Измерение цвета
| Вид материала | Документы |
- Тема № представление графических данных, 517.31kb.
- Е. Н. Юстовой «Измерение цвета (колориметрия)», спб, Изд-во спбГУ, 2000 г. [Три] лекции, 574.54kb.
- Vi. Измерение вредных производственных факторов рабочих мест, 43.78kb.
- «измерение», 44.31kb.
- Наименование изделия, 59.42kb.
- А. В. Эдоков Цветовое восприятие в культуре алтайцев, 115.67kb.
- Психология цвета авторский курс лекций, 258.47kb.
- «Физики цвета», 1100.29kb.
- От лат societas общество; …метрия (от греч metréo измеряю) часть сложных слов, соответствующая, 197.52kb.
- Лекция 2 Понятие цвета, 144.5kb.
ИЗМЕРЕНИЕ ЦВЕТА.
Всего лишь два-три десятка лет прошло с тех пор, как денситометры для печатной машины были буквально "экзотическим «оборудованием", а уж о том, чтобы в производственном цехе можно было бы на машине строить спектрофотометрические кривые или получать колориметрическую информацию - это было в области фантастики. И вот мы видим реальные, портативные, устройства, которые позволяют, не отходя от печатной машины, получать всю необходимую информацию о печатном процессе и об управлении им. Это цеховое оборудование позволяет совершенно по-новому управлять печатным процессом, поднимая это управление на новый, более высокий, качественный уровень.
Что такое цвет?
Освещение и цвет.
Обычно мы различаем цвета только при достаточной освещённости. Свет является излучением, которое состоит из электромагнитных волн. Длина одной волны соответствует одному цвету.
Свет излучается самоизлучателями, такими как солнце, электрическая лампа либо монитор. Излучение, которое испускают эти предметы, часто состоит из смеси волн различной длины. Мы можем видеть длину волны только на расстоянии от 380 до 780 миллимикронов (мкм). Оно занимает промежуточное положение между ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями.
Белый дневной свет содержит волны любой длины примерно в одинаковых пропорциях. В синем свете наиболее интенсивны более короткие волны, в красном свете самыми интенсивными являются более длинные волны. Благодаря призме мы имеем возможность видеть различные доли цвета.
Как видят наши глаза?
Сетчатка наших глаз состоит из двух видов светочувствительных клеток:
* Приблизительно 120 миллионов клеток для восприятия чёрных, белых и серых тонов
* Приблизительно 6 миллионов клеток для восприятия иных цветов.
Существуют три типа цветочувствительных клеток, которые реагируют на три различных участка длин волны: красный, зелёный и синий. Мы создаём смесь цветов из красного, зелёного и синего сигналов. Это даёт нам возможность различать несколько миллионов цветов.
Международная комиссия по освещению CIE (Commission International de l’Eclairage) исследовала спектральную чувствительность людей к красному, зелёному и синему цветам в 1931 году. Результатами исследования являются стандартные функции спектральных величин для стандартного наблюдателя, который представляет нашу среднюю способность воспринимать цвета. Эти графики чувствительности составляют основу для любого измерения цвета.
CIE определила стандартного наблюдателя при наблюдении под углами 2° и 10°, так как мы воспринимаем цвет в небольших предметах, которые мы рассматриваем под меньшим углом по-другому, чем более крупные предметы, рассматриваемые под углом 100° или большим.
Но восприятие цвета является не столько абсолютным ощущением, сколько субъективным восприятием, находящимся под воздействием многих факторов. В то время как мы легко можем улавливать цветовые различия между двумя смежными цветовыми тонами (оттенками), запоминать цвет в точности и узнавать его с уверенностью нам кажется сложной задачей. По этой причине мы измеряем цвета для точного определения и воспроизведения цветов в качестве численного значения независимо от наших зрительных впечатлений.
Синтез цвета.
Для понимания восприятия цветов важно понимать принципы синтеза цвета.
Аддитивный синтез цвета.
Аддитивный синтез цвета имеет место в любом цветном изображении, которое исходит от самоизлучателей и состоит из сочетания первичных спектральных цветов: красного, зелёного и синего. Первичные спектральные цвета являются основными цветами, которые не могут быть созданы смешением других цветов. Но в свою очередь первичные спектральные цвета могут создавать все иные цвета.
