|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Неравноконтрастные колористичекие системы
Система R, G, В
В основе современного учения о цвете лежит теория Гельмгольца и Геринга о трехцветных цветовых ощущениях. Принятая в настоящее время теория цветности базируется на трех законах сложения цветов, установленных Грассманом [2-5]. 1) любой цвет можно рассматривать как совокупность трех линейно независимых цветов. Под линейно независимыми цветами понимают такие цвета, из которых ни один не может быть получен сложением двух других. Помимо того, при смешении одного из них с двумя другими в определенном соотношении должен получаться белый цвет. 2) вся цветовая гамма непрерывна, т. е. не может существовать цвет, не примыкающий к другим цветам. Путем непрерывных изменений излучения любой цвет может быть превращен в другой. 3) любой цвет, полученный сложением нескольких цветовых стимулов, зависит только от их цветов и не зависит от их спектральных составов. На основании этого закона один и тот же цвет может быть получен путем разных сочетаний других цветов. Общепринято в настоящее время рассматривать любой цвет как совокупность красного R, зеленого G и синего B, являющихся линейно независимыми. В колориметрической системе измерения цвета R, G, ВМеждународной комиссией по освещению (МКО) для соответствующих цветов приняты линейно независимые монохроматические спектральные излучения с длинами волн 700, 546, 1 и 435, 5 нм [3, 4, 18]. Однако, согласно третьему закону смешения цветов, существует бесчисленное множество других комбинаций из трех линейно независимых цветов. Установлено, что какие бы ни были выбраны основные линейно независимые цвета, для уменьшения чистоты (насыщенности) цвета необходимо вводить дополнительно один из основных цветов, чтобы повысить содержание белого цвета в смеси. Удельные координаты равноэнергетических излучений R, G и В, принятые МКО в 1931 году называют удельными координатами цвета для среднего (стандартного) наблюдателя [2-5]. На рисунке 20, приведены спектры удельных координат цвета для среднего (стандартного) наблюдателя [18].
Рисунок 20 – Удельные координаты (функции сложения) цвета для среднего (стандартного) наблюдателя системы R, G, В Если эти три первичных цвета расположить в пространстве (рисунок 21) в виде трех векторов, исходящих из одной точки, обозначив соответствующие единичные вектора r, g и b, то любой цвет F, полученный сложением цветов R, G и В, можно выразить в виде векторной суммы:
где R, G и B — модули векторов, пропорциональные количеству первичных цветов в полученном суммарном цвете; эти модули называют координатами цвета [2-5, 18].
Рисунок 21 – Единичная плоскость системы R, G, В При инструментальном колориметрическом измерении цвета удельные координаты цвета и спектральная чувствительность глаза основаны на данных визуального определения этих характеристик средним (стандартным) наблюдателем, поскольку результаты измерения цвета инструментальным методом должны совпадать с его визуальным восприятием. Инструментальный метод устраняет ошибку индивидуального определения цвета и позволяет получить численные значения характеристик цвета. Колористическая система XYZ
Предложенная МКО в 1931 г. система XYZ служит для единого способа обработки результатов спектрофотометрического и колориметрического методов измерения цвета, она упрощает определение характеристик цвета (цветового тона – λ, и чистоты цвета р). В системе XYZ чистота (насыщенность) основных единичных спектральных цветов – красного, зеленого и синего – условно принята выше чистоты спектральных цветов. Это позволило получить удельные координаты
Рисунок 22 - Удельные координаты (функции сложения)
Рисунок 22 показывает, в каких относительных количествах надо сложить (смешать) единичные спектральные цвета, чтобы получить цвет спектральной чистоты с длиной волны λ. Данная колориметрическая система была получена искусственно, путем пересчета из цветовых координат RGB. Выбор цветов XYZ вытекал из задач, поставленных при разработке этой системы. Основными из них являлись упрощение расчетов и отсутствие отрицательных координат, что неизбежно, если за основные принимать цвета RGB. В настоящее время рабочей является международная колориметрическая система XYZ. В ней обычно выражают результаты измерений, а система RGB выполняет вспомогательную, иногда контрольную функцию. Тем не менее, именно система RGB явилась основой системы XYZ. В системе ХУZ приняты нереальные (мнимые) основные единичные спектральные цвета Х, У, Z и каждый реальный цвет F может быть представлен векторной суммой:
где Х, У, Z – координаты цвета F; произведения
Яркости первичных цветов X и Z приняты равными нулю, поэтому яркость цвета F может быть охарактеризована лишь одной координатой цвета Y [2, 17]. Для того чтобы рассчитать координаты цвета по спектрам отражения, необходимо знать распределение энергии источника света. В соответствии с рекомендациями международной комиссии по освещению (МКО) для колориметрических измерений лакокрасочных покрытий используют координаты цвета, вычисляемые по формулам [8, 18].
