нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Кольорові вимірювання

   
 

Кольорові вимірювання, методи вимірювання та кількісного вираження кольору. Разом з різними способами математичного опису кольору Ц. і. складають предмет колориметрії. В результаті Ц. і. визначаються 3 числа, т. н. колірні координати (ЦК), повністю визначають колір (при деяких строго стандартизованих умовах його розглядання).

Основою математичного опису кольору в колориметрії є експериментально встановлений факт, що будь-який колір при дотриманні згаданих умов можна представити у вигляді суміші (суми) певних кількостей 3 лінійно незалежних квітів, тобто таких кольорів, кожен з яких не може бути представлений у вигляді суми будь-яких кількостей 2 інших кольорів. Груп (систем) лінійно незалежних квітів існує нескінченно багато, але в колориметрії використовуються лише деякі з них. Три обраних лінійно незалежних кольори називають основними кольорами ; вони визначають кольорову координатну систему (ЦКШ). Тоді 3 числа, що описують даний колір, є кількостями основних кольорів в суміші, колір якої зорово не відрізняється від даного кольору; це і є ЦК даного кольору.

Експериментальні результати, які кладуть в основу розробки колориметрической ЦКШ, отримують при усередненні даних спостережень (в суворо визначених умовах) великим числом спостерігачів; тому вони не відображають точно властивостей колірного зору якого-небудь конкретного спостерігача, а відносяться до т. н. середнього стандартного колориметрическому спостерігачеві.

Будучи віднесені до стандартного спостерігачеві в певних незмінних умов, стандартні дані змішування кольорів і побудовані на них колориметрической ЦКШ описують фактично лише фізичний аспект кольору, не враховуючи зміни кольоросприйняття очі при зміні умов спостереження і по ін причин (див. Колір ).

Коли ЦК-якого кольору відкладають по 3 взаємно перпендикулярним координатним осях, цей колір геометрично представляється точкою в тривимірному, т. н. колірному, просторі або ж вектором , початок якого збігається з початком координат, а кінець - з згаданою точкою кольору. Точкова і векторна геометрична трактування кольору рівноцінні і обидві використовуються при описі кольорів. Точки, що представляють всі реальні кольори, заповнюють деяку область колірного простору. Але математично всі крапки простору рівноправні, тому можна умовно вважати, що і точки поза області реальних квітів представляють деякі кольори. Таке розширення тлумачення кольору як математичного об'єкта приводить до поняття т. н. нереальних кольорів, які неможливо як-небудь реалізувати практично. Проте з цими квітами можна робити математичні операції так само, як і з реальними квітами, що виявляється надзвичайно зручним у колориметрії. Співвідношення між основними кольорами в ЦКС вибирають так, що їх кількості, що дають в суміші деякий вихідний колір (найчастіше білий), приймають рівними 1.

Свого роду "якість" кольору, не залежне від абсолютної величини колірного вектора і називається його кольоровістю, геометрично зручно характеризувати в двовимірному просторі - на "одиничною" площині колірного простору, що проходить через 3 поодинокі точки координатних осей (осей основних кольорів). Лінії перетину одиничної площини з координатними площинами утворюють на ній рівносторонній трикутник, у вершинах якого знаходяться одиничні значення основних кольорів. Цей трикутник часто називають трикутником Максвелла. Кольоровість-якого кольору визначається не 3 його ЦК, а співвідношенням між ними, тобто становищем в колірному просторі прямої, проведеної з початку координат через точку даного кольору. Іншими словами, кольоровість визначається тільки напрямком, а не абсолютною величиною колірного вектора, і, отже, її можна характеризувати становищем точки перетину цього вектора (або вказаною прямий) з одиничною площиною. Замість трикутника Максвелла часто використовують колірний трикутник зручнішої форми - прямокутний і рівнобедрений. Положення точки кольоровості в ньому визначається двома координатами кольоровості, кожна з яких дорівнює приватному від ділення однієї з ЦК на суму всіх 3 ЦК. Двох координат кольоровості достатньо, тому за визначенням сума її 3 координат дорівнює 1. Точка кольоровості вихідного (опорного) кольору, для якої 3 колірні координати рівні між собою (кожна рівна 1/3), знаходиться в центрі ваги колірного трикутника.

Представлення кольору за допомогою ЦКС має відображати властивості колірного зору людини. Тому передбачається, що в основі всіх ЦКС лежить т. н. фізіологічна ЦКС. Ця система визначається 3 функціями спектральної чутливості 3 різних видів приймачів світла (т. н. колб), які є в сітківці очі людини і, згідно найбільш уживаною триколірної теорії колірного зору, відповідальні за людське Кольоросприйняття. Реакції цих 3 приймачів на випромінювання вважаються ЦК у фізіологічній ЦКС, але функції спектральної чутливості ока не вдається встановити прямими вимірами. Їх визначають непрямим шляхом і не використовують безпосередньо в якості основи побудови колориметричних систем.

Властивості колірного зору враховуються в колориметрії за результатами експериментів зі змішанням кольорів. У таких експериментах виконується зорове зрівнювання чистих спектральних кольорів (тобто кольорів, відповідних монохроматичному світлі з різними довжинами хвиль) з сумішами 3 основних кольорів. Обидва кольори спостерігають поруч на 2 половинках фотометричного поля порівняння. По досягненні зрівнювання вимірюються кількості 3 основних кольорів та їх відносини до прийнятою за 1 кількостям основних кольорів в суміші, що зрівнює вибраний опорний білий колір. Отримані величини будуть ЦК зрівнюються кольору в ЦКС, яка визначається основними кольорами приладу і вибраним опорним білим кольором. Якщо одиничні кількості червоного, зеленого і синього основних кольорів позначити як (К), (З), (С), а їх кількості в суміші (ЦК) - До, З, С, то результат зрівнювання можна записати у вигляді колірного рівняння: Ц * = К (К) + З (З) + С (С). Описана процедура не дозволяє зрівняти більшість чистих спектральних кольорів з сумішами 3 основних кольорів приладу. В таких випадках деяку кількість одного з основних кольорів (або навіть двох) додають до зрівнюються кольором. Колір одержуваної суміші зрівнюють з сумішшю залишилися 2 основних кольорів приладу (або з одним). У колірному рівнянні це враховують перенесенням відповідного члена з лівій частині в праву. Так, якщо в полі вимірюваного кольору був доданий червоний колір, то Ц * = - К (К) + З (З) + С (С). При допущенні негативних значень ЦК вже всі спектральні кольори можна виразити через вибрану трійки основних кольорів. При усередненні результатів подібної процедури для декількох спостерігачів були отримані значення кількостей 3 певних кольорів, потрібні в сумішах, зорово невідмітних від чистих спектральних кольорів, які відповідають монохроматичним випромінюванням однакової інтенсивності. При графічному побудові залежностей кількостей основних кольорів від довжини хвилі виходять функції довжини хвилі, звані кривими складання кольорів або просто кривими складання.

Криві складання грають в колориметрії велику роль. По них можна розрахувати кількості основних кольорів, необхідні для отримання суміші, зорово неотличимой від кольору випромінювання складного спектрального складу, тобто ЦК такого кольору в ЦКС, яка визначається даними кривими складання. Для цього колір складного випромінювання представляють у вигляді суми чистих спектральних кольорів, відповідних його монохроматичним складовим (з урахуванням їх інтенсивності). Можливість подібного уявлення заснована на одному з дослідно встановлених законів змішування кольорів, згідно з яким ЦК кольору суміші дорівнюють сумам відповідних координат змішуються квітів. Т. о., криві складання характеризують реакції на випромінювання 3 різних приймачів випромінювання. Очевидно, що функції спектральної чутливості 3 типів приймачів в сітківці ока людини представляють собою криві додавання в фізіологічної ЦКС. Кожній з нескінченно великого числа можливих ЦКС відповідає своя група з 3 кривих складання, причому всі групи кривих складання зв'язані між собою лінійними співвідношеннями. Отже, криві складання будь-який з усіх 1 можливих ЦКС можна вважати лінійними комбінаціями (див. Лінійна залежність ) функцій спектральної чутливості 3 типів приймачів людського ока.

Фактично основою всіх ЦКС є система, криві складання якої були визначені експериментально описаним вище способом. Її основними кольорами є чисті спектральні кольори, відповідні монохроматичним випромінюванням з довжинами хвиль 700,0 (червоний), 546,1 (зелений) і 435,8 нм (синій). Вихідна (опорна) кольоровість - кольоровість равноенергетіческого білого кольору Е (тобто кольори випромінювання з рівномірним розподілом інтенсивності по всьому видимому спектру). Криві складання цієї системи, прийнятої Міжнародною комісією з освітлення (МКО) в 1931 і відомої під назву міжнародної колориметрической системи МКО RGB (від англ., нім. red, rot - червоний, green, grun - зелений, blue, blau - синій, блакитний), показані на рис. 1 .

