagen monitoreada (4). De esta manera se obtiene la distribución del color (en el estándar CIELAB) sobre la superficie captada por el sensor de la videocámara.