где
ρ (λ )- коэффициент отражения.
Часто интегралы вычисляют путем суммирования произведений трех подинтегральных функций, определяемых через равные промежутки – 5 или 10 нм. Тогда координаты цвета можно представить в виде сумм:
где X, Y, Z координаты цвета в дополнительной стандартной колориметрической системе МКО 1964 г [для измерения с угловой апертурой более 40 (100 - наблюдатель)] (координаты цвета определяют по формулам численного интегрирования в пределах длин волн от 380 до 760 нм); k - нормирующий коэффициент, значение которого рассчитывается по формуле:
полученной при условии Y = 100, что соответствует идеальному рассеивателю; j(l) - спектральный лучистый поток, являющийся произведением относительного спектрального распределения энергии стандартного источника освещения S(l) и спектрального коэффициента яркости (b(l) или спектрального коэффициента отражения r(l)):
j(l)=S(l)b(l) или j(l)=S (l) r(l)
Dl - интервал длин волн, нм (ИСО 7724.2);
В колористической системе МКО 1931 года использовалась угловая апертура 2 о. В 1964 году введено использование угловой апертуры 10 о. Использование угловой апертуры 100 (МКО 1964 г) более практично и соответствует условиям, рекомендованным ГОСТ 29319 для визуального сравнения цветов пигментов, пигментированных лакокрасочных материалов и покрытий. Значения x(l), у(l) и z(l) для интервала Dl = 5 нм указаны в таблице 5 [8].
Таблица 5 – Удельные координаты цвета, определенные для наблюдателя с угловой апертурой 10° для интервала длин волн 5 нм
Координаты X, Y, Z полностью характеризуют цвет. Их сумма, которую иногда называют «модулем цвета», определяет его количество, а трехцветные коэффициенты, полученные по уравнениям: х= определяют его качество (цветность). Трехцветные коэффициенты (х, у, z) называют координатами цветности [2-5, 18]. Очевидно, что координаты цветности остаются неизменными при пропорциональном увеличении или уменьшении всех координат цвета. Таким образом, координаты цветности однозначно характеризуют только цветность, но не учитывают яркости цвета. Цвет является трехмерной величиной, поскольку он определяется тремя независимыми переменными, а цветность (качество цвета) двухмерной величиной, поскольку три координаты цветности х, у, z связаны выражением: х+у+z=1 что дает возможность графически изображать цветность в декартовых координатах (график цветности). График цветности с локусом - линией спектральных цветов монохроматических излучений одинаковой мощности и линиями дополнительных цветов монохроматических излучений: желтого (560 нм) и сине-фиолетового (450 нм); голубого (490 нм) и красного (615 нм); оранжевого (575 нм) и сине-голубого (480 нм) приведен на рисунке 23. Цветовой график служит для наглядного представления о цветности в двухмерном пространстве (рисунок 23, 24).
