Цветометрия
ЦВЕТОМЕТРИЯ (колориметрия), наука о методах измерения и количеств. выражения цвета. Последний рассматривают как характеристику спектрального состава света (в т. ч. отраженного и пропускаемого несамосветящимися телами) с учетом зрительного восприятия. В соответствии с трехкомпонентной теорией зрения любой цвет можно представить как сумму трех составляющих, т. наз. основных цветов. Выбор этих цветов определяет цветовую координатную систему, в к-рой любой цвет м. б. изображен точкой (или цветовым вектором, направленным из начала координат в эту точку) с тремя координатами цвета - тремя числами. Последние соответствуют кол-вам основных цветов в данном цвете при стандартных условиях его наблюдения.Фундам. характеристикой цвета, его качеством, является цветность, к-рая не зависит от абс. величины цветового вектора, а определяется его направлением в цветовой координатной системе. Поэтому цветность удобно характеризовать положением точки пересечения этого вектора с цветовой плоскостью, к-рая проходит через три точки на осях основных цветов с координатами цвета, равными 1.
Св-ва цветового зрения учитываются по результатам экспериментов с большим числом наблюдателей с нормальным зрением (т. наз. стандартным наблюдателем). В этих экспериментах зрительно уравнивают чистые спектральные цвета (т. е. цвета, соответствующие монохроматич. свету с определенной длиной волны) со смесями трех осн. цветов. Оба цвета наблюдают рядом на двух половинках т. наз. фотометрич. поля сравнения. В результате строят графики ф-ций сложения цветов, или кривые сложения цветов, в координатах "соотношение основных цветов - длина волны спектрально чистого цвета".
Поскольку, согласно закону Г. Грассмана (1853), при данных условиях основные цвета производят в смеси одинаковый визуальный эффект независимо от их спектрального состава, по кривым сложения цветов можно определить координаты цвета сложного излучения. Для этого сначала цвет последнего представляют в виде суммы чистых спектральных цветов, а затем определяют кол-ва основных цветов, требуемых для получения смеси, зрительно неотличимой от исследуемого цвета.
Фактически основой всех цветовых координатных систем является Международная колориметрич. система RGB (от англ. Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий), в к-рой основными цветами являются красный (соответствующий излучению с длиной волны
=
700 нм), зеленый (
=
546,1 нм) и синий (
=
435,8 нм). Измеряемый цвет С в этой системе м. б. представлен ур-нием:
C
= R + G + B, где R, G, и В-координаты цвета С.
Однако
большинство спектрально чистых цветов невозможно представить в виде смеси
трех упомянутых основных цветов. В этих случаях нек-рое кол-во одного (или
двух) из основных цветов добавляют к спектральному цвету и полученную смесь
уравнивают со смесью двух оставшихся цветов (или с одним оставшимся цветом).
В приведенном выше ур-нии это учитывается переносом соответствующего члена
из левой части в правую. Напр., если был добавлен красный цвет, то C
+ R = G + B, или C= -R+G + B. Наличие отрицат. координат для
нек-рых цветов - существенный недостаток системы
RGB.
Наиб. распространена международная система XYZ, в к-рой основные цвета X, Y и Z - нереальные цвета, выбранные так, что координаты цвета не принимают отрицат. значений, причем координата Y равна яркости наблюдаемого окрашенного объекта.
- распределение энергии излучения источника освещения по длинам волн;
2) ф-цию
-
распределение по длинам волн интенсивности излучения, отраженного или пропущенного
объектом; 3) ф-ции сложения цветов, называемые иногда также ф-ция-ми восприятия
стандартного наблюдателя,
В цветометрии используют источники света А (близкий к лампе накаливания), С и D65, имитирующие солнечное освещение в разл. время суток. Их характеристики изучены и опубликованы в виде таблиц. Ф-ции восприятия
при разных размерах измеряемого поля, т. е. при разных сферич. углах наблюдения
(обычно 2° и 10°), также приводятся в справочной литературе. Ф-цию
измеряют с помощью спектрофотометров. Тогда координаты цвета данного объекта
можно рассчитать по ур-ниям:
Интегрирование производится в диапазоне
длин волн видимого излучения: от 380 до 760 нм.
Имеются также приборы - спец. фотоэлектрич.
колориметры, характеристики фильтров к-рых воспроизводят ф-ции восприятия
человеческого глаза. С помощью таких приборов сразу определяют величины
Цветность определяется координатами цветности
х,
у, z, к-рые рассчитывают по ур-ниям:
Т. е. цветность равна проекции на цветовую
плоскость (пересекающую оси координат при X=Y=Z=l) точки, характеризующей
данный цвет.
Недостаток цветовой координатной системы
XYZ
- неравноконтрастность: в зависимости от области цветового пространства
на одинаковые по величине участки приходится разное число (от 1 до 20)
цветовых порогов, т. е. границ различения цветов. Это существенно затрудняет
согласование измерений с визуальной оценкой.
Поэтому была предложена (1976) цветовая
координатная система Lab, где L - яркость, или светлота,
к-рая изменяется от 0 (абсолютно черное тело) до 100 (белое тело), координаты
-а, +а, -b, +b определяют зеленый, красный, синий и желтый цвета
соответственно.
Цветность представляет собой проекцию
данного цвета на плоскость ab. Система Lab более однородна
и дает лучшую корреляцию с визуальными определениями, т. к. ее параметры
- L, цветность и координаты а и b - близки привычным
субъективным характеристикам цвета: светлоте, насыщенности и цветовому
тону соответственно.
Восприятие цвета существенно зависит от
условий наблюдений. Поэтому в любой цветовой координатной системе при изменении
условий изменяются координаты цвета. Это явление называется метамеризмом.
Различают 4 основных вида метамеризма, связанные с изменением: 1) источника
освещения; 2) наблюдателя; 3) размера измеряемого поля; 4) геометрии наблюдения
(напр.. под каким углом смотрят на объект; вида освещения - диффузное или
направленное).
Измерения цвета лежат в основе инструментальных
методов оценки качества окраски разл. материалов красителями, расчета смесевых
рецептур крашения, оптимизации и автоматизации хим.-технол. процессов крашения
и произ-ва красителей.
Лит.: Гуревич М. М., Цвет и его измерение, М.-Л., 1950; Джадд Д., Вышецки Г., Цвет в науке и технике, пер. с англ., М., 1978.
И.М. Мовшович.