Fotometria i kolorymetria

Transkrypt

1 8. Kolorymetria: wprowadzenie historyczne (poglądy intuicyjne; poglądy empiryczne; modele XIV-XIX-wieczne). Atlasy barw. Miejsce i termin konsultacji (zima 2013/2014): pokój 18/11 bud. A-1, poniedziałki 13-15, środy 11-13

2 Kolorymetria i widzenie barwne - Mielicki J. Zarys wiadomości o barwie Fundacja Rozwoju Polskiej Kolorystyki, Łódź Felhorski W., Stanioch S. Kolorymetria trójchromatyczna WNT, Warszawa Ratajczyk F. Podręcznik Kolorymetria praktyczna (w przygotowaniu) - Kozłowski T. Teoria postrzegania barw - Pastuszak W. Trzy spojrzenia na barwę Wydawnictwo Lekarskie PZWL Warszawa Pastuszak W. Barwa w grafice komputerowej PWN Warszawa 2000

3 Kolorymetria i widzenie barwne

4 Kolorymetria i widzenie barwne Widmo światła białego nm VIOLET - fiolet nm BLUE - niebieski nm GREEN - zielony nm YELLOW - żółty nm ORANGE - pomarańczowy nm RED - czerwony

5 Kolorymetria i widzenie barwne Prof. Paul Schils Kolor jest swoistą kombinacją: fizycznym połączeniem światła, procesów fizjologicznych w ludzkim oku oraz nerwach a w konsekwencji również reakcji na bodźce w naszym mózgu. Większość ze wspomnianych powyżej wielkości trudno w zasadzie mierzyć.

6 Kolorymetria i widzenie barwne Elementy procesu obserwacji barwy Barwę można określać przez opisanie cech charakteryzujących wrażenie, jakie powstają w umyśle (barwa postrzegana), albo przez scharakteryzowanie bodźców świetlnych, wywołujących jej wrażenie (barwa psychofizyczna).

7 Historia nauki o świetle. Poglądy intuicyjne Empedokles ur-495 B.C. Akragas (Agrigento, Włochy) zm-435 B.C. Peloponez (Grecja) Postrzeganie jest możliwe jedynie w sytuacji bezpośredniego zetknięcia narządu zmysłu z przedmiotem. Twórca koncepcji czterech żywiołów (i związanych z nimi barw): Biały - Ogień Czarny - Woda Czerwony - Powietrze Pomarańczowo-Żółty - Ziemia (gorące-suche) (zimne-mokre) (mokre-gorące) (suche-zimne)

8 Historia nauki o świetle. Poglądy intuicyjne Demokryt ur-460 B.C. Abdera zm-370 B.C. Filozof grecki, główny przedstawiciel starożytnego materializmu. Ok. 430 p.n.e. ogłosił teorię o atomistycznej budowie świata, stąd zwany jest ojcem materializmu. Sformułował teoriopoznawczą koncepcję tzw. idoli tj. odbitek obrazów, form, rzeczy przenikających do narządów zmysłowych i umożliwiających poznanie. Sam proces widzenia sprowadzał do swoiście pojętego dotyku, kontaktu oka z idolami. Biały Czarny Czerwony Żółto-zielony

9 Historia nauki o świetle. Poglądy intuicyjne ur-427 B.C. Ateny zm-370 B.C. Ateny Platon Był w starożytności czołowym przedstawicielem idealizmu. W kosmologii stał na stanowisku, że świat zbudowany z odwiecznej materii przez Demiurga został urządzony celowo i harmonijnie. Jego zdaniem jedynym realnym światem jest świat idei, świat materialny zaś jest jedynie jego odbiciem. Twierdził, że widzenie obrazu odbywa się w skutek światła wydobywającego się z oka ludzkiego. Biały Czarny Czerwony Błyszczący (!)