Рисунок 23 – Цветовой график
На цветовом графике нанесены точки, соответствующие спектрально чистым цветам. Они располагаются на незамкнутой кривой, называемой алихной. Точка С с координатами цветности х = 0, 3101 и у = 0, 3163 – это ахроматическая точка для источника цвета С. Концы кривой стягиваются отрезком, на котором располагаются пурпурные тона, отсутствующие в спектре. Доминирующая длина волны пурпурного тона обозначается цифрой со штрихом и равна длине волны дополнительного цвета, т. е. цвета, расположенного в точке на пересечении прямой, проходящей через точку данного пурпурного цвета и точку С, с кривой спектрально чистых цветов. На отрезках, соединяющих точку белого цвета с точками на периферии диаграммы, расположены цвета одного цветового тона [2]. Если мы возьмем на цветовом графике какой-нибудь цвет и обозначим его точкой а, то его суммарная яркость будет равна Yа, а яркость монохроматической составляющей, пропорциональная относительному удалению цвета от точки белого цвета, выразится соотношением [2].
Для обозначения цветового тона и насыщенности переходят к доминирующей длине волны - получив точку цветности в месте пересечения координат х и у, соединяют ее прямой с точкой С (точка белого цвета); продолжением этой линии от ахроматической точки до пересечения ею дугообразной шкалы чистых спектральных цветов (алихной), определяют доминирующую длину волны Чистота цвета р, исходя из положения точки на цветовом графике, может быть определена и следующим образом:
На графике цветности (рисунок 24) с нанесенными линиями равной чистоты для всех длин волн света для равноэнергетического источника света С можно легко определить интерполяцией численное значение р.
А, В, С, Е – ахроматические точки для соответствующих источников освещения
Рисунок 24 – Диаграмма цветности по DIN с линиями постоянной чистоты цвета
Широкое распространение координат цветности Основной недостаток системы МКО в том, что она является неравноконтрастной, т.е. при одинаковом расхождении между координатами цвета образца и эталона может возникнуть существенное расхождение в визуально воспринимаемом цвете. Кроме того, недостатком колориметрической системы Х, Y, Z является то, что координаты цвета образца в системе МКО связаны с цветом образца, но не учитывают некоторые важные особенности поверхности, такие как текстура поверхности, блеск и глянец. Таким образом, игнорируя все особенности поверхности, за исключением цвета, координаты цвета дают об образце только ограниченную информацию, т.е. говорят нам только о количествах трех нереальных первичных цветов, которые при аддитивном смешении дают тот же самый цвет, что и поверхность, освещаемая стандартным источником и рассматриваемая стандартным наблюдателем, использующим одну из стандартных геометрий [2-5, 18]. В ряде случаев, в частности для интерпретации цветовых различий, возникает необходимость использования равноконтрастных колориметрических систем.
4.3 Колористическая система CIEL*a*b*
В цветовом пространстве МКО 1976 каждому цвету соответствует точка, положение которой определяется тремя независимыми координатами: светлотой - L* и двумя хроматическими координатами - а* и b*, связанными с координатами цвета Х, У, Z. Надстрочная звездочка у координат L*, a*, b* обозначает, что эти величины вычисляются по координатам X, Y, Z, приведенным к координатам идеального рассеивателя для избранного источника освещения. Хорошо сбалансированная структура цветового пространства L*a*b* основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания красно-зеленого и желто-синего атрибутов можно воспользоваться одними и теми же значениями. Когда цвет представляется в пространстве CIEL*a*b*, величина L* обозначает яркость (luminosity), a* - величину красно-зеленой составляющей, b* - величину желто-синей составляющей. Система CIEL*a*b*, являясь равноконтрастной, позволяет характеризовать полные цветовые различия, а также различия по светлоте, чистоте цвета и цветовому тону, более близко к визуальному наблюдению. Равноконтрастные колориметрические системы— это системы, в которых при векторном изображении цветов в пространстве цветовые различия, воспринимаемые глазом, пропорциональны эвклидову расстоянию между соответствующими точками пространства. В настоящее время цветовое пространство CIEL*a*b* (CIE-76) служит международным стандартом работы с цветом. Основное преимущество пространства - независимость как от устройств воспроизведения цвета, так и от устройств ввода и вывода информации. Это несомненно является важным фактором в лакокрасочной и полиграфической промышленности, так как дает возможность оценивать цветовые различия не только единичных цветов, но и цветов произвольной яркости [2-5, 8]. На рисунке 25 представлено цветовое пространство системы С1ЕL*а*b*.
