Измерение цвета

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Цвет
Рис.1 Колориметрический метод. Цветовые части света: красный, зелёный,синий регистрируются тремя фотосенсорами
Рис.1a Спектральный денситометр

Измерение цвета — раздел колориметрии, объективный способ определения характеристик светового потока исходящего от источника видимого света (объекта) с применением оптических устройств (приборов) с целью исключения субъективного фактора — зрительного ощущения от действия света.

В настоящее время при измерении цвета, после оцифровки его характеристик, информация о цвете обрабатывается, передаётся без образца с помощью цифр. Другое важное применение (полиграфия) — измерение цветовых различий между образцом и пробным печатным оттиском для обеспечения качества печати. Измерение цвета является основой для составления нормативных материалов, подбора красок (очень важно при ремонте автомобилей при покраске отдельных мест).

Существуют два основных метода измерений:

  • Колориметрический
  • Спектральный

Введение[править]

Свет является видимой областью спектра электромагнитных волн. Видимые цвета различаются нами при достаточной освещённости. Воздействие определённой или сразу нескольких длин волн на сетчатку глаза вызывает определённое цветовое ощущение.

Спектр первичных источников света (солнце, электрическая лампа, свеча, монитор и др.), как правило состоит из определённой смеси электромагнитных волн различной длины. Мы видим лишь электромагнитное излучение (видимый спектр) в диапазоне длин волн от 380 до 780 нм. Эта область занимает промежуточное положение между ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями. Дневной свет воспринимаемый нами как белый, содержит видимые волны разной длины примерно в одинаковых пропорциях.

Восприятие и ощущение цвета непостоянно, и существенно зависит от совокупности физических, физиологических и психологических факторов. В то время как мы легко можем улавливать цветовые различия между двумя смежными цветовыми тонами (оттенками), то запоминать цвет в точности, узнавать его и сравнивать — сложная, порой неосуществимая задача. Поэтому, необходим надёжный, не зависящий от субъективных параметров способ оценок цветов и его оттенков.

Сейчас цвет измеряется промышленным способом с применением чувствительных приборов и приспособлений, которые определяют цвета в виде набора параметров для дальнейшего их воспроизведения и применения в науке, технике, искусстве независимо от наших ощущений. Сейчас создаются и расширяются существующие каталоги цветов, которые получают новые названия при их аттестации с последующей регистрацией для применения в качестве эталонов.

Синтез цвета[править]

Кривые сложения цветов (ЦКС МКО RGB)
(Кривые сложения цветов (ЦКС МКО XYZ)

Наше субъективное восприятие цветов основано на главных понятиях синтеза цветов:

  • Аддитивный синтез цвета
  • Субтрактивный синтез цвета

Различают первичные (основные) и вторичные (дополнительные) цвета.

  • Первичные (основные) цвета:
красный,
зелёный,
синий.

Смешение трёх основных цветов даёт белый цвет.

Если смешивать два основных цвета, то получим один из трёх дополнительных цветов.

  • Вторичные (дополнительные) цвета:
Жёлтый (красный+зелёный),
пурпурный (красный+синий),
голубой (зелёный+синий)

Смешение трёх дополнительных цветов даёт серовато чёрный цвет, а не нейтрально чёрный, что используется художниками, полиграфистами. Краски, красители — это среды, которые поглощают и отражают лучи света, а вычитание из белого цвета отдельных его спектральных составляющих (красных, зелёных, синих излучений основного цвета) называемое субтрактивным синтезом цвета предполагает фильтрацию его абсолютно чистыми фильтрами, имеющими насыщенные цвета. Полностью насыщенный цвет пропускает или отражает не более двух первичных цветов. Откуда, субтрактивный синтез цвета находит широкое применение в полиграфии, живописи, цветной аналоговой фотографии (с фотоматериалами с фотоэмульсионным слоем).

Аддитивный синтез цвета[править]

Рис.2 Схема аддитивного синтеза цвета
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Аддитивный синтез цвета

Аддитивный синтез цвета— метод, основанный на смешении основных, аддитивных цветов цветов, то есть цветов непосредственно излучающих объектов. Смешивая различные цвета можно воспроизвести любой воспринимаемый человеком цвет используя особенности работы зрительного анализатора человека, а именно используя такое свойство глаза как метамерия. Согласно науке о цвете, любой цвет может быть создан из суммы трех цветов, каждый из которых не может быть создан сочетанием двух других.[1]

На рис.2 показаны результаты смешения трёх аддитивных цветов RGB. Три основные спектральные цвета смешанные поровну создают белый цвет. При смешении этих цветов яркость их изменяющаяся и складывается. Цвет, полученный в результате аддитивного синтеза всегда ярче, чем каждый отдельный цвет до смешивания.

В результате (рис.2)имеем:

  • Красный + зелёный = жёлтый(С)
  • Синий + зелёный = голубой(А)
  • Красный + синий = пурпурный(В)
  • Красный + зелёный +синий = белый

Например, принцип работы экрана цветного телевизора — типичный пример аддитивного синтеза цвета.

Субтрактивный синтез цвета[править]

Рис.3 Схема субтрактивного синтеза цвета в CMYK
Рис. 4 Таблица смешения цветов

Четырёхцветная автотипия (CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Key colour) — субтрактивная схема формирования цвета, используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати. Схема CMYK, как правило, обладает сравнительно небольшим цветовым охватом.

Субтрактивный синтез физических цветов (рис.3) — прямая противоположность аддитивного синтеза основных спектральных цветов. Вторичные спектральные цвета:

  • Впурпурный.
  • Сжёлтый.
  • Аголубой.

смешанные в субтрактивном синтезе цвета, являются дополнением первичных цветов, смешанных в аддитивном синтезе цвета, как показано в таблице (Рис. 4) результатов смешивания:

  • Пурпурный + жёлтый = красный
  • Голубой + жёлтый = зелёный
  • Голубой + пурпурный = синий
  • Голубой + пурпурный + жёлтый = серовато-чёрный

При смешения двух первичных цветов создаются вторичные цвета. В итоге смешения двух вторичных цветов, далее, создаётся первичный цвет. При смешивании основных вторичных цветов поровну создаётся физический чёрный цвет. Цвет, полученный от вторичных цветов, всегда будет темнее, чем цвета, которыми они создаются.

Колориметрические системы и колориметрия[править]

Стандартные цветовые величины XYZ[править]

Рис. 5 Тип оранжевого цвета для стандартных цветовых градаций стандартного света от источника D 65 и угла наблюдения 10°.

Стандартные зависимости спектральных величин являются базой для любого арифметического вычисления цветов путем измерения. При помощи колориметра функции представлены в виде стандартных цветовых градаций XYZ для набора любого цвета. Стандартные цветовые величины XYZ используются для расчета всех других колориметрических показателей, как, например, L*a*b* и L*u*v*. Стандартные цветовые величины XYZ приводят к определённому, конкретному арифметическому описанию цвета. Например, найденный тип оранжевого цвета характерен для стандартных цветовых градаций XYZ из условий стандартного света от источника D 65 и угла наблюдения 10° в виде результата: (см. рис. 5).

Стандартная таблица цветов CIE[править]

Известно, что стандартные цветовые градации XYZ были не достаточно ясными, и не обеспечивали получения изображений и оттенков более высокого качества, а также более яркие цвета. CIE пыталась обойти этот недостаток, создавая стандартную таблицу цветов CIE, где 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 компоненты подсчитываются по формулам:

X=\(\frac{X}{X+Y+Z}\)
У=\(\frac{Y}{X+Y+Z}\)

и находятся в пределах от 0 до 1. Y будет колебаться в пределах: от 0 для чёрного цвета и 100 — для белого.

Оранжевый цвет имеет следующую градацию:

Y = 34,51
x = 0,569
у = 0,400

Цветовые модели CIELAB и CIELUV[править]

Определение цветовой точки в пространстве

В 1976 году CIE доработала колориметрические системы с двумя новыми стандартизированными цветовыми пространствами:

  • L*a*b* цветовое пространство CIE 1976
  • L*u*v* цветовое пространство CIE 1976

Цветовые модели CIELAB и CIELUV в настоящее время являются главными 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 базу для расчетов.

L*a*b* — цветовые градации в цветовом пространстве и 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.

Пример (параметры замера) с оранжевым цветом при его измерении по новой методике:

Цветовые различия между номинальными и реальными образцами[править]

Рис.3,Нахождение величины координат дельта D(ΔE)
Рис.4,Определяемые величины различий яркости,насыщенности, различий в цвете

Цветовые пространства L*a*b* и L*u*v* обладают преимуществом в представлениях цветовых различий, для равнорасположенных случаев при восприятии цветов одноимённых, но представленных для параллельного рассмотрения в двух вариантах: образцами номинальными и такими же реальными образцами цветов. Это делает оценку цветовых различий между номинальными и реальными образцами более лёгкой. Способ оценки цветовых различий двух таких вариантов является основой для оценки качества цвета. Это относится ко всем областям деятельности, производства, а также к применению цветов в первую очередь в полиграфии.

Постоянно растущие запросы к качеству цветов, к стабильности и надёжности поставляемых красок в соответствии с принятыми нормативами, идентификации воспроизведения цветов разными производителями обеспечиваются специальными процессами и современной технологией измерения.

