Колір і його властивості

1.Цвет та об'єкти, що вивчаються теорією кольору.

Дія на органи зору випромінювань, довжини хвиль яких знаходяться в діапазоні 390-710 нм, призводить до виникнення зорових відчуттів. Ці відчуття різняться кількісно і якісно. Їх кількісна характеристика називається світлин, якісна - кольоровістю.

Фізичні властивості випромінювання - потужність і довжина хвилі - тісно пов'язані з властивостями збуджуваного їм відчуття. Зі зміною потужності змінюється світлин, а із зміною котрі три хвилі кольоровість.

Перше уявлення про світлин і кольоровості можна проілюструвати, помістивши пофарбовану поверхню частково на пряме сонячне світло, а частково - у тінь. Обидві частини її мають однакову кольоровість, але різну світлин.

Сукупність цих характеристик позначається терміном «колір». За

Шредінгера (1920 р.), колір є властивість спектральних складів випромінювань, не розрізняються візуально.

У зв'язку з роллю колірних відчуттів у житті і діяльності людини виникла наука про колір - теорія кольору, або кольорознавство. Вона вивчає коло питань, пов'язаних з оптикою і фізіологією зору, психологією сприйняття кольору, а також теоретичні основи і техніку вимірювання та відтворення кольорів.

Тому що причиною виникнення колірного відчуття є дія світла, то один з розділів теорії кольору - фізики кольору - розглядає властивості світла, головним чином розподіл світлового потоку за спектрами випускання і відображення, а також способи отримання цих спектрів, апаратуру і приймачі випромінювання.

Дія випромінювань на-віч, причини виникнення зорового відчуття, зоровий апарат і його робота - зміст частини, що називається фізіологією кольору.

Співвідношення між фізичними характеристиками випромінювання та відчуттями, що викликаються діями випромінювань, - предмет психології кольору.

Метрологія кольору - розділ теорії кольору, який вивчає методи вимірювання кольору. Метрологія встановлює способи чисельного вираження кольорів, основи їх класифікації, методи встановлення колірних допусків.

Закономірності, знайдені фізикою, фізіологією, психологією і метрологією кольору, використовуються в теорії відтворення кольорового об'єкта. Вона є основою техніки отримання кольорових зображень в поліграфії, кінематографії та телебаченні.

Хоча теорія кольору широко застосовує досягнення суміжних галузей знань, вона користується власними методами дослідження, оригінальними і специфічними і тому є самостійною наукою.

2.Прірода колірного відчуття.

Характер колірного відчуття пов'язаний зі спектральним складом діє на око світла і з властивостями зорового апарату людини.

Вплив спектрального складу випливає з таблиці, в якій кольору випромінювань зіставлені із займаними ними спектральними інтервалами.

Фіолетовий 400-450 нм

Синій 450-480 нм

Блакитний 480-510 нм Зелений 510-565 нм

Жовтий 565-580 нм

Помаранчевий 580-620 нм

Червоний 620-700 нм

Разом з тим завдання оцінки кольори не вирішується простим виміром розподілу енергії випромінювання за спектром, як можна припустити на підставі таблиці. За інтервалу, займаному випромінюванням, колір можна вказати цілком однозначно: якщо тіло випромінює або відображає в межах 565 -

580 нм, то колір його завжди жовтий. Однак зворотне висновок вірно не завжди: за відомим кольором випромінювання неможливо впевнено вказати його спектральний склад або довжину хвилі. Наприклад, якщо випромінювання жовте, то це не означає, що воно займає названий інтервал або його частину. Жовтої виглядає і суміш монохроматичні випромінювань, що знаходяться поза цим інтервалу: зеленого ((1 = 546 нм) з червоним ((2 = 700 нм) за певних співвідношеннях їх потужностей. У загальному випадку видиме тотожність світлових пучків не гарантує їхньої тотожності по спектрального складу.

нерозрізнені за кольором, пучки можуть мати як однаковий склад, так і різний. У першому випадку їх кольору називаються ізомерних, у другому - метамерними.

Практика відтворення кольорових об'єктів вимагає одержання кольору, зорово невідмітне від відтвореного. При цьому не має значення, метамерних або ізомерних оригінальний колір і колір-копія. Звідси виникає потреба відтворювати і вимірювати колір, не залежно від спектрального складу випромінювання, що викликає дане колірне відчуття. Для фахівця, який використовує або відтворює колір, байдужий спектральний склад світла, відбиваного зразком. Для нього істотно, щоб копія була дійсно, наприклад жовтою, як зразок, а не жовто-зеленого або жовто-помаранчевою.

