Основы измерения цвета

Рассеиваемый телами свет попадает в глаз человека и создает на сетчатке изображение наблюдаемой картины. Освещенность изображения тела на сетчатке пропорциональна яркости тела. Яркость – это та фотометрическая величина, которую мы непосредственно ощущаем. Приближаясь к телу или удаляясь от него, мы не замечаем изменения его яркости. Постоянство ощущения яркости тела, непосредственная правильная оценка его глазом. Глаз с большой точностью устанавливает равенство двух яркостей, при благоприятных условиях с погрешностью не более 1%.

К_m – максимальная спектральная световая эффективность, т.е. световой поток, создаваемый одним ваттом излучения с длиной волны, для которой чувствительность V(λ) = 1.

Значению чувствительности V(λ) = 1 соответствует λ = 555 нм. Экспериментально найдено, что К_m – максимальная спектральная световая эффективность = 683 лм/Вт.

Цвет занимает объем в пространстве, цвет – трехмерен. Для численного выражения цвета используют три координаты, его определяющие; цветовой тон или доминирующая длина волны – λ; чистота цвета – р; яркость – В или светлота – L. Доминирующая длина волны – это длина волны того чисто спектрального излучения, к которой ближе всего измеряемый цвет. Любой цвет можно считать смесью чисто спектрального цвета с белым. Чем меньше примесь белого, тем чище цвет. У чисто спектрального р = 1, у белого р = 0. У любого реального цвета р лежит в пределах от 0 до 1. Если р = 0, цвет называют ахроматическим (это белый, черный и серый), а если р > 0 – хроматическим.

Поскольку В – яркость, то она может не ограниченно возрастать от 0 до очень больших значений. Однако для несамосветящихся объектов вместо яркости используют другую характеристику. У несамосветящегося, объекта самого по себе, нет определенного цвета. У него есть только присущий ему спектральный коэффициент диффузного отражения –р(λ). Цвет появится только после того, когда объект будет освещен излучением того или иного спектрального состава. Преимущество коэффициента отражения перед яркостью заключается в том, что он не может превышать единицу и ни одна из координат цвета (λ, р) теперь не уходит в бесконечность. Однако ее большой недостаток состоит в том, что по осям координат отложены различные физические величины, различной размерности. Расчеты производить в такой системе координат очень сложно.

Определение характеристик цвета несветящихся тел может проводиться тремя методами:

- расчетным методом по кривым спектрального отражения или пропускания света;

- с помощью колориметрических приборов;

- с использованием атласов цветов.

Расчетный метод нахождения характеристик цвета сводится к определению координат цвета интегральным методом или методом избранных ординат. При необходимости с помощью цветовых графиков МКО переходят от координат цвета к характеристикам: цветовой тон, чистота, светлота цвета. Методика таких расчетов приведена в справочной литературе. Методика наиболее точная и зависит только от точности измерения спектрального коэффициента отражения или пропускания.

Колориметрические приборы предназначены для непосредственного измерения цвета. В зависимости от принципа регистрации излучения они делятся на визуальные, где измерение цвета производится визуально, и фотоэлектрические – с помощью фотометрических устройств. Колориметрические приборы подразделяются на два вида – колориметры и компараторы.

Измерение цвета в визуальных колориметрах сводится к уравниванию цвета двух половин видимого в окуляре поля зрения. Цвет одной половины поля зрения соответствует цвету измеряемого образца, а другой – цвету, получаемому в приборе. Визуальный колориметр может быть аддитивным или субтрактивным, так как для практического образования различных цветов используют два способа: аддитивный и субтрактивный.

Аддитивное образование цветов наблюдается в том случае, когда на органы зрения действуют одновременно или в быстрой последовательности несколько излучений различного цвета. Глаз воспринимает их как один цвет, т.е. цветовые излучения, полученные от разных источников, могут быть смешаны и воспринимаются глазом как один суммарный.

В аддитивном колориметре на поле сравнения направляются три (иногда и больше) световых пучка, спектральный состав каждого из которых обуславливает один из трех основных цветов данного колориметра. Смешиваясь в разных пропорциях, они дают возможность получить цвет, равный измеряемому.

Субтрактивное образование цветов, это когда из общего светового потока каким-либо образом отфильтровывают определенные цвета. Например, если смотреть на полихроматическое ЭМИ, испускаемое солнцем через желтый светофильтр, прошедший через него световой, поток вызовет ощущение желтого цвета. Желтый светофильтр пропускает ЭМИ, создающее в совокупности ощущение желтого цвета, и поглощает остальные.

В субтрактивных колориметрах подбор цвета, соответствующего измеряемому образцу, осуществляется пропусканием потока белого света через три светофильтра.

Измерение цвета с помощью фотоэлектрических колориметров основано на том, что излучение освещающего источника света, отраженное от измеряемого образца или пропущенное через него, воспринимается тремя фотоэлектрическими приемниками, величины фототоков которых пропорциональны координатам цвета образца. В колориметрах последних конструкций вместо трех используется один фотоэлемент, пред которым при измерении последовательно устанавливаются три специальных светофильтра.

На компараторах измеряют различие в цвете сравниваемых образцов. Полученные на приборах значения используют для расчета общего цветового различия или координат цвета. За счет использования метода сравнения близких по цвету образцов точность цветовых измерений на компараторах выше, чем на фотоэлектрических колориметрах.

Два цвета можно сравнивать и без всяких приборов, непосредственно глазом. Если имеется некоторое количество накрасок, координаты цвета которых известны, можно хотя бы приближенно определить цвет неизвестной окраски, подобрав к ней наиболее близкий образец накраски. Систематизированный набор образцовых накрасок называют цветовым атласом. В атласе указано, при каком источнике света следует проводить сравнение, а также приведены ветнове характеристики накрасок в различных системах.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие основные колориметрические и фотометрические величины вы знаете?

2. Что такое яркость?

3. Какими методам можно проводить определение характеристик цвета несветящихся тел?

4. Какие типы колориметрических приборов вам известны?

5. Как производится измерение цвета в визуальных колориметрах?

6. Что измеряют на компараторах?