Результаты аддитивного синтеза цвета следующие:
Красный+ зелёный= жёлтый
Синий+ зелёный= голубой
Красный+ синий= пурпурный
Красный+ зелёный+синий= белый
Смешение трёх основных спектральных цветов поровну создаёт белый цвет. Изменяющаяся яркость этих цветов складывается при смешении цветов. Цвет, полученный в результате аддитивного синтеза, соответственно будет всегда ярче, чем каждый отдельный цвет, который был смешан. Цветной телевизор представляет собой типичный пример аддитивного синтеза цвета.
Субтрактивный синтез цвета
Субтрактивный синтез физических цветов является прямой противоположностью аддитивного синтеза основных спектральных цветов. Вторичные спектральные цвета: пурпурный, жёлтый и голубой, смешанные в субтрактивном синтезе цвета, являются дополнением первичных цветов, смешанных в аддитивном синтезе цвета, как показано в таблице результатов смешивания:
Пурпурный+ жёлтый= красный
Голубой+ жёлтый= зелёный
Голубой+ пурпурный= синий
Голубой+ пурпурный+ жёлтый= чёрный
В результате смешения двух первичных цветов создаются вторичные цвета. В результате смешения двух вторичных цветов, в свою очередь, создаётся первичный цвет. В результате смешивания основных вторичных цветов поровну создаётся физический чёрный цвет. Цвет, производный от вторичных цветов, всегда будет темнее, чем цвета, которыми они производятся.
Автотипный синтез цвета
Автотипный синтез цвета происходит во время многокрасочной растровой печати. Растровые элементы голубого, пурпурного и жёлтого цветов печатаются частично рядом один с другим и частично один на другом. Так как печатные краски светонепроницаемы, красный, зелёный, чёрный и синий цвета создаются на участках совмещённой печати в результате субтрактивного синтеза цвета.
Если отдельные растровые элементы рассматривать через увеличительное стекло, то можно видеть цвета, создаваемые субтрактивным путём. Без увеличительного стекла, наши глаза не видят растровых элементов и увидят цвета, создаваемые с помощью аддитивного синтеза цветов, которые отражаются растровыми элементами. Мы называем эту замену субтрактивного синтеза цветов аддитивным автотипным смешением цветов.
Колориметрические системы и колориметрия.
Стандартные цветовые величины XYZ
Стандартные функции спектральных величин являются основой для любого арифметического вычисления цветов путем измерения. С помощью колориметра они предоставляют стандартные цветовые градации XYZ любого цвета. Стандартные цветовые величины XYZ используются для расчета всех иных колориметрических показателей, таких как L*a*b* и L*u*v*. Стандартные цветовые величины XYZ приводят к определённому арифметическому описанию цвета. Например, определённый тип оранжевого цвета характерен для стандартных цветовых градаций с точки зрения стандартного света от источника D 65 и угла наблюдения 10°.
Никакой другой цвет не будет иметь тех же величин.
При высокой насыщенности краски градации для XYZ =100.
Наше восприятие цветов зависит от условий освещённости. Цветовое восприятие предмета будет изменяться в зависимости от того, рассматриваем ли мы его при дневном свете или при искусственном освещении. По этой причине стандартные цветовые величины XYZ имеют отношение к стандартному освещению, спектральный состав которого был определён с помощью CIE.
Существуют следующие важные стандартизированные типы света:
* Тип А для света, излучаемого электрической лампочкой
* C, D 50 и D 65 для меняющихся условий дневного света.
Стандартная таблица цветов CIE(рис. 7)
Очень давно люди поняли, что стандартные цветовые градации XYZ не были достаточно ясными, и не предоставляли изображений оттенков более высокого качества, и более яркие цвета. Сначала CIE пыталась обойти этот недостаток, создавая стандартную таблицу цветов CIE, которая показывала координаты компонентов стандартных цветовых величин x и y.
Координаты цвета x и y были дополнены стандартной хроматической величиной Y, которая описывает яркость цвета. Это создаёт цветовое пространство с координатами Yxy, в которых цветовая точка одного любого цвета фиксируется тремя величинами, характеристика, которая также отличается более новыми цветовыми моделями CIELAB и CIELUV.
