Измерение цвета (версия Миг)

Рис.1 Колориметрический метод. Цветовые части света: красный, зелёный,синий регистрируются тремя фотосенсорами

Рис.2 Спектральный денситометр

Измерение цвета — раздел колориметрии, объективный способ определения характеристик светового потока исходящего от источника видимого света (отражённого или прямого) 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

Цветное зрение происходит при дневном освещении работой колбочек сетчатки глаза (см. Ретиномоторная реакция фоторецепторов (версия Миг)), которые оппонентно выделяют самые яркие основные лучи спектра света S,M,L — красные, зелёные, синие (RGB), сфокусированные на колбочки сетчатки глаза предметные точки изображения.

Спектр (версия Миг) первичных источников света (солнце, электрическая лампа, свеча, монитор и др.), как правило состоит из смеси электромагнитных волн различной длины (или частоты колебаний). Мы видим лишь электромагнитное излучение (видимый спектр) в диапазоне длин волн 380 — 780 нм, который занимает промежуточное положение между ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями.

В условиях дневного освещения воспринимаемый нами свет — это белый цвет, который в силу оппонентного выделения колбочками глаза основных лучей спектра RGB (красного, зелёного, синего) сфокусированной предметной точки на блок из минимум трёх колбочек. Каждая колбочка блока, выделенный один из трёх самых ярких биосигналов (S,M,L — синий, зелёный, красный), отправляет в зрительные отделы зрительной коры. При этом дневной свет — как смесь трёх лучей RGB с длинами волн разной длины в равных пропорциях (255) (cм. Белый цвет).

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, в век высоких технологий не приходится рассчитывать на наш визуальный способ оценок цветов и его оттенков. Сейчас цвет измеряется промышленным способом с применением чувствительных точных приборов и приспособлений, которые точно определяют цвета для воспроизведения их и применения в науке, технике, искусстве не зависимо от наших ощущений. Сейчас дизайнерами, художниками и учёными создаются и увеличиваются каталоги цветов, которые получают всё новые названия при их аттесации приборами (колорометрическими и спектральными) с последующей регистрацией для применений в качестве новых красителей и при необходимости восстановления или опопознания цветов.(См. также ).

Синтез цвета

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 (см. рис.2).

• Первичные (основные) цвета RGB или XYZ:

Красный (красный),

Зелёный (зелёный),

Синий (синий).

Смешение трёх основных цветов с одинаковой пропорцией даёт белый цвет.

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

• Вторичные (дополнительные) цвета :

Жёлтый = (красный+зелёный),

Пурпурный цвет = (красный+синий),

Голубой цвет = (зелёный+синий).

Смешение трёх дополнительных цветов даёт коричневато серый цвет, а не нейтрально чёрный, что используется художниками, полиграфистами. Краски, красители — это среды, которые 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

Рис.1 Спектр смешения цветов: красного, зелёного, синего

Рис. 2 Схема аддитивного синтеза цвета в RGB

Аддитивный синтез цвета— метод смешения основных, аддитивных цветов, основанный на сложении, то есть цветов непосредственно излучающих объектов. Метод основан на особенностях строения зрительного анализатора человека, в частности на таком явлении как метамерия. Смешивая цвета можно воспроизвести любой воспринимаемый человеком цвет (версия Миг). Согласно науке о цвете, любой цвет может быть создан из суммы трех любых цветов, каждый из которых не может быть создан сочетанием двух других.

На рис.1 показаны результаты смешения трёх аддитивных цветов RGB. Три основные спектральные цвета смешанные поровну создают белый цвет. При смешении этих цветов яркость их меняющаяся и складывается. Цвет, полученный в результате аддитивного синтеза всегда ярче, чем каждый отдельный цвет до смешивания.

В результате (рис.1, 2)имеем:

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

Например, принципом работы оптических экранов — поверхностей, на которых создаются преобразованные оптические сигналы оптических изображений с целью отражения зрителю преобразованного оптического изображения. Это экраны цветных телевизорв, мониторов, пелефонов и т.п., которые являются типичными примерами аддитивного синтеза цвета.

Субтрактивный синтез цвета

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:

• В — пурпурный (пурпурный),
• С — жёлтый (жёлтый),
• А — голубой(голубой),

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 = коричнево-чёрный

Рис. 4 Схема смешения цветов

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

Стандартные цветовые величины XYZ

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, конкректному арифметическому описанию цвета. Например, найденый 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

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 имее такую градацию:

Y = 34,51

x = 0,569

у = 0,400

Цветовые модели CIELAB и CIELUV

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 или светлоты распределяются вдоль вертикальной оси в центре цветового пространства. (Cм. Цветовая система Манселла (версия Миг)).

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

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 параллелного 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

Метамерия — свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета.

• В более узком смысле, метамерией называют явление, когда два окрашенных образца цвета воспринимаются одинаковыми под одним источником освещения (имеют одну окраску), но теряют сходство при других условиях освещения (с другими спектральными характеристиками излучаемого света).
• Синоним этого слова, Метамеризм - редко используемый термин, "калька" с английского слова.

Метамерия важна в выборе цвета для текстиля, в полиграфии (печатаемые цвета), особенно в случаях печатания специальными красками, которые должны обладать возможно малой метамерией.

Способы замера цветов

Способы замера цветов описаны в Стандарте DIN 5033.

Колориметрический метод

Измерительный (эталонный) свет (см. рис.1), излучаемый лампой, отражается образцом и воспринимается тремя фотосенсорами. Фильтры, создающие в трёх цветных каналах спектральную чувствительность, соответствующую стандартным спектральным функциям, и таких, которые имитируют спектральную чувствительность сетчатки глаза и соответствуют зрительным сенсорам глаза. Определение сигнала сенсора получает стандартные цифровые величины XYZ для красного, зелёного и синего цветов. Затем они используются для всех остальных колориметрических вычислений.

Ограничения, имеющиеся у данной системы, заключаются в неполном моделировании нескольких типов света, в нехватке величин спектрального отражения и измерения метамерии.

Спектральные методы

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

Современные измерителные средства измерения цвета (см. рис.2) ( 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 (пикселей). Сначала электронные элементы увеличиваются, переводятся в цифровую форму, оцифровываются и далее системой АЦП оценивают сигналы высокого разрешения, производимые несколькими диодами. Начальным результатом спектрального измерения является получаемая 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 цвете (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

В настоящее время методы и средсва для измерения цвета вышли на совершенно новый уровень. Фирма Techkon GmbH (германская фиома) создала целый ряд измерительных устройств и программ для цветовых измерений в полиграфическом производстве, где очень высокий спрос на методы и приборы в данной области. 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 базе операционной системы Windows на экране дисплея незамедительно показываются все необходимые данные измерений, непосредственно, с помощью которых можно точно управлять полиграфическим оборудованием печати (в том числе и цветной). В результате сокращается время наладок, уменьшается сервис при работе и повышается качество печати.

Принцип работы

• Спектроденситометр SD 620, линейный привод LT (новшество). Сканирующий денситометр расположен на подвижном кронштейне и имеет возможность перемещаться с помощью мотора 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, которая вообще не доступна для визуального просмотра. С нужным масштабированием на экране компьютера можно видеть растрирование плёнки или печатной формы.
• Программное обеспечение для среды Windows TECHKON DMS Pro рассчитывает автоматически на базе этого 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

• 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

• Фотометрия
• Теории цветного зрения (версия Миг)
• Цветное зрение у человека (версия Миг)
• Цветное зрение у птиц (версия Миг)

Примечания

1. перенаправление шаблон:цвета радуги