Теорія колірного зору пояснює, чому ділянку спектра, що знаходиться в межах 400 - 700 нм, надає світлове дію і з якої причини ми бачимо випромінювання в діапазоні 400 - 450 нм фіолетовим, 450 - 480 - синім і т.д. Сутність теорії полягає в тому, що світлочутливі нервові закінчення, що знаходяться в одній з оболонок очі і звані фоторецептора, реагують тільки на випромінювання видимої частини спектру.

Око містить три групи рецепторів, з яких один найбільш чутлива до інтервалу 400 - 500 нм, інша - 500 - 600 нм, третіх -

600 - 700 нм. Рецептори реагують на випромінювання відповідно до їх спектральної чутливістю, і відчуття всіх кольорів виникають в результаті комбінації трьох реакцій.

3.Общіе відомості про зоровому апараті.

Орган зору в цілому складається з трьох відділів - периферичного

(власне око), провідникового (зоровий нерв) і центрального

(зорова зона кори головного мозку в потиличної області).

Розглянемо в загальних рисах будівля очі, опускаючи деталі, що мають для теорії кольору другорядне значення.

Очна лінза - кришталик - дає оптичне зображення спостережуваного предмета, яке системою нервових закінчень, що знаходяться в одній з оболонок ока, перетворюється в сигнали. Вони по зоровому нерву передаються в потиличні частки головного мозку. В результаті цього з невідомих поки механізмам виникає зоровий образ предмета.

На рис.1 схематично зображено розріз очі.

Око являє собою кулясте тіло, утворене кількома оболонками. Зовнішня, звана білкової оболонки або склер, складається з сухожиль, непрозора і виконує захисну роль. Спереду вона переходить у прозору і більше опуклу оболонку - рогову. Під склер знаходиться судинна оболонка, в якій укладені кровоносні судини, що харчують очей. До неї по внутрішній стороні примикає пігментний шар клітин. Клітини поглинають розсіяне світло. Пігментний шар охороняє оптичне зображення, що створюється очної лінзою - кришталиком, від надмірного перекручування розсіяним світлом. Судинна оболонка спереду переходить у війкового (циліарного ) тіло, а потім - у райдужну оболонку, яка містить пігментні клітини. Простір між кришталиком і роговий оболонкою заповнено так званої водянистої вологою. Вона переважно складається з води (90%), в якій розчинені солі та білки. За кришталиком знаходиться склоподібне тіло, а також складається головним чином з води.

Отвір у центрі райдужної оболонки - зіниця - грає роль діафрагми.

При зміні світлового потоку, що попадає в око, площа зіниці змінюється: або кругові радужки звужують його, або радіальні розширюють.

Ці реакції (зрачковий рефлекс) мимоволі, їх роль полягає в оберігання світлочутливої оболонки ока - сітківки від надмірного подразнення при підвищеної освітленості. При її зниженні зрачковий рефлекс забезпечує достатню чутливість оболонки.

В органі зору наведення на різкість відбувається шляхом зміни оптичної сили кришталика, яка визначається кривизною його поверхонь.

кривизною управляють війкового м'язи тіла, що знаходиться в основі райдужної оболонки. При скорочення кругових м'язів зменшується натяг зв'язок кришталика , званих цінновимі. Тоді пружний кришталик приймає природну для нього опуклу форму, фокусна відстань зменшується і близький предмет зображується різко. Якщо ж предмет вилучений, кругові м'язи війкового тіла розслабляються, а радіальні скорочуються. В результаті цього кришталик стає менш опуклим і його фокусна відстань зростає . Ці явища отримали назву акомодації.

сітківки (ретиніт, або сітчастої оболонки) називається внутрішня оболонка ока. Це світлочутливий шар очі. У сітківці знаходяться нервові закінчення (рецептори) в яких відбуваються початкові перетворення променевої енергії, що приводять, зрештою, до виникнення світлового відчуття.

З очі виходить зоровий нерв, по якому нервові імпульси, що виникають внаслідок оборотного фотораспада речовин, що знаходяться в рецепторах, передаються в мозок. Місце виходу зорового нерва - сліпа пляма - ділянка , який не містить рецепторів.