10 Historia nauki o świetle. Poglądy intuicyjne Arystoteles ur-384 B.C. Stagira (Chalcidice Grecja) zm-322 B.C. Chalcis (Euboea Grecja) Uważał, że nieokreślony ruch, który odbywa się od przedmiotu do oka, ulega zmianie przy przejściu przez ciało przeźroczyste. Twierdził także, że wzrok nie postrzega światła, tylko barwę przedmiotu, bo światło jest aktem rzeczy przeźroczystej jako przeźroczystej. Według Arystotelesa światło nie jest substancją, tylko obecnością ognia lub czegoś w tym rodzaju w materii przeźroczystej. Uważał, że każdy kolor powstaje w wyniku modyfikacji koloru białego, prowadzącej do otrzymania barwy czarnej.

11 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Alhazen Abu Ali Hasan Ibn al-hajsam, Ibn al-hajtam أبو علي الحسن بن الحسن بن الهيث ur-965 Basra (Irak) zm-1038 Kair (Egipt) - nazywany jest ojcem optyki geometrycznej; - według tradycji wynalazca soczewki; - wykonuje również lustro paraboliczne. - wynalazca camera obscura; - zajmował się również naturą światła, załamywaniem i rozszczepianiem promieni słonecznych, tęczą oraz efektem halo; - jako pierwszy opisywał części oka i próbował wyjaśnić proces widzenia; wysunął hipotezę, że świecące obiekty emitują promienie świetlne, które wpadają do oka i stymulują widzenie; - wykazał, że promienie padający i odbity znajdują się w tej samej płaszczyźnie; - zaobserwował, że kolory na obracającej się tarczy są odbierane jako jedna barwa, będąca ich mieszaniną.

12 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Giovan(ni) Battista della Porta (Giambattista) ur-1535 Vico Equense zm-1615 Neapol (Włochy) Już jako młody chłopiec zbudował camera obscura, używając w jej otworze przesłony oraz soczewkę. Główne dzieło: Magiae naturalis sive de miraculis rerum naturalium, 1558 Zajmował się m.in. fizjologią oka i teorią widzenia. Stwierdził, że elementem wrażliwym oka jest... soczewka, a nie siatkówka!

13 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Aron Sigfrid Forsius ur-1550 (Finlandia) zm-1637 Jako pierwszy w roku 1611 stworzył system porządkowania barw. Jego system przedstawiał pięć barw: czerwony, niebieski, zielony, żółty, oraz szary: od białego do czarnego.

14 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Franciscus Aguilonius ur-1567 zm-1617 François d'aguilon Flamandzki jezuita; matematyk, fizyk i architekt. Stworzył najstarszy system używający pięciu barw: czerwonej, żółtej, niebieskiej, białej i czarnej, które jako pierwszy nazwał kolorami prostymi. Ilustracja autorstwa Rubensa do dzieła "Opticorum libri sex philosophis juxta ac mathematicis utiles autorstwa François d'aguilon. Demonstruje powstawanie rzutu.

15 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Robert Fludd Robertus de Fluctibusur ur-1574 Bearsted (Milgate?) zm-1637 Londyn doktor medycyny, filozof, pisarz, zajmował się studiowaniem ludzkiej psychiki. Wyznawca nauk różokrzyża i alchemik, członek królewskiego kolegium fizyków. Po raz pierwszy opublikował koło barw, składające się z pięciu kolorów: niebieski, zielony, czerwony i dwa rodzaje żółtego. Oprócz tego występowały w nim biały i czarny.

16 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Athanasius Kircher ur-1601 Turyngia (Niemcy) zm-1680 Rzym (Włochy) Jezuita, teoretyk muzyki i matematyk. Stworzył ciekawą konstrukcję kosmologiczną, gdzie ruch planet przyrównywany był do ruchu skarabeusza (!) Usiłował powiązać kolory z dźwiękami.

17 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Richard Waller Jego kwadrat barw był ostatnim krokiem w dziedzinie teorii barw przed serią eksperymentów Newtona i jego sposobem uporządkowania barw podstawowych na podstawie spójnej koncepcji fizycznej. Ważne natomiast, że było to zakończenie starych teorii które twierdził, że barwy powstają na wskutek dodania ciemności do światła białego później teorie te ożywiał z wielkim zapałem niejaki J. W. Goethe R. Waller, «A catalogue of simple and mixt colours», Philosophical Transactions of the Royal Society, XVI, 1686

18 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Sir Izaak Newton ur-1642 Woolsthorpe (Anglia) zm-1727 Londyn (Anglia) Newton badał właściwości barw i ich związek ze światłem. Ówcześnie twierdzono, że barwy powstają na skutek modyfikacji światła, które stanowi barwę białą w czystej postaci. Twierdzenie to stało się powodem przeprowadzenia przez Newtona serii doświadczeń, w których wąską wiązkę światła, przepuścił przez pryzmat.

19 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Sir Izaak Newton Newton obserwując efekty tego doświadczenia na zaciemnionej ścianie pokoju zauważył, że promień światła przechodzący przez pryzmat ulega załamaniu a poszczególne barwy załamywały się w różnym stopniu.

20 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Sir Izaak Newton Wynikiem tego doświadczenia było wyróżnienie pasma sąsiadujących barw: czerwonej, pomarańczowej, żółtej, zielonej, niebieskiej, indygo i fioletowej, które Newton przedstawił w postaci koła barw. Światło jest niejednorodną mieszaniną, w skład, której wchodzą podstawowe barwy składowe. Jest to założenie stanowiące podstawy teorii o addytywnym mieszaniu barw.

21 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Tobias Mayer ur-1723 Marbach, Württemberg zm-1762 Göttingen Niemiecki matematyk i astronom. Stworzył trójkąt barw operując trzema podstawowymi kolorami: cinnabar, massicot i azurite, gdzie każda barwa powstawała ze zmieszania bazowego koloru z co najmniej 1/12 innego koloru. Czerń i biel traktowane były jako przedstawienie światła lub ciemności, służąc do rozjaśnienia bądź przyciemnienia barwy. T. Mayer, «De affinitate colorum commentatio», Göttingen 1775

22 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne ur-1730 zm-1788 Moses Harris Angielski naturalista, entomolog, rytownik. Zajmował się badaniem prac Isaaca Newtona i na ich podstawie stworzył kołowy diagram barw. Diagram zawiera 360 kolorów powstałych w wyniku mieszania trzech pigmentów: czerwonego, niebieskiego i żółtego. Te trzy barwy nazwał podstawowymi. Opisał więc subtraktywne dodawanie barw. M. Harris, The Natural System of Colours, Licester Fields, ca. 1766

23 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Johann Heinrich Lambert ur-1728 Mülhausen Alzacja zm-1777 Berlin Szwajcarsko-niemiecki matematyk, astronom, fizyk, filozof. Stworzył siedmiopoziomową piramidę barw: w najniższym trójkącie znajdują się najciemniejsze, a ponad nimi coraz jaśniejsze odcienie. System tworzony był na potrzeby barwiarzy.

24 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Ignaz Schiffermüller ur-1727 Austria zm-1806 Koło kolorów, oparte na 4 kolorach: czerwonym, niebieskim, zielonym i żółtym, podzielone na 12 segmentów. (blue, sea-green, green, olive-green, yellow, orange-yellow, fire-red, red, crimson, violet-red, violet-blue and fire-blue). Schiffermüller, «Versuch eines Farbensystems», Vienna 1772

25 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne James Sowerby ur-1757 zm-1822 Angielski naturalista i ilustrator. J. Sowerby, «A New Elucidation of Colours, Original, Prismatic, and Material: Showing their Concordance in Three Primitives, Yellow, Red, and Blue: and the Means of Producing, Measuring, and Mixing Them: with Some Observations on the Accuracy of Sir Isaac Newton», London Prekursor idei Thomasa Younga o istnieniu trzech receptorów w oku

26 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Angielski fizyk. Thomas Young ur-1773 Milverton zm-1829 Londyn Jako pierwszy w 1801 roku ogłosił hipotezę o istnieniu trzech typów receptorów w oku (czerwonych, zielonych i niebieskich) odpowiedzialnych za widzenