13. Измерение цвета. Трехстимульные коэффициенты. Способы пространственной организации цвета.

Измерение цвета

Колориметрия – наука о цвете и измерении цвета. Основана на законе Г. Грассмана, согласно которому, каждый цвет является суммой трех других цветов, взятых в определенных количествах (при смешении 2 из этих трех цветов не должен получаться третий).

Измерить цвет – значит выразить его через количественные величины.

При измерении цвета основной задачей является определение координат цвета.

Координаты цвета могут быть определены:

1) с помощью колориметра (количества трех цветов — так называемые координаты цвета — подбираются наблюдателем так, чтобы получить цвет, неотличимый на глаз от измеряемого цвета; результаты подбора фиксируются на измерительных шкалах); 

2) на основании спектров диффузного отражения или пропускания (при падении световых лучей на поверхность объекта часть лучей может пройти сквозь объект, часть – отразиться от поверхности, а часть – поглотиться; отношение отраженной, пропущенной и поглощенной частей потока излучения ко всему потоку, падающему на предмет, называют, соответственно, коэффициентом пропускания, отражения и поглощения). Для измерения коэффициентов отражения и пропускания используются спектрофотометры.

Типы сложения цветов

1) Аддитивное смешение – при смешении в зрительной системе происходит «смещение» световых лучей с разной длиной волны. Это значит, что речь идет о наложении друг на друга результатов воздействия на зрительную систему световых лучей с разной длиной волны.

В рамках этой модели рассматриваются: а) комплементарные цвета (каждый цвет имеет свой комплементарный цвет, занимающий диаметрально противоположноую позицию в цветовом круге): при их смешении получается белая или серая смесь; б) метамеры - пары световых лучей, которые, отличаясь друг от друга длинами волн, одинаково воздействуют на зрительную систему на нейронном уровне, вследствие чего и воспринимаются как один и тот же цвет (например, желтый монохроматический цвет и смесь красного и зеленого, дающая ощущение монохроматического желтого).

2) Субтрактивная модель – цвет получается за счет вычитания из отраженного от бумаги (или проходящего через прозрачный носитель) света определенной длины волны (получение цветов путем вычитания из спектрально-равномерного белого света отдельных световых лучей определенной длины волны). Данную модель можно продемонстрировать с помощью колориметра.

Трехстимульные коэффициенты

Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определённых количеств 3 линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов. Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называют основными цветами; они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). Тогда 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть ЦК данного цвета.

Психологическое воздействие любого цвета (С) эквивалентно психологическому воздействию трехкомпонентной смеси основных цветов, взятых в определенном соотношении:

C=xR+yG+zB,

где х, у и z — яркостные коэффициенты трех цветов с фиксированными длинами волн, содержание которых в смеси зависит от того, соответствие какому монохроматическому свету должно быть достигнуто.

Если цвета оказывают одинаковое воздействие на зрительную систему, невозможно сказать, где монохроматический свет, а где — смесь.

Способы пространственной организации цвета

1) Круг Ньютона: цветовой круг, составленный из 7 секторов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Данная модель стала следствием эксперимента Ньютона с разложением солнечного луча с помощью призмы. При смешении красного с фиолетовым получается пурпурный, которого нет в спектре. При смешении неблизких по спектру цветов теряется насыщенность, примешивается белый или серый цвет.

2) Цветовое веретено: конструкция веретена позволяет обнаружить любое цветоощущение, возможное в пределах трехмерного цветового пространства Яркость представлена вдоль вертикальной оси и изменяется от белого цвета (верх) до черного (низ).

Вертикальная линия, проходящая через центр веретена, представляет разные оттенки серого цвета. Насыщенность показана латерально и изменяется от центра к периферии, причем наиболее насыщенные цвета расположены на кромке центрального круга и в центре вертикальной оси, проходящей между белым и черным. Коническая форма веретена отражает тот факт, что насыщенность максимальна только при невысоких и средних уровнях яркости. Иными словами, насыщенность зависит от яркости. Чем дальше от середины оси яркости (либо светлее, либо темнее), тем меньше становится насыщенность цветового тона, добавление как белого, так и черного «разбавляет» его.Из этого также следует, что ни один слишком яркий или слишком темный цвет не может быть очень насыщенным. В точках, соответствующих вершинам веретена, белому и черному, свет бесцветен.

3) Треугольник МКО (Международная Осветительная Комиссия)

рис. 1

Основными цветами (X), (Y), (Z) системы XYZ являются нереальные цвета, выбранные так, что кривые сложения этой системы (рис. 1) не имеют отрицательных участков (отрицательных количеств основных цветов), а координата Y равна яркости наблюдаемого окрашенного объекта, т.к. кривая сложения у совпадает с функцией относительной спектральной световой эффективности стандартного наблюдателя МКО для дневного зрения.

На рис. 2 показан график цветностей (цветовой треугольник) х, у системы XYZ. На нём приведены линия спектральных цветностей, линия пурпурных цветностей, цветовой треугольник (R) (G) (В) системы МКО RGB, линия цветностей излучения абсолютно чёрного тела и точки цветностей стандартных источников освещения МКО А, В, С и D. Цветность равноэнергетического белого цвета Е (опорная цветность системы XYZ) находится в центре тяжести цветового треугольника системы XYZ. Эта система получила всеобщее распространение и широко используется в колориметрии. Но она не отражает цветоразличительных свойств глаза, т. е. одинаковые расстояния на графике цветностей х, у в различных его частях не соответствуют одинаковому зрительному различию между соответствующими цветами при одинаковой яркости.

 *Кривые сложения цветов – функции длины волны, которые получаются при графическом построении зависимостей количеств основных цветов от длины волны.