Рисунок 25 – Цветовое пространство С1ЕL*а*в* (по изображению X-Rite, Incorporated)
Координаты L*, a*, b * рассчитывают по следующим формулам [8]:
L* = 116 (Y/Yn) 1/3 - 16 для Y/Yn > 0, 008856 L* = 903, 3 (Y/Yn) для Y/Yn ≤ 0, 008856 а* = 500 [f (X/Xn) - f (Y/Yn)] b* = 200 [f (Y/Yn) - f ( Z/Zn)]
где f (X/Xn) = (Х/Хn) 1/3 для X/Xn > 0, 008856 f (X/Xn) = 7, 787 (X/Xn) + 16/116 для X/Xn ≤ 0, 008856 f (Y/Yn) = (Y/Yn) 1/3 для Y/Yn > 0, 008856 f (Y/Yn) = 7, 787 (Y/Yn) + 16/116 для Y/Yn ≤ 0, 008856 f (Z/Zn) = (Z/Zn) 1/3 для Z/Zn > 0, 008856 f (Z/Zn) = 7, 787 (Z/Zn) + 16/116 для Z/Zn ≤ 0, 008856
X n, Y n, Z n - координаты цвета идеального рассеивателя для выбранного стандартного источника освещения (таблица 6); f - знак функции.
Таблица 6 - Координаты цвета идеального рассеивателя при разных стандартных источниках освещения в системе МКО 1964 г. и МКО 1931 г. (Y=100) [8]
*Рекомендуется использовать 100 наблюдателя во всех случаях, когда необходима более точная корреляция с результатами визуального сравнения полей, больших, чем 40.
Система CIEL*a*b* позволила отдельно оперировать такими характеристиками как: цвет, яркость, цветовой тон, насыщенность. Иногда удобно выражать цвет не прямоугольными координатами L*, a* и b*, а координатой L* и полярными координатами чистоты цвета и цветового тона. По МКО 1976 г. их можно рассчитать, используя координаты L*, a*, b*: 1) светлота - L*, 2) насыщенность
С*ab = (a*2 + b*2) ½ ,
3) цветовой тон характеризуется углом между осью абсцисс и радиусом, соединяющим точку 0 с точкой, характеризующей цветность образца, и выражается в градусах от 0 до 360:
h ab = arctg (b*/a*).
Таким образом, цвет можно характеризовать пятью способами, используя в любом случае для его характеристики три величины [2-5, 8]: 1) координаты цвета X, Y, Z; 2) координаты цветности х и у в совокупности с координатой цвета Y; 3) цветовой тон 4) координаты L*, a* и b*; 5) яркость L*, насыщенность С и цветовой тон h.
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-11; Просмотров: 1671; Нарушение авторского права страницы
; 
единичных равноэнергетических спектрально чистых цветов (рисунок 22) без их отрицательных значений, как это имело место в кривых сложения R, G и В [2-5, 18]. 
спектрально чистых единичных цветов системы МКО
; 
, 
- составляющие цвета F в системе ХУZ.
; 
; 
; 
– спектральное распределение мощности (энергии) излучения источника света С.
- удельные координаты цвета монохроматического излучения постоянной мощности с длиной волны 
; 
; 
; 
; 
; 
, 
, 
- удельные координаты цвета для стандартного наблюдателя 1964 г; 
, у= 
, z= 
, 
; 
или 
основывается главным образом на их большей наглядности, так как цвета монохроматических излучений хорошо известны. В то же время координаты х и у, которые могут быть вычислены по спектральному составу излучения, такой наглядностью не обладают и сами по себе на цветность излучения не указывают [2, 18].