Цветовые модели CIELAB и CIELUV.
В 1976 году CIE оптимизировала колориметрические системы с двумя новыми стандартизированными цветовыми пространствами:
* L*a*b* цветовое пространство CIE 1976
* L*u*v* цветовое пространство CIE 1976
CIELABи CIELUVв настоящее время являются самыми важными цветовыми пространствами для анализа и описания физических цветов. Формулы для подсчёта L*a*b*, L*u*v* и их полученные полярные координаты L*C*h* были определены в 1990 году с новой версией стандарта DIN 5033-3. Стандартные цветовые величины XYZ снова формируют основу для расчетов.
В цветовом пространстве L*a*b* цветовые градации определяются
L* - для яркости;
a* - для градации красно-зелёных тонов;
b* - для градации жёлто-синих тонов.
C* описывает насыщенность;
h* описывает оттенок цвета в круге CIELAB.
L* находится в пределах от 0 для чёрного цвета и до 100 для белого. Величины яркости распределяются вдоль вертикальной оси в центре цветового пространства.
Ось а описывает переход от зелёного к красному цвету, ось b - переход от синего к жёлтому.
Значения а* являются отрицательными на зеленом участке и положительными на красном. Аналогичным образом значения b* являются отрицательными на синем участке и положительными на жёлтом.
a и b равны нулю в бесцветном центре круга CIE.
Насыщенность С также равна нулю в центре и увеличивается во всех направлениях по мере перехода от центра.
В цветовом пространстве CIELUV цветовые координаты а* и b* были заменены координатами u* и v*. L* имеет одно и то же значение для обоих цветовых пространств.
Описанные величины для примера с оранжевым цветом следующие:
Эти величины показывают основную концепцию новых цветовых пространств, например, описывая цвета со значениями измерения для * яркости, * оттенка, * насыщенности.
Понятность новых цветовых пространств возросла с помощью новых величин измерения цвета, которые рассчитываются по гораздо менее ясным формулам, как показано в примере формул CIELAB.
В этих формулах Xn, Yn и Zn являются стандартными цветовыми величинами цветового тела, полностью лишённого белого цвета, для определённого типа света. Координаты Xn, Yn и Zn описывают цветовую точку в цветовом пространстве. Это контрольная точка для цветовых координат.
Цветовые различия.
Цветовые пространства L*a*b* и L*u*v* имеют особое преимущество представления цветовых различий, равноудаленных с точки зрения нашего восприятия. Это делает оценку цветовых различий между номинальными и реальными образцами более лёгкой.
Определение цветовых различий является основой для оценки качества цвета. Это относится ко всем областям производства и к применению цветов и, конечно, к полиграфической промышленности. Растущие требования к качеству и к согласованности воспроизведения цветов удовлетворяются специальными процессами и современной технологией измерения.
Количество цветовых различий определяется с помощью величин D (дельта). Определяемые величины D являются разницей между номинальными и реальными значениями. Все величины измерения цвета могут выражаться как значения D.
Метамерия.
Метамерия - отличие цвета от двух или более образцов в результате изменений в окружающем свете. Два образца могут выглядеть абсолютно одинаково в дневном свете, но они могут существенно отличаться один от другого при искусственном освещении.
Метамерия не имеет никакого отношения к хорошо известному повседневному явлению, когда предмет меняет цвет под воздействием разного освещения. Когда белая одежда кажется красной под красным зонтиком от солнца, и жёлтой под жёлтым зонтиком, это не метамерия. Явление метамерии наблюдается тогда, когда красная шляпа добавляется к красной одежде таким образом, что и то и другое выглядит одинаково под одним зонтиком от солнца, но по-разному под другим.
Прежде всего, метамерия никогда не проявляется только с одним образцом, а показывает различия цветов из-за меняющегося освещения между двумя или более образцами.
Метамерия проявляется в случаях, когда кривые отражения света от двух образцов слегка различаются между собой. (См. рис. 11). Различие в отражении таково, что при определённом освещении не существует видимого цветового различия, но существует четкое цветовое различие под разным освещением. Мы называем такие цвета условно одинаковыми цветами, что противоположно одинаковым цветам, которые выглядят абсолютно одинаково под любым освещением благодаря абсолютно идентичным графикам отражения.
