Главная - Литература

0 1 2 3 [4] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ление. При определенном направлении рассматривания поверхностно отраженный световой поток не будет попадать в глаз и цвет поверхности будет определяться только световым потоком, прошедшим светопоглощающую среду.

Если светопоглощающая среда состоит из оптически неоднородных веществ, то свет по мере его прохождения в глубь слоя частично поглощается, а частично отражается от поверхностей раздела этих сред и в сторону наблюдателя выходят световые потоки, отраженные с различных глубин слоя.

Текстильные материалы являются оптически неоднородной средой. Примерно 1-3% падающего на окрашенные материалы светового потока отражается от его поверхности, а остальная часть отражается от многочисленных поверхностей раздела фаз, проходя различный путь в светопоглоща-ющей среде. Цвет таких материалов занисит поэтому от глубины проникания красителя в волокна, а в случае использования смесей красителей - и от характера их распределения по толще волокна. Более сильное влияние на цвет ткани оказывает тот краситель, который располагается в поверхностных слоях ткани и волокон.

В силу влияния перечисленных выше факторов на цвет непрозрачных материалов определение спектрального состава результирующего излучения путем перемножения значений мощности монохроматических лучей в спектре источника света на коэффициенты отражения этих лучей цветными поверхностями, окрашенными индивидуальными красителями, не обеспечивает достаточной точности.

Глава 3. КОЛОРИМЕТРИЯ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

МЕЖДУНАРОДНОЙ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МКО

Международная колориметрическая система МКО предусматривает возможность выражения цвета тремя координатами цвета или двумя координатами цветности и светлотой. Кроме того, цвет можно выразить цветовым тоном, чистотой и светлотой.

Координаты цвета, а также координаты цветности находятся расчетным путем на основе спектрофотометрических характеристик цветных тел или с помощью цветоизмерительных приборов. Определение цветового тона и чистоты производится на основе значений координат цвета по специальной диаграмме, называемой цветовым графиком МКО.

Основные и единичные цвета,

координаты цвета и цветности, кривые сложения

Международная колориметрическая система базируется на первом законе оптического смешения цветов, согласно которому любой цвет может быть выражен через три линейно независимых цвета. Координаты цвета - количества трех линейно независимых цветов, оптическое смешение которых обеспечивает получение данного цвета. Резолюцией МКО в качестве трех линейно независимых цветов приняты следующие монохроматические излучения: красный R (\ = = 700 нм), зеленый G (X =546,1 нм), синий В (X -435,8 нм). Цвета этих излучений носят название основных цветов. Каждое принятое монохроматическое излучение имеет определенную мощность в единицах световой энергии. Мощность излучения R составляет 1 лм (люмен), излучения G - 4,6 лм, излучения В - 0,06 лм. Излучения R, G, В указанной мощности называются единичными цветами или единичными стимулами. При оптическом смешении этих излучений в таких количествах получается белый цвет.

Таким образом, координаты цвета в системе R, G, В - это такие кодичества единичных цветов R, G, В (обозначаемые как г , g, Ь ), при оптическом смешении которых получается цвет, тождественный в визуальном отношении данному. Сумма координат цвета называется модулем (т), а отношение координат цвета к модулю - координатами цветности, или трехцветными коэффициентами:

r+g +b - m, (3.1)

r~ A", i = g/m, b = bjm. (3.2)

Модуль характеризует цвет с "-количественной стороны, а координаты цветности - с качественной. В этом легко убедиться на следующем примере. Представим себе два цвета, у одного из которых каждая координата цвета в два раза больше, чем у другого. Цвет, у которого координаты в два раза выше, может быть представлен как суммарный цвет, состоящий из двух цветов, имеющих в два раза меньшие координаты. От сложения двух таких одинаковых цветов их цветовой тон и чистота не изменятся, а только увеличится в два раза яркость результирующего цвета. Следовательно, цвет, имеющий в два раза больший модуль, обладает в два раза большей яркостью, в то время как цветность его (т.е. его качество) остается неизменной. Качество цвета изменяется только при непропорциональном изменении координат цвета, т.е. при изменении координат цветности.

Единичные цвета R, G, В, послужившие в качестве базовых при проведении экспериментов в процессе разработки



системы, при последующем ее совершенствовании были заменены тремя нереальными цветами X, Y, Z.

В результате перехода к новым основным цветам любой цвет стали выражать через количества цветов X, Y, Z, сумма которых обеспечивает получение данного цвета Эти количества цветов X, Y, Z (обозначаемые как х , у , z ) носят название координат цвета в системе XYZ. В этой системе модуль цвета (т) и координаты цветности х, у, z соответственно равны

х +у +7 = т; (3.3)

х = х/т; у -у/т; z-zjm. (3.4)

Замена реальных излучении R, G. В тремя реально не воспроизводимыми цветами привела к тому, что координаты цвета для любых цветов стали выражаться только положительными величинами, а определение одной из характеристик цвета, а именно яркости цвета, значительно упростилось. Методику выбора цветов X, Y, Z см. на с. 37-46.

В общем виде в системе- XYZ цвет любого излучения F выражается уравнением

F= xX + yY+ zZ. (3.5)

Координаты цвета рассчитывают по следующим формулам:

ТВО 780 780

х =]ф(к)х (X)rfX; у = ;Ф(Х)7(Х)<Л; z = f Ф(к)г (K)dKt (3.6)

380. 380 380

где ч(Х) - мощность монохроматических лучей в световом потоке, идущем от светящегося или несветящегося тела; х (X), у (X), г (X) - значения координат цвета монохроматических излучений постоянной мощности от 380 до 780 нм в системе XYZ (стандартные величины).

Формулы (3.6) позволяют вычислить координаты цвета светящихся тел, а также непрозрачных и прозрачных несветящихся тел. Однако при характеристике цвета несветящихся тел нет надобности производить измерение состава отраженного или пропущенного ими света. Определение цвета таких тел принято проводить при стандартных источниках света, Ф (X) в этом случае равно для непрозрачных предметов фк (MP (М , ДЛЯ прозрачных Ф№ (Х)т (X), где 0W (X) - мощность монохроматических лучей в спектре стандартного источника света; р (X) и т~(Х) - спектральные коэффициенты отражения и пропускания монохроматических лучей. Формулы для расчета координат цвета непрозрачных тел приоирета-ют следующий вид:

780 780

х= J**wO-)P(>.)* >•=/Ф*><Х)р(Х);ИХ)<Л;

380 ЗВО

J,*,/*w(X)p(X)z(X)dX. (d-)

При расчете координат цвета прозрачных тел или растворов р (М в формулах (3.7) заменяется спектральным коэффициентом пропускания т(Х) . Ниже приведено обоснование стих расчетных выражений.

Координаты цвета любого сложного по составу излучения можно определить исходя из того, что каждая координата цвета излучения равна сумме соответствующих координат цвета составляющих его монохроматических излучений. Координаты цвета этих излучений в свою очередь могут быть рассчитаны как произведения координат цвета монохроматических излучений, имеющих мощность, равную единице, на мощность излучений, значения которых находятся по спектру излучения. Координаты цвета монохроматических излучений единичной мощности были рассчитаны на основе данных, полученных В. Райтом и Ж. Гилдом.

Оптическая схема установки, использованной Райтом, представлена на рис. 14. В качестве основных цветов были взяты монохроматические излучения с длинами воли 650,



Рис. 14. Оптическая схема установки Райта для измерения цвета спектральных монохроматических излучений



530, 460 нм. Источник света И, которым служил раскаленный шарик вольфрама, освещал с помощью конденсора Кр входную щель Щ спектрального прибора. Объектив Ох посылал параллельный пучок света на две расположенные друг за другом спектральные 60-градусные призмы #j и #2. которые разлагали проходящий через них свет в спектр. Призма ITPj полного внутреннего отражения, помещенная в пучок света после спектральных призм Я, и П2, отклоняла часть лучей на объектив 02, в фокальной плоскости которого образовывался сплошной спектр источника И. В плоскости спектра располагались три прямоугольные призмы К, 3, С, возвращавшие обратно падающие на них лучи спектра. Прямоугольное ребро призмы К совмещалось в спектре с красным излучением (X =650 нм), ребро призмы 3-е зеленым излучением (X = 530 нм), ребро призмы С - с синим излучением (X = 460 нм). Пройдя через объектив 02, отраженные лучи красного, зеленого и синего цвета с помощью призмы полного внутренного отражения ПРг, подобной призме ПРХ, но расположенной несколько ниже (см. нижнюю часть рис. 14, где показан ход лучей в вертикальной плоскости), направлялись снова через спектральные призмы П1 и Пг. После второго прохождения через призмы Я, и П2 лучи света с длинами волн 650, 530 и 460 нм делались снова параллельными друг другу. Отразившись от плоских граней в призме ПРЪ и специальной фотометрической призме Р, параллельные лучи соединялись в фокальной плоскости окулярной лиизы ОК.

Выходной зрачок прибора, представляющий собой вертикальную щель, помещенную в фокусе линзы ОК, выделяет узкую часть каждой из трех наложенных друг на друга спектральных полос. Мощности каждого из трех излучений, проходящих через выходной зрачок и попадающих в глаз наблюдателя, могут изменяться независимо друг от друга путем передвижения поглощающих свет клиньев Кл, расположенных перед призмами К, 3, С, что влечет за собой изменение цвета одной нижней половины поля зрения, обозначенной на рис. 14 цифрой 1. Излучения, выделяемые призмами К, 3, С, являются в данном случае основными, а их цвета - основными цветами прибора.

В передней фокальной плоскости окулярной линзы помещалась диафрагма Д поля зрения, имевшая форму квадрата, сторона которого видна наблюдателю под углом в 2 . Яркость поля зрения соответствовала в среднем от 20 до 104 кд/м2, т.е. в основном не опускалась ниже предела, обеспечивающего нормальную работу кол бочкового аппарата глаза.

Пучок света, заполняющий другую (верхнюю) часть поля зрения, обозначенную на рисунке цифрой 2, также

берет свое начало в источнике Я, проходит через колли-маторный объектив О,, затем призмы /7, и П2 и, минуя призму ПРХ, попадает на объектив Оъ, в фокальной плоскости которого образует другой спектр того же источника И. Две прямоугольные призмы Ф и Рб отражают два пучка света обратно в Оэ, обернув их одновременно около вершины прямого угла и отклонив несколько вниз. Пройдя между призмами ПРХ и ПР2 (см. нижнюю часть рис. 14), через спектральные призмы Пх и П2 и отразившись от гипо-тенузной грани призмы ПРА , пучки света от Ф и Рб заполняют верхнюю часть диафрагмы Д поля зрения {глаз Г наблюдателя видит квадратное отверстие диафрагмы Д разделенным на две части). Перемещая призмы Ф и Рб в плоскости второго спектра, можно изменять длины волн пучков света, попадающих в выходной зрачок прибора.

Призма Ф направляет в глаз монохроматическое излучение исследуемой длины волны. Поскольку цвет чистого монохроматического излучения не может быть воспроизведен смешением трех основных излучений, для установления цветового тождества на обеих половинах поля зрения к исследуемому монохроматическому излучению, отраженному от призмы Ф, добавляется одно из трех основных излучений, которое "разбавляет" насыщенный цвет и вместе с ним дает смесь, цвет которой может быть воспроизведен смесью основных излучений. Для разбавления насыщенного цвета служит призма Рб, прямоугольное ребро которой совмещается во втором спектре с длиной волны разбавляющего излучения.

На одну часть диафрагмы Д проецировались монохроматические излучении всех длин воли, а на другую - три монохроматических излучении, соответствующие основным цветам. Путем изменения мощности этих трех основных излучений устанавливалось тождество по цвету между измеряемым монохроматическим излучением и оптической смесью основных излучений. Мощность основных излучений при этом фиксировалась, а затем рассчитывалась доля каждого основного цвета в их смеси. Эти доли и являются координатами цветности монохроматических излучений в системе выбранных цветов.

Для расчета координат цветности .сначала составляется цветовое уравнение. Например, при использовании для целей разбавления излучения красного цвета (X = 650 нм) после установления цветового тождества на обеих половинах поля зрения оно будет иметь следующий вид:

F(X) + Г, (X)R =7(Х)R + g(\)G + b(X)B,

где F{X) - измеряемый монояром этический цвет; Г](Х) - мощность излучения разбавляющего цвета: г (X), g(\), й(Х) - мощности излучения основных цветов R, G, В,



0 1 2 3 [4] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20



0.0008