Колориметрические системы.

Результаты любых измерений должны быть однозначны и сопоставимыми. Это – одно из основных требований метрологии. Для его существования необходимо, чтобы условия измерения, от которых зависят их результаты, были постоянными, принятыми за норму. Совокупность нормированных условий измерения цвета составляет колориметрическую систему. Нормируют цветности основных, уровень яркости, единицы количеств основных, размеры фотометрического поля – все эти факторы определяют значения цветовых координат измеряемого цвета.

В основе любой колориметрической системы находятся цветности цветов триады, так как от них результаты измерений зависят в особенно большой степени. Основные излучения выбираются так, чтобы они в соответствии с первым законом Грасмана были линейно независимы. Этому требованию отвечают излучения синего, зеленого и красного цветов. Тройка линейно независимых цветов называется триадой. Для измерения цвета можно воспользоваться разными триадами: основные могут занимать разные спектральные интервалы и участки спектра. Однако практически их число ограничено.. Это связано с тем, что колориметрия предъявляет к основным не только требование линейной зависимости, но и другие. Среди них – возможность легкого и точного осуществления основных и также возможно большая насыщенность воспроизводимых цветов.

Как известно из изложенного выше, с уровнем яркости объекта связана контрастная чувствительность глаза. Поэтому два участка разных цветов, различаемые при одной яркости, могут оказаться, неразличимы при другой, когда чувствительности глаза понижается. Следовательно, условия колориметрических измерений целесообразно нормировать так, что уровень яркости поля был оптимальным в отношении чувствительности глаза.

То же относится и к размерам фотометрического поля. Первоначально (1931 г.) его размер был установлен 2°, а позднее (1964 г.) наряду с ним было принято более широкое поле - 10°.

 

Система RGB.

Предлагались разные триады основных. Их цвета должны удовлетворять законам синтеза, но и хорошо воспроизводиться. Когда создавались колориметрические системы, лазер не был еще изобретён, и наиболее воспроизводимыми считались излучения от газосветных ламп, из которых с помощью светофильтра можно выделить монохроматические строго определенных длин волн. В 1931 г. на VIII сессии Международного комитета по освещению (МКО) за основные были приняты цвета следующих излучений:

красное l_R =700 нм, легко выделяется с помощью «крутого» красного светофильтр из спектра обычной лампы накаливания;

зеленое l_G =546,1 нм, присутствует в спектре ртути;

синее l_B =700 нм, также присутствует в спектре ртути;

Цвета этих излучений получили название цветов R, G, B, а колориметрическая система, использующая их в качестве основных RG B. Цвет Ц в системе RG B представляется как сумма основных умноженных на координаты цвета:

Ц = r R + g G + b B

Одновременно с этой системой была принята другая система – XYZ, основные цвета которой выбраны более насыщенными. Система RG B в современной колориметрии почти не используется.

Система XYZ.

Одновременно с триадой RGB была принята другая тройка основных. Ее составили воображаемые цвета, более насыщенные, чем спектральные. Поскольку таких цветов в природе нет, их обозначили символами неизвестных величин X, Y, Z. Основанная на их применении колориметрическая система получила название XYZ.

Одна из причин, побудивших ввести воображаемые сверхнасыщенные цвета, состоит в стремлении избавиться от отрицательных цветовых координат, неизбежных в случае реальных цветов. А главное, система разработана так, что ряд колориметрических расчетов упрощается.

Основные цвета XYZ описываются в системе RGB следующимиуравнениями:

X = 0,4185 R – 0,0912 G + 0,0009 B

Y = - 0,1588 R + 0,2524 G – 0,0025 B

Z = - 0,0829 R + 0,0157 G + 0,1786 B

 

Кривые сложения.

Кривыми сложения называются графики функций распределения по спектру цветовых координат монохроматических излучений, имеющую мощность, равную одному Вт. Такие координаты называются удельными, т. е. относящимися к единице мощности. Они обозначаются теми же буквами, что и координаты цветности r (l)_уд., g (l)_уд., r (l)_уд., или x (l)_уд., y (l)_уд., z (l)_уд.. Удельные координаты находят измерением цветов монохроматических излучений произвольной мощности и последующим делением их координат на мощность. Кривые сложения основных XYZ рассчитывают по формулам перехода от одной системы цветовых координат в другую.

 

12.Свет от солнца и ламп.

Стандартные излучения (МКО).

Рис.2 Спектральный состав света от лампы накаливания с вольфрамовой нитью (излучение А)

Рис.3 Спектральный состав света от люминесцентной лампы дневного света.

В большинстве случаев окружающий свет не является монохроматическим; ранее был приведён пример двух типич­ных световых пучков – зелёного и синего цвета. Характерной чертой различных источников света (солнца, пламени свечи, света лампы накаливания, люминесцентной лампы и т.п.) является существенное различие в распределении отно­сительного кол-ва света, излучённого в диапазоне 390-710 нм. Свет лампы накаливания содержит относительно большое кол-во излучения при длине волны 650 нм, чем свет от люминесцентной лампы. Спектральный состав света представ­ляет собой относительную энергию излучения, выделенную в интервалах длин волн (например, в интервалах шириной 10 нм) или во всём видимом диапазоне. Спектральный состав света можно определить, как было сказано ранее, с помо­щью спектрорадиометра, Кривая, полученная в виде зависимости относительной энергии излучения от длины волны, на­зывается кривой относительного спектрального распределения энергии. На рисунках 2 и 3 представлены типичные кривые для света лампы накаливания и люминесцентной лампы. Сравнение двух кривых для света лампы нака­ливания и люминесцентной лампы показывает, что при длине волны 450 нм относительно большее количество излуче­ния даёт люминесцентная лампа, а при 650 нм – лампа накаливания. По форме обеих кривых вблизи 380 нм, откуда сле­дует, что излучение такой люминесцентной лампы накаливания включает ультрафиолетовую составляющую. На кривой распределения спектральной энергии излучения люминесцентной лампы дневного света наблюдаются четыре верти­кальные полосы. Каждая захватывает интервал длин волн 10 нм, в пределах которого имеется резкий пик, или скачок из­лучения, характерный для паров ртути, находящийся в трубке. Плавные непрерывные части кривой характеризуют излу­чение фосфоров в лампе. Скачки, представляющие собой четыре монохроматических излучения ртути, налагаются или смешиваются с диффузным многокомпонентным излучением фосфоров. На рисунке 4 представлены типичные кривые спектрального распределения прямого солнечного света I и света северного неба II, измеренного под углом 45° к горизонту в Кливленде, шт. Огайо. На рисунке также показана горизонтальная линия

Рис.4 Спектральный состав солнечного света (I) и света северного неба (II).

Е, которая добавлена к ним с тем, чтобы представить равноэнергетическое распределение с неизменяемой от длины волны относительной энергией. Это распределение служит в качестве условного определения белового света для обсуждаемых ниже целей. В общем, оно представляет интерес, так как может рассматриваться в качестве разновидности среднего белого цвета, находящегося между двумя крайними излучениями: светом северного неба и излучением обычной лампы накаливания. В связи с тем, что воспринимаемые цвета предметов обычно меняются с освещением, при котором они наблюдаются, поэтому цвета сравниваются при дневном свете. Однако при идентификации и измерении цвета необходимо точно установить спектральный состав дневного. По этой причине сочли практичным установление приемлемых для всех стран стандартов в виде условных и вместе с тем типичных составов излучений по длинам волн. Эти стандарты называемые излучениями МКО, были установлены CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) – Международной комиссией по освещению (МКО). Стандартные излучения представляют собой таблицы с числами, устанавливающие фиксированные спектральные составы. Свет, имеющий такой же состав, может быть воспроизведен в цветоизмерительных лабораториях с помощью специальных ламп и фильтров. На рисунках представлены графики, характеризующие некоторые важные излучения МКО. Одно излучение, называемое А МКО, по волновому составу довольно близко приближается к свету лампы накаливания с вольфрамовой нитью 500 Вт (2860 К). Излучение В МКО представляет типичный образец спектрального состава прямого солнечного света. Особенно важным является излучение С МКО, так как его спектральный состав волн типичен для дневного света. Излучения В и С МКО представляют спектральный состав солнечного и дневного (рассеянного) света довольно хорошо, но только в диапазоне 400-700 нм. Для измерения цвета люминесцирующих веществ необходимо использовать излучения, относительные энергии которых в диапазоне 300-400 нм также характерны для солнечного и дневного света. Поэтому были введены новые стандартные излучения, представляющие спектральный состав различных фаз дневного света; наиболее распространенные из них являются излучения D₅₅, D₆₅ и D₇₅ МКО. В большинстве применений излучение С МКО было заменено излучением D₆₅ МКО, которое представляет собой спектральный состав типичного дневного света в диапазоне 300-830 нм. Новые излучения основаны на детальном изучении спектрального состава дневного света. На рисунке можно сравнить кривые относительного распределения спектральной энергии излучения С и D₆₅ МКО. Обе кривые существенно различаются только в области ниже 380 нм.