Криві складання системи МКО RGBімеют негативні ділянки (негативні кількості основних кольорів) для деяких спектральних кольорів, що незручно при розрахунках. Тому поряд з системою RGBМКО в 1931 прийняла ін ЦКШ, систему XYZ , в якій були відсутні недоліки системи RGB і яка дала ряд ін можливостей спрощення розрахунків. Основними кольорами (X), (Y), (Z) системи XYZ є нереальні кольори, вибрані так, що криві складання цієї системи ( рис. 2 ) не мають негативних ділянок, а координата Y дорівнює яскравості спостережуваного забарвленого об'єкта, тому що крива складання у збігається з функцією відносної спектральної світлової ефективності стандартного спостерігача МКО для денного зору. На рис. 3 показаний графік цветностей (колірний трикутник) х, у системи XYZ . На ньому наведено лінія спектральних цветностей, лінія пурпурних цветностей, колірний трикутник (R) (G) (В) системи МКО RGB , лінія цветностей випромінювання абсолютно чорного тіла і точки цветностей стандартних джерел освітлення МКО А, В, С и D. Кольоровість равноенергетіческого білого кольору Е (опорна кольоровість системи XYZ) знаходиться в центрі ваги колірного трикутника системи XYZ . Ця система отримала загальне поширення і широко використовується в колориметрії. Але вона не відображає цветоразлічітельной властивостей очі, тобто однакові відстані на графіку цветностей х, у в різних його частинах не відповідають однаковому зоровому відмінності між відповідними кольорами при однаковій яскравості (див. Колірний контраст ).

Створити повністю візуально однорідне колірне простір досі не вдається. В основному це пов'язано з нелінійним характером залежності зорового сприйняття від інтенсивності збудження цветочувствітельних фоторецепторів (приймачів світла в сітківці ока). Запропоновано багато емпіричних формул для підрахунку числа колірних відмінностей (порогів цветоразличения) між різними кольорами. Більш обмежена завдання - створення зорово однорідного графіка цветностей - приблизно вирішена. МКО в 1960 рекомендувала такий графік u, v, отриманий в 1937 Д. Л. Мак-Адамом шляхом видозміни графіка, запропонованого Д. Б. Джаддом (обидва - США) на підставі численних експериментальних даних. Для підрахунку числа порогів цветоразличения DE між різними кольорами в даний час (1970-ті рр..) за тимчасової рекомендації МКО використовується емпірична формула Г. Вишецкого:

,

де W = 25 Y1/3 - 17, U = 13 W ( u - u 0), V = 13 W ( v ??- v 0). тут u0, v 0 -кольоровість опорного білого кольору, Y - коефіцієнт відбиття в даній точці об'єкта в%.

Опис, наведене вище, показує, що мета процесу вимірювання кольору - визначення його ЦК в деякій ЦКС. Найчастіше це - стандартна колориметрична система МКО XYZ .

Коли колір (при об'єктивних Ц. і. завжди мається на увазі колір забарвленого предмета або джерела світла ) представлений спектральним розподілом випромінювання (випускається джерелом, або відбитого або пропущеного предметом), то для знаходження його ЦК потрібно використовувати криві складання як взвешивающие функції, що оцінюють це випромінювання. Така оцінка може виконуватися двома шляхами.

Перший шлях (т. н. спектрофотометрический метод Ц. і .) полягає у вимірюванні спектрального розподілу енергії випромінювання і подальшому розрахунку ЦК при перемножуванні знайденої функції спектрального розподілу на 3 функції складання і інтегруванні творів. Якщо Е (l) - функція спектрального розподілу джерела, r (l) - функція спектрального віддзеркалення або пропускання предмета, , , ? - функції складання, то ЦК X, Y, Z визначаються таким чином:

;

;

(інтегрування проводиться в діапазоні довжин хвиль видимого випромінювання - від 380 до 760 нм ). Практично інтегрування замінюють підсумовуванням через інтервал Dl (від 5 до 10 нм ), т.к. подинтегральних спектральні функції зазвичай незручні для інтегрування:

? тощо

Спектральний розподіл випромінювання і спектральну характеристику віддзеркалення (пропускання) вимірюють, розкладаючи світло в спектр, наприклад в спектрофотометрі або монохроматоре . Криві складання задаються у вигляді таблиць значень питомих координат через 5 або 10 нм. Є також таблиці величин Е (l) ? і т.д. для стандартних джерел світла МКО А, В, С, D, що представляють найбільш типові умови природного ( В, С и D) і штучного (А) освітлення.