Самые существенные различия в метамерных цветах происходят во время изменений в очень разных типах освещения, например, во время перехода от дневного света к искусственному освещению. Показатель метамерии, как определено в стандарте DIN 6172, соответственно рассчитывается с помощью спектрофотометра для перехода от источников дневного света C, D50 и D65 к искусственному освещению А.
Метамерия особенно важна в выборе цвета для текстиля. Но также и печатаемые цвета, особенно специальными красками, должны обладать возможно малой метамерией.
Измерение цвета.
Принцип измерения.
Мы измеряем цвет с целью объективного описания и количественного определения нашего зрительного впечатления от цвета с помощью величин цветовых измерений. Это позволяет нам определять цвета численно и передавать информацию о цветах без образца, только с помощью цифр. Другое важное применение - измерение цветовых различий между образцом и пробным печатным оттиском для обеспечения качества печати. Измерение цвета также является основой для составления специальных красок. Другая важная область применения - определение цветовых параметров открытых настольных издательских систем (НИС) как части управления цветом.
Существуют два измерительных метода для этих задач:
• Колориметрический метод.
• Спектральный метод.
Оба метода определены в стандарте DIN 5033.
Колориметрический метод.
Измерительный свет, излучаемый лампой, отражается образцом и воспринимается тремя сенсорами. Фильтры, создающие в трёх цветных каналах спектральную чувствительность, соответствующую стандартным спектральным функциям, в качестве таковых имитируют спектральную чувствительность сетчатки глаза и соответствуют сенсорам глаза. Определение сигнала сенсора получает стандартные цифровые величины XYZ для красного, зелёного и синего цветов. Затем они используются для всех остальных колориметрических вычислений.
Для недорогих и надёжных измерительных устройств создан простой принцип измерений. Но, несмотря на постоянные усовершенствования, эти измерения не достигают абсолютной точности спектрофотометра. Однако они могут применяться для сравнительных измерений.
Некоторые ограничения, имеющиеся у данной системы, заключаются в неполном моделировании нескольких типов света, нехватке величин спектрального отражения и измерения метамерии.
Спектральные методы.
Спектрофотометры измеряют величины отражения по всей видимой области спектра. Для этого спектр делится на участки с полосой пропускания 10-20 мкм. Каждый участок представляет одну величину отражения. В современных измерительных устройствах модули матричного диода (grid или grated-array-diode) или модули фильтра-диода (filter-diode) вызывают спектральное подразделение измеряемого света, отражённого образцом на секции.
Дифракционная сетка модуля матричной сетки-диода рассекает свет и проектируется на диодную матрицу с предпочтительным количеством 256 расположенных рядом диодов. Сначала электронные элементы увеличиваются, переводятся в цифровую форму и далее оценивают сигналы высокого разрешения, производимые несколькими диодами. Первым результатом спектрального измерения является серия величин отражения, которые графически представлены как кривые отражения.
Модуль фильтра-диода (рис. 13) состоит из нескольких диодов, соответствующих ширине узких светофильтров. Каждый диод измеряет определённую полосу пропускания спектра. Другой способ получения величин отражения заключается в освещении образца вместе с излучением спектрально узкого света волн разной длины как излучениями цветными светоизлучающими диодами. Затем спектрально широкий сенсор регистрирует отдельные величины отражения.
Величины отражения и графики отражения предоставляют полную информацию об измеренном цвете. Стандартные цветовые величины XYZ воспроизводятся с помощью специальных вычислений, так называемой валентно-метрической оценки. Этот процесс имеет отношение к кривым отражения и стандартным функциям спектральных величин. Кривая отражения на рис. 15 , например, была построена спектрофотометром TECHKON серии SP. Кривая отражения начинается слева на синем участке спектра, начиная с длины волны 380 мкм, и заканчивается на красном участке с длиной волны 780 ммк.
Прибор выпускается в двух вариантах: сканирующий денситометр RS 400 создан для четырехкрасочной печати; а устройство RS 800 работает на спектральной основе и поэтому особенно подходит для измерений на особых цветах.