Количество цветовых различий определяется с помощью величин «дельта» — D (на рис.3 это — (ΔE)). Определяемые величины D являются разницей между номинальными и реальными значениями. Все величины измерения цвета могут выражаться как значения приращений D. Пример: (см. рис.4)

Метамерия[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Метамерия

Метамерия — свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета. Учитывать свойство метамерии при выборе цвета для предмета (текстиль, полиграфия и пр.) очень важно, особенно в случаях когда окрашенный предмет будет использоваться при различном освещении (различный спектральный состав источника света).

Способы замера цветов[править]

Способы замера цветов описаны в Стандарте DIN 5033.

Колориметрический метод[править]

Измерительный (эталонный) свет, излучаемый лампой, отражается образцом и воспринимается тремя фотосенсорами. При помощи оптических фильтров, для каждого фотосенсора вырезается определённый узкий участок спектра. Оцифровка сигнала сенсора выдаёт некие цифровые величины XYZ для красного, зелёного и синего цветов. Затем эти величины используются для всех остальных колориметрических вычислений.

Ограничения, имеющиеся у данной системы, заключаются в неполном моделировании различных типов цветов, в нехватке величин спектрального отражения.

Спектральные методы[править]

Рис.4,Кривая отражения R спектрофотометра содержит всю информацию об измеряемом цвете

Современные измерительные средства измерения цвета (например, спектроденситометр SD 620 может быть использован для различных цветовых измерений путем свободно выбираемых измерительных фильтров) — спектрофотометры измеряют величины отражения видимых лучей по всей видимой области спектра. Для этого весь измеряемый спектр делится на участки с полосой пропускания 10-20 нм. Каждый участок представляет одну величину отражения. В новейших измерительных устройствах модули матричного диода (grid или grated-array-diode) или модули фильтра-диода (filter-diode) вызывают спектральную составляющую измеряемого света, отражённого образцом, лучи которого попадают на разделённые секции. Дифракционная сетка модуля матричной сетки-диода рассекает свет и проектируется на диодную матрицу с предпочтительным количеством 256 расположенных рядом диодов. Сначала электронные сигналы с фотоприёмников усиливаются, а затем, переводятся в цифровую форму системой АЦП (оцифровываются). Конечным результатом спектрального измерения является полученная серия измеряемых величин отражения, которые представляются в виде графиков кривых измеряемого спектра отражения.

В итоге величины отражения и графики отражения предоставляют полную информацию об измеренном спектре (см. рис.4). Стандартные цветовые величины XYZ воспроизводятся с помощью специальных вычислений, так называемой валентно-метрической оценки. Этот процесс соотносится с кривыми отражения и стандартными функциям спектральных величин.

Приборы для измерения цвета[править]

Фирма Techkon GmbH (германская фирма) создала целый ряд измерительных устройств и программ для цветовых измерений в полиграфическом производстве, где очень высоки требования к точности передачи при печати цветов. Устройства измерения цвета находятся в постоянном развитии и совершенствовании. В производственной программе имеются ряд устройств для денситометрических и спектрофотометрических измерений на оттисках. Посредством программного обеспечения TECHKON ExPresso на экране дисплея выводятся все необходимые данные измерений, с помощью которых можно точно управлять полиграфическим оборудованием при цветной печати. В результате сокращается время на насторйку, наладку, упрощается сервисное обслуживание оборудования и повышается качество печати.

Принцип работы[править]

  • Спектроденситометр SD 620, линейный привод LT. Сканирующий денситометр расположен на подвижном кронштейне и имеет возможность перемещаться с помощью привода по всей зоне — контрольной печатной полосе. Данный привод универсален и может крепиться на сканирующих устройствах прежних выпусков.
  • Цифровой микроскоп DigitalMicroScope DMS 910 выдаёт информацию о цвете не доступной для визуального просмотра. С нужным масштабированием на экране компьютера можно видеть "растрирование" плёнки или печатной формы.
  • Программное обеспечение TECHKON DMS Pro рассчитывает автоматически на базе цифрового изображения точные величины заполнения площадей краской, растровые величины и углы наклона растровых рядов. При этом измерения могут быть выполнены для различных способов растрирования:
  • амплитудно-модулированных,
  • частотно-модулированных,
  • для разных линиатур растра.

Стандарты[править]

  • ГОСТ Р 52662-2006 (ИСО 7724-2:1984) Материалы лакокрасочные КОЛОРИМЕТРИЯ Часть 1 Основные определения
  • ГОСТ Р 52662-2006 (ИСО 7724-2:1984) Материалы лакокрасочные КОЛОРИМЕТРИЯ Часть 2 Измерение цвета
  • ГОСТ Р 52490-2005 (ИСО 7724-3:1984) Материалы лакокрасочные КОЛОРИМЕТРИЯ Часть 3 Расчет цветовых различий

См. также[править]

Примечания[править]

  1. http://www.oval.ru/enc/80656.html


Web colors black silver grey white red maroon purple fuchsia green lime olive yellow orange blue navy teal aqua