Другий шлях Ц. і. на основі кривих складання - це аналіз випромінювання за допомогою 3 приймачів світла , характеристики спектральної чутливості яких збігаються з кривими складання. Кожен такий светоелектрічеських перетворювач виконує дії перемножування 2 спектральних функцій і інтегрування творів, в результаті чого на його виході електричний сигнал дорівнює (при відповідній калібрування приладу) однією з ЦК. Подібні цветоізмерітельние прилади називаються фотоелектричними (або об'єктивними) колориметрами. Вони оцінюють результуюче випромінювання, враховуючи як виборче відображення (або пропускання) несамосвітних предметів, так і освітлення, тобто прилад "бачить" те, що бачить око. Основною трудністю при виготовленні фотоелектричних колориметрів є досить точне "формування" кривих складання, для чого зазвичай підбирають відповідні світлофільтри. Якщо прилад призначений для роботи з кривими складання , , , то найбільш важко сформувати двогорбу криву  ? (рис. 2). Зазвичай кожна з її гілок формується окремо; тоді прилад містить 4 канали (світлофільтру). Іноді в колориметрах використовують ін ЦКШ, всі криві складання в якій одногорбі. Один з каналів колориметра одночасно може служити яскравомірами. Часто в таких приладах передбачається розрахунок координат кольоровості. Максимальна точність Ц. і. фотоелектричними колориметрами по кольоровості в координатах х, у становить від 0,002 до 0,005.

Інший принциповою можливістю Ц. і. є пряме визначення ЦК.

Природно, що це можливо не завжди, тому що в загальному випадку колірні відчуття збуджує світлове випромінювання довільного спектрального складу, а ЦК фізично не існує. Пряме вимірювання ЦК можливо в триколірних адитивних пристроях створення кольору, використовуваних, наприклад, для відтворення кольорових зображень. Основні кольори такого пристрою визначають ЦКС, і їх кількості в суміші, що дає деякий колір, і є ЦК цього кольору в ЦКС пристрою. Приклад такого пристрою - триколірний кінескоп, В якому роздільне управління світінням 3 люмінофорів забезпечує отримання всього безлічі квітів, кольоровості яких укладені в межах колірного трикутника, що визначається основними кольорами кінескопа (цветностямі свічень люмінофорів, см. Кольорове телебачення). Для безпосереднього вимірювання кількостей 3 основних кольорів в кольорі суміші, відтворюваному на екрані кінескопа, тобто ЦК в ЦКС кінескопа, можна використовувати фотоелектричний приймач випромінювання з довільною спектральною чутливістю, аби вона не виходила за межі видимого спектра. Вимірювальним приладом, підключеним до такого приймача, досить по черзі заміряти інтенсивності свічення окремих люмінофорів кінескопа. (При вимірі інтенсивності світіння червоного люмінофора "відключаються" промені, збуджуючі зелений і синій кольори, і т.д.) Калібрування подібного приладу полягає в знятті його свідчень при почерговому вимірі інтенсивностей свічення 3 люмінофорів після установки на екрані опорного білого кольору, т. е. кольору з опорної кольоровістю ЦКШ кінескопа і максимальною яскравістю. Надалі при вимірах різних кольорів показання приладу діляться на показання для відповідних основних кольорів при опорному білому кольорі. Результати такого ділення і будуть ЦК в ЦКС кінескопа. Опорний білий колір при калібруванні встановлюється як можна більш точно за допомогою ін приладів (спектрофотометра, фотоелектричного колориметра) або візуально по спеціальному еталону білого кольору. Точність установки опорного білого кольору при калібруванні визначає точність подальших Ц. і. Отримати значення ЦК в ін ЦКШ (наприклад, міжнародних) можна, перерахувавши показання приладу за формулами перетворення ЦК. Для виведення перерахункових формул потрібно знати координати кольоровості опорного білого кольору і основних кольорів даного кінескопа, які вимірюють яким-небудь ін методом. Велика перевага такого безпосереднього вимірювання ЦК порівняно з Ц. і. за допомогою фотоелектричного колориметра полягає у відсутності необхідності формувати певні криві спектральної чутливості фотоприймача. Ц. і. за описаним способом можна виконувати і по повному кольором світіння екрана, без відключення променів, збуджуючих окремі люмінофори. У цьому випадку в приладі має бути 3 світлофільтру з довільними, але які відрізняються спектральними характеристиками. У такому приладі кожен відлік являє собою суму 3 відліків однофільтрового приладу для всіх 3 окремих кольорових свічень. Щоб отримати значення ЦК по 3 отсчетам трехфільтрового приладу, використовують перерахункових матрицю, елементи якої визначаються при калібруванні приладу. Калібрування полягає в почергових вимірах кожним з каналів приладу кожного з кольорових свічень люмінофорів окремо після установки на екрані опорного білого кольору. Зазначений перерахунок, а також перехід від ЦК в ЦКС кінескопа до міжнародної ЦКС в приладі описуваного типу може здійснюватися автоматично, за допомогою спеціально вбудованої електричної схеми. Т. о. можна отримувати відліки прямо в ЦКС кінескопа або в міжнародній ЦКС.