У сітківці - три шари нервових клітин - нейронів, пов'язаних розгалуженнями - синапсами, що забезпечують передачу електричного сигналу від однієї клітини до іншої. Нейрони, найбільш віддалені від внутрішньої поверхні сітківки, закінчуються рецепторами. Вони бувають двох тирів: довгі і тонкі називаються паличками, товсті і короткі - колбочками. Палички забезпечують чорно-біле зір, колбочки - як чорно-біле, так і кольорове. Шестикутні за формою пігментні клітини охоплюють своїми відростками рецептори.

Рецептори передають сигнал через біполярні клітини другого шару гангліях

(скупченням нервових волокон), від яких він попадає в зоровий нерв.

Найбільш важлива з точки кольоросприйняття область сітківки - жовта пляма, розташоване в центральній її частині. Воно пофарбоване жовтим пігментом, що оберігає рецептори цій галузі від надмірного збудження короткохвильового випромінювання. Середня частина жовтої плями закріпити і називається, тому центральної ямкою. У середині центральної ямки знаходиться область, що містить тільки колбочки. Вона має кутовий розмір 2 (, що відповідає площі 1 мм2. Тут налічується близько 50 тис. колб, дуже близько розташованих один до одного. Висока поверхнева концентрація рецепторів забезпечує більшу роздільну здатність і світлочутливість цієї ділянки сітківки. При спостереженні деталі предмета очей орієнтується так. Щоб її зображення впало на середину ямки . Така орієнтація забезпечує найкраще сприйняття.

Світлова чутливість паличок і колб різко різна. Палички працюють при низьких освітленість і вимикаються при високих. Ці рецептори забезпечують так зване сутінкового зору, коли освітлення невеликі. У напівтемряві не розрізняються кольору, погано видно деталі. Це пояснюється тим, що палички розташовуються на сітківці значно рідше, ніж колбочки, і роздільна здатність паличкова апарату набагато нижче, ніж колбочкового.

Колбочковое зір називається денним. При високій освітленості, коли починають діяти колбочки , око розрізняє кольори і дрібні об'єкти.

У результаті світлового збудження паличок або колб у мозок передаються електричні імпульси, частота яких збільшується із зростанням освітленості сітківки. Імпульси досягають потиличних часток мозку, де порушують світлові відчуття, з яких складається зоровий образ об'єкту.

4.Световая і спектральна чутливість очі.

Здатність ока реагувати на можливе малий потік випромінювання називається світловою чутливістю. Вона вимірюється, як величина, порогової яскравості. Порогової називається та найменша яскравість об'єкта, наприклад, світлової плями, при якій воно може бути виявлено з достатньою ймовірність на абсолютно чорному фоні. Ймовірність виявлення залежить не тільки від яскравості об'єкта, але і від кута зору, під яким він розглядається, або, як кажуть, від його кутового розміру. Із зростанням кутового розміру зростає кількість рецепторів, на яке проектується пляма. Практично, однак, зі збільшенням кута зору більш ніж на 50 (чутливість перестає змінюватися.

Відповідно до цього світлова чутливість Sп. визначається як величина , зворотній порогової яскравості Bп., за умови, що кут зору (

(+50 (:

Sп. = (1/Вп.) ((50 ( Світлова чутливість дуже велика. Так, за даними Н. І. Пинегина, для окремих спостерігачів мінімум енергії, необхідний для появи зорового ефекту, становить 3-4 кванта. Це означає, що в сприятливих умовах паличкова світлова чутливість ока близька до граничної, фізично мислимій.

Колбочковая світлова чутливість, що забезпечує колірні відчуття, набагато нижче «ахроматичний», паличкова. За Н. І. Пинегин, для порушення колбочкового зору необхідно, щоб на одну колбочку в середньому впало не менше 100 квантів .

Монохроматичні випромінювання діють на око по-різному. Його реакція максимальна на середню частину спектру. Чутливість до монохроматичним, що визначається як відносна, називається спектральної.

Реакція очі, що виражається у виникненні світлового відчуття, залежить, по-перше, від потоку випромінювання Ф (, що впав на сітківку, а по-друге,-від тієї частки потоку, яка діє на рецептори. Ця частка є спектральна чутливість k (. Іноді для позначення того ж поняття застосовується термін спектральна ефективність випромінювання.

Твір k ((Ф (, визначає характеристику потоку випромінювання, пов'язану з рівнем його світлової дії звану світловим потоком

F (.

F (= Ф (k (. (1)

Отже, абсолютне значення спектральної чутливості визначається ставленням k (= F (/ Ф (.

Око має найбільшу спектральну чутливість до випромінювання (= 555 нм, відносно якої визначаються всі інші значення цієї величини.

При світових вимірах значення k (у формулі (1) прийнято заміняти твором k555 v (, де v (-відносне значення спектральної чутливості, що називається відносної спектральної світлової ефективністю випромінювання (відностью): v (= k (/ v555.

У таб. 1 дані значення відносної спектральної світлової ефективності деяких випромінювань.

| Найменування кольору | Довжина | Щодо | | світлових потоків | хвилі, нм | я |
| | | Спектральна |
| | | Світлова |
| | | Ефективності |
| | | Ь |
| Синювато-пурпуровий | 380 | 0,0001 |
| (фіолетовий) (bP) | | |
| Пурпурово-синій | 480 | 0,0116 |
| (синьо-фіолетовий) (bP) | | |
| Синій (B) | 465 | 0,075 |
| Зеленувато-синій (gB) | 482 | 0,15 |
| Синьо-зелений (BG) | 487 | 0,18 |
| Синювато-зелений (bG) | 493 | 0,24 |
| Зелений (G) | 498 | 0,29 |
| Жовтувато-зелений (yG) | 530 | 0,862 |
| Жовто-зелений (YG) | 555 | 1,00 |
| Зеленувато-жовтий (gY) | 570 | 0,952 |
| Жовтий (Y) | 575 | 0,91 |
| Жовтувато-оранжевий | 580 | 0,87 |
| (yO) | | |
| Помаранчевий (O) | 586 | 0,80 |
| Червоно-оранжевий | 596 | 0,68 |
| (rO) | | |
| Червоний (R) | 620 | 0,381 |

5.Суб'ектівние характеристики кольору.

Характер колірного відчуття залежить як від сумарної реакції цветочувствітельних рецепторів, так і від співвідношення реакцій кожного з трьох типів рецепторів. Сумарна реакція визначає світлин, а співвідношення її часткою - кольоровість.

Коли випромінювання дратує всі рецептори однаково (одиниця інтенсивності роздратування - «частка участі в білому»), його колір сприймається як білий, сірий або як чорний. Білий, сірий та чорний кольори називаються ахроматичними. Ці кольори не розрізняються якісно.

Різниця в зорових відчуттях при дії на-віч ахроматичні випромінювань залежить тільки від рівня подразнення рецепторів. Тому ахроматичні кольори можуть бути задані однієї психологічної величиною - світлини.

Якщо рецептори різних типів роздратовані неоднаково, виникає відчуття хроматичної кольору. Для його опису потрібні вже дві величини світлин і кольоровість. Якісна характеристика зорового відчуття, що визначається як кольоровість, двовимірна: складається з насиченості і колірного тону.

У тих випадках, коли, коли всі рецептори роздратовані майже однаково, колір близький до ахроматичними: якість кольору ледь виражено. Це, зокрема, білий з синім відтінком, синювато-сірий і т.д. Чим більше перевагу в роздратуванні рецепторів одного з двох типів, тим сильніше відчувається якість кольору, його Хроматичний. Коли, наприклад, порушено тільки красночувствітельние рецептори, ми бачимо чисто червоний колір.

Дуже далекий від ахроматичні.

Ступінь відмінності хроматичного кольору від ахроматичні називається насиченістю.

світлини і насиченість - характеристики, які є недостатніми для повного визначення кольору. Коли кажуть «насичений червоний» або «малонасищенний зелений", то окрім насиченості, згадується колірний тон кольору. Це те його свій?? тво, що мають на увазі у повсякденному житті, коли називають колір предмета. Не дивлячись на очевидність поняття, загальновизнаного визначення терміну «колірний тон» немає. Одне з них дається в такій формі: колірний тон - це характеристика кольору, що визначає його схожість з відомим кольором (неба, зелені, піску і т. д.) і виражається словами

«синій, зелений. Жовтий і т. д. ».

Тон кольору визначається рецепторами, що дають найбільшу реакцію. Якщо колірне відчуття формується в результаті однакового подразнення рецепторів двох типів при меншому внеску третього, то виникає колір проміжного тони. Так, блакитний колір відчувається при однакових реакціях зеленочувствітельних і сінечувствітельних оболонок.

Реакція рецепторів, що отримали найменше роздратування, визначає насиченість.

Відчуття жовтого виникає при рівних реакціях красночувствітельних і зеленочувствітельних колб. Якщо посилювати порушення красночувствітельних, колірний тон зміщується у бік помаранчевого. Якщо викликати роздратування і у сінечувствітельних, насиченість впаде.

Тон кольору, насиченість і світлин даного кольору залежать не тільки від спектрального складу випромінювання, але і від умов спостереження, стану спостерігача, кольори фону і т.д. Тому розглянуті тут характеристики називаються суб'єктивними.

6.Прінципи вимірювання кольору.

В основі будь-якої точної науки лежать вимірювання, тому що, розкриваючи зв'язку між явищами, вона, перш за все, розглядає кількісні їх співвідношення. Експериментальна перевірка будь-якого висновку вимагає проведення вимірювань. Вчення про вимір кольору називається метрологією кольору або колориметр.

Колориметрія використовує два способи кількісного опису кольорів. 1)

Визначення їх колірних координат і тим самим - строгих чисельних характеристик, за якими їх можна не тільки описати, але і відтворити.

Системи вимірювання кольору називаються колориметричні. 2) Знаходження в деякому наборі еталонних кольорів зразка, тотожного даному.

Сукупність зразків становить систему, яка називається системою специфікації.

7.Закон Грасмана.

Якщо на очей діє суміш випромінювань, то реакції рецепторів на кожне з них складаються. Змішання забарвлених світлових пучків дає пучок нового кольору. Отримання заданого кольору називається його синтезом. Закони синтезу кольору сформулював Г. Грасман (1853 р.).

Перший закон Грасмана (тривимірності). Будь-який колір однозначно виражається трьома, якщо вони лінійно незалежні.

Лінійна незалежність полягає в тому, що не можна отримати жодної із зазначених трьох кольорів додаванням двох остіальних. Закон стверджує можливість опису кольору з допомогою колірних рівнянь.

Другий закон Грасмана (безперервності). При безперервному зміну випромінювання колір змінюється також безперервно.

Не існує такого кольору, до якого неможливо було б підібрати нескінченно близький.

Третій закон Грасмана (аддитивності). Колір суміші випромінювань залежить тільки від їх кольорів, але не від спектрального складу.

З цього закону випливає факт, що має першорядне значення для теорії кольору, - адитивність колірних рівнянь: якщо кольори декількох рівнянь описані колірними рівняннями, то колір виражається сумою цих рівнянь.

8.Колоріметріческіе системи.

Результати будь-яких вимірювань повинні бути однозначні і порівнянними. Це

- одна з основних вимог метрології. Для його існування необхідно, щоб умови вимірювання, від яких залежать їх результати, були постійними, прийнятими за норму. Сукупність нормованих умов вимірювання кольору становить колориметричне систему. Нормують кольоровості основних, рівень яскравості, одиниці кількостей основних, розміри фотометричного поля - всі ці фактори визначають значення колірних координат вимірюваного кольору.

В основі будь-якої колориметричне системи знаходяться кольоровості квітів тріади, оскільки від них результати вимірювань залежать в особливо великому ступені. Основні випромінювання вибираються так, щоб вони у відповідності з першим законом Грасмана були лінійно незалежні. Цій вимозі відповідають випромінювання синього, зеленого і червоного кольорів. Трійка лінійно незалежних квітів називається тріадою. Для вимірювання кольору можна скористатися різними тріадами: основні можуть займати різні спектральні інтервали і ділянки спектру. Проте практично їх кількість обмежена .. Це пов'язано з тим, що Колориметрія пред'являє до основних не тільки вимога лінійної залежності, але й інші. Серед них - можливість легкого і точного здійснення основних і також можливо велика насиченість відтворюваних кольорів.

Як відомо з викладеного вище, з рівнем яскравості об'єкта пов'язана контрастна чутливість ока. Тому дві ділянки різних кольорів, розрізняє при одній яскравості, можуть виявитися, невиразні при іншій, коли чутливості ока знижується. Отже, умови колориметричних вимірювань доцільно унормувати так, що рівень яскравості поля був оптимальним щодо чутливості очі.

Те ж відноситься і до розмірів фотометричного поля. Спочатку (1931 р.) його розмір було встановлено 2 (, а пізніше (1964 р.) поряд з ним було прийнято більш широке поле - 10 (.

9.Сістема RGB.

Пропонувалися різні тріади основних. Їх кольори повинні задовольняти законами синтезу, але і добре відтворюватися. Коли створювалися колориметричні системи, лазер ще не був винайдений, і найбільш відтворюваним вважалися випромінювання від газосветних ламп, з яких за допомогою світлофільтру можна виділити монохроматичні строго визначених довжин хвиль . У 1931 р. на VIII сесії Міжнародного комітету з висвітлення

(МКО) за основні були прийняті кольору наступних випромінювань: червоне (R = 700 нм, легко виділяється за допомогою «крутого» червоного светофильтр із спектру звичайної лампи розжарювання; зелене (G = 546,1 нм, присутній у спектрі ртуті; синє (B = 700 нм, також присутній у спектрі ртуті;

Кольори цих випромінювань отримали назву кольорів R, G, B, а колориметричне система, що використовує їх як основних RG B.

Колір Ц в системі RG B представляється як сума основних помножених на координати кольору:

Ц = rR + gG + bB

Одночасно з цією системою була прийнята інша система - XYZ, основні кольори якої вибрані більш насиченими. Система RG B в сучасній колориметрії майже не використовується.

10.Сістема XYZ.

Одночасно з тріадою RGB була прийнята інша трійка основних. Її склали уявні кольору, більш насичені, ніж спектральні.

Оскільки таких квітів у природі немає, їх позначили символами невідомих величин X, Y, Z. Заснована на їх застосуванні колориметричне система отримала назву XYZ.

Одна з причин, що спонукали ввести уявні сверхнасищенние кольору, полягає в прагненні позбутися негативних колірних координат, неминучих у випадку реальних кольорів. А головне, система розроблена так, що ряд колориметричних розрахунків спрощується .

Основні кольори XYZ описуються в системі RGB наступними рівняннями:

X R = 0,4185 - 0,0912 G + 0,0009 B

Y = - 0, 1588R + 0,2524 G - 0,0025 B

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

11.Крівие складання.

кривими складання називаються графіки функцій розподілу по спектру колірних координат монохроматичні випромінювань, що має потужність, що дорівнює одному Вт Такі координати називаються питомими, тобто відносяться до одиниці потужності. Вони позначаються тими самими літерами, що і координати кольоровості r (() уд., g (() уд., r (() уд., або x (() уд., y (() уд., z (() уд ..

Питомі координати знаходять виміром квітів монохроматичні випромінювань довільної потужності і наступним поділом їх координат на потужність.

Криві додавання основних XYZ розраховують за формулами переходу від однієї системи колірних координат до іншої.

12.Свет від сонця і ламп.

Стандартні випромінювання (МКО).

У більшості випадків навколишній світ не є монохроматичним; раніше був наведений приклад двох типових світлових пучків - зеленого і синього кольору. Характерною рисою різних джерел світла (сонця, полум'я свічки, світла лампи розжарювання, люмінесцентної лампи і т.п.) є істотна відмінність у розподілі відносного кол-ва світла, випромінювання в діапазоні 390-710 нм. Світло лампи розжарювання містить відносно велику кількість випромінювання при довжині хвилі 650 нм, ніж світло від люмінесцентної лампи. Спектральний склад світла являє собою відносну енергію випромінювання, виділену в інтервалах довжин хвиль

(наприклад, в інтервалах шириною 10 нм) або у всьому видимому діапазоні.

спектральний склад світла можна визначити, як було сказано раніше, за допомогою спектрорадіометра, Крива, отримана у вигляді залежності відносної енергії випромінювання від довжини хвилі, називається кривою відносного спектрального розподілу енергії. На малюнках 2 і 3 представлені типові криві для світла лампи розжарювання і люмінесцентної лампи. Порівняння двох кривих для світла лампи розжарювання і люмінесцентної лампи показує, що при довжині хвилі 450 нм відносно більшу кількість випромінювання дає люмінесцентна лампа, а при 650 нм - лампа розжарювання. За формою обох кривих поблизу 380 нм, звідки випливає, що випромінювання такої люмінесцентної лампи розжарювання включає ультрафіолетовий складову. На кривої розподілу спектральної енергії випромінювання люмінесцентної лампи денного світла спостерігаються чотири вертикальні смуги. Кожна захоплює інтервал довжин хвиль 10 нм, у межах якого є різкий пік, або стрибок випромінювання, характерний для парів ртуті, що знаходиться у слухавці. Плавні безперервні частини кривий характеризують випромінювання фосфором у лампі. Скачки, що представляють собою чотири монохроматичні випромінювання ртуті, накладаються або змішуються з дифузним багатокомпонентних випромінюванням фосфором. На малюнку 4 представлені типові криві спектрального розподілу прямого сонячного світла I і світла північного неба II, обчисленого під кутом 45 (до горизонту в Клівленді, шт. Огайо. На малюнку також показано горизонтальна лінія Е, яка додається до них з тим, щоб представити равноенергетіческое розподіл з незмінною від довжини хвилі відносної енергією. Цей розподіл служить як умовного визначення білової світла для обговорюваних нижче цілей. Загалом , воно представляє інтерес, тому що може розглядатися в якості різновиду середнього білого кольору, що знаходиться між двома крайніми випромінюваннями: світлом північного неба і випромінюванням звичайної лампи розжарювання. У зв'язку з тим, що сприймаються кольору предметів зазвичай змінюються з освітленням, при якому вони спостерігаються, тому кольору порівнюються при денному світлі. Однак при ідентифікації і вимірюванні кольору необхідно точно встановити спектральний склад денного. З цієї причини визнали практичним встановлення прийнятних для всіх країн стандартів у вигляді умовних і разом з тим типових складів випромінювань по довжинах хвиль. Ці стандарти звані випромінюваннями МКО , були встановлені

CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) - Міжнародною комісією з освітлення (МКО). Стандартні випромінювання являють собою таблиці з числами, що встановлюють фіксовані спектральні склади. Світло, що має такий же склад, може бути відтворений у цветоізмерітельних лабораторіях за допомогою спеціальних ламп і фільтрів. На малюнках представлені графіки, що характеризують деякі важливі випромінювання МКО.

Одне випромінювання, зване А МКО, за хвильовому складу досить близько наближається до світла лампи розжарювання з вольфрамової ниткою 500 Вт (2860

К). Випромінювання У МКО являє типовий зразок спектрального складу прямого сонячного світла. Особливо важливим є випромінювання З МКО, так як його спектральний склад хвиль типовий для денного світла. Випромінювання В і С МКО представляють спектральний склад сонячного та денного

(розсіяного) світла досить добре, але тільки в діапазоні 400-700 нм.

Для вимірювання кольору люмінесцирує речовин необхідно використовувати випромінювання, відносні енергії яких у діапазоні 300 -- 400 нм також характерні для сонячного та денного світла. Тому були введені нові стандартні випромінювання, що представляють спектральний склад різних фаз денного світла; найбільш поширені з них є випромінювання D55,

D65 і D75 МКО. У більшості застосувань випромінювання С МКО було замінено випромінюванням D65 МКО, яке представляє собою спектральний склад типового денного світла в діапазоні 300-830 нм. Нові випромінювання засновані на детальному вивченні спектрального складу денного світла. На малюнку можна порівняти криві відносного розподілу спектральної енергії випромінювання С і D65 МКО. Обидві криві істотно розрізняються тільки в області нижче 380 нм.

13.Расчет координат кольору зразка за його спектру пропускання.

Випромінювання при проходженні через прозорий об'єкт зазнає змін. Частина випромінювання поглинається і розсіюється у вигляді тепла, а частина проходить крізь матеріал. Світло, що пройшло через прозорий об'єкт, наприклад кольорове скло, називається пропущеним світлом. Залежність енергії пропущеного світла від довгої хвилі називається спектром пропускання. Якщо через червоне скло пропустити випромінювання, наприклад від джерела A, то найбільша відносна енергія буде спостерігатися в червоній області. На малюнку представлений спектр пропускання червоно-пурпурного скла.

Коли світло від джерела проходить через кольорове скло і, потрапляючи в очі, викликає відчуття червоного, значить колір скла - червоний. Знаючи спектр пропускання прозорого об'єкта, можна знайти його колір. Для вирішення цього завдання потрібно скористатися адитивність колірних координат і зв'язком координат кольору з питомими. Для кожного з монохроматичні випромінювань, що входять до пропущений світло, можна записати:

Ц (= xуд. (Ф (X + yуд. (Ф (Y + zуд. (Ф (Z.

Згідно з третім законом Грасмана - законом аддитивності - колір суміші випромінювань визначається сумою рівнянь змішуються квітів, тобто

(Ц (= ((xуд. (Ф (X + yуд. (Ф (Y + zуд. (Ф (Z) = (xуд. (Ф (X + (yуд. (

Ф (Y + (zуд. (Ф (Z

З цього виходить:

X = (xуд. (Ф (;

Y = ( yуд. (Ф (;

Z = (zуд. (Ф (;

Тіла природи мають безперервні криві пропускання по всьому спектру, отже, колірні координати можна виразити в інтегральної формі: | |
| X =? xуд. (Ф (d (; (1) |
| |
| Y =? yуд. (Ф (d (; (2) |
| Z =? zуд. (Ф (d (; (3) |

14.Программа для визначення колірних координат.

Для визначення кольору об'єкта за його спектру можна скористатися програмою. За вихідними дані повинні беруться спектр пропускання і питомі координати. Спектр пропускання і питомі координати подаються у вигляді чотирьох файлів, в яких записані тридцять три значення. Дані з файлів зчитуються в масиви. Потім вважаються інтеграли за допомогою формули Сімпсона. Отримані значення X, Y і Z переводяться в координати

RGB. За допомогою функції RGB (r, g, b), параметри якої приймають значення від 0 до 255, виводиться на екран колір об'єкта. Кожен параметр процедури дорівнює координаті кольору в системі RGB, помноженої на 255. Для наочності будується крива спектра пропускання. На малюнку 6 показано приклад виконання програми визначення кольору. Програма розроблена на мові програмування Visual Basic (6. Мінімальні системні вимоги: 486

DX, монітор і відео карта, що підтримують режим SVGA, 256 квітів, Windows

95/98 і вище.

Зміст.

| |
| 1.Цвет та об'єкти, що вивчаються теорією кольору. |
|--------------------------------- 1 |
| 2.Прірода колірного відчуття. |
| 3.Общіе відомості про зоровому |
| апараті .------------------------------------ 2 |
| 4.Световая і спектральна чутливість |
| очі .------------------------- 4 |
| 5.Суб'ектівние характеристики |
| кольору .---------------------------------------- 5 |
| 6.Прінципи вимір |
| кольору .----------------------------------------------- ---- 6 |
| 7.Закон |
| Грасмана .----------------------------------------------- -----------| |------- 7 |
| 8.Колоріметріческіе системи. |
| 9.Сістема RGB. |
| 10.Сістема |
| XYZ .----------------------------------------------- ----------------| |----- 8 |
| 11.Крівие складання. |
| 12.Свет від сонця і ламп. Стандартні випромінювання |
| (МКО ).--------------- 9 |
| 13.Расчет координат кольору зразка за його спектру |
| пропускання .------- 11 |
| 14.Программа для визначення колірних координат. |
|----------------- 12 |

Список використаної літератури:

1. Ж. Агостон «Теорія кольору і її застосування в дизайні» М. «Мир» 1982 г.

2.б. А. Шашло «Колір і кольоровідтворення» М. «Книга» 1986 г.

3.Б. Сайлер Д. Спотс «Використання Visual Basic (6 М.« Вильямс »2000 р.

Саратовский державний університет ім. Н. Г. Чернишевського

Курсова робота

«Визначення кольору об'єкта за його спектру пропускання»

Виконав студент фізичного факультету кафедри оптики 132 групи

Моренко Роман Анатольевіч

Науковий керівник:

Симоненко Г.В.

Саратов. 2001

-----------------------

Оптичний нерв

Кришталик очі

Фовеа

Сітківка

Райдужна

оболонка

Крива спектра пропускання

33 значенняспектра пропускання

Координати кольору в системі XYZ.

Колір об'єкта

Рис.1 Розріз очі.

Таб. 1 Відносна спектральна світлова ефективність очі

Рис.2 спектральний склад світла від лампи розжарювання з вольфрамової ниткою
(випромінювання А)

Рис.3 спектральний склад світла від люмінесцентної лампи денного світла.

Рис.4 спектральний склад сонячного світла (I) і світла північного неба (II).

Рис.5 Криві відносного спектрального розподілу світла післяпроходження через червоно-пурпурне скло.

Рис. 6 Приклад виконання програми.