ЦК визначають також при Ц. і. візуальними колориметрами. Спостерігач, регулюючи кількості 3 основних кольорів такого приладу, добивається зорового тотожності кольору суміші цих квітів і вимірюваного кольору. Потім замість останнього вимірюють колір суміші. А її ЦК є просто кількості основних кольорів колориметра, віднесені до кількостей цих же кольорів, що входять в суміш, яка дає опорний білий колір ЦКС колориметра. Виміряти кількості основних кольорів у візуальному колориметрі ще легше, ніж в кольоровому кінескопі. Досить прочитати свідчення 3 шкал, відградуйованих з розкриття щілин, що пропускають світлові потоки відповідних кольорів до поля порівняння. Т. о., При використанні візуальних колориметрів вимірюється не безпосередньо колір зразка, а його метамер - колір суміші трьох основних кольорів колориметра. Процес зорового зрівнювання двох кольорів служить при цьому для отримання такого метамера кольору зразка, ЦК якого можна легко виміряти. Перевагою візуального колориметрирування є висока точність Ц. і. Недоліком - те, що одержувані результати дійсні для конкретного (виконує зорове зрівнювання двох кольорів), а не для стандартного спостерігача. Крім того, цим методом важко вимірювати кольори не окремих зразків, а предметів.

Принцип зорового порівняння вимірюваного кольору з кольором, ЦК якого відомі або можуть бути легко виміряні, використовується також при Ц. і. за допомогою колірних атласів. Останні являють собою набори кольорових зразків у вигляді забарвлених паперів, які систематизовані в певному порядку. При порівнянні з вимірюваним кольором підбирається зразок з атласу, найбільш близький до нього. Виміряний колір отримує найменування цього зразка відповідно до прийнятої в даному атласі системою позначень. Для вираження його в міжнародній ЦКС всі зразки атласу заздалегідь вимірюються в цій системі при певному освітленні. Вимірювані кольору бажано спостерігати при тому ж освітленні. Кольорові атласи дозволяють вимірювати кольори предметів, а не тільки спеціальних зразків, але дискретність набору кольорів в атласі знижує точність вимірів, яка додатково знижується через те, що умови зорового порівняння тут гірше, ніж при візуальному колориметруванні. У СРСР використовують колірні атласи Рабкина і ВНИИМ, в США широкого поширення набули вимірювання по атласу Манселла (Мензелла). Ц. і. за допомогою колірних атласів є намітками і можуть з успіхом вироблятися там, де велика точність не потрібна або де незручно застосовувати ін методи.

Вираз кольору в певній ЦКС, тобто при завданні його ЦК (або яскравості і координат кольоровості), універсально і найбільш споживані. Але вдаються і до ін способам кількісного вираження кольору. Прикладом може служити тільки що описане вираження кольору в системі якого-небудь колірного атласу. Ще один такий спосіб - вираз кольору через його яскравість, переважаючу довжину хвилі і колориметричну чистоту кольору. (Останні два параметри характеризують кольоровість.) Гідність цього способу полягає в близькому відповідно 3 перерахованих параметрів кольору звичним суб'єктивним його характеристикам (див. Колір) - відповідно светлоте, колірному тону і насиченості.

Було б дуже зручно характеризувати колірність одним числом. Але її двовимірна вимагає для її вираження в загальному випадку двох чисел. Лише для деяких сукупностей цветностей (ліній на графіку цветностей) можна використовувати одномірне вираз. Перша така сукупність - чисті спектральні кольори і чисті пурпурні кольори, кольоровості яких визначаються значеннями переважаючої довжини хвилі. Другий сукупністю, для якої можливо одномірне вираз, є кольоровості випромінювання абсолютно чорного тіла, Використовувані для характеристики джерел освітлення з цветностямі світіння, близькими до кольоровості білого кольору. Величина, що визначає положення точки на лінії цветностей випромінювання чорного тіла (і кольоровості згаданих джерел), - колірна температура, Тобто температура в градусах Кельвіна абсолютно чорного тіла, при якій воно має дану кольоровість.

Літ.: Гуревич М. М., Колір і його вимір, М. - Л., 1950; Кривошеєв М. І., Кустарев А. К., Світлові виміри в телебаченні, М., 1973; Нюберг Н. Д., Вимірювання кольору і колірні стандарти, 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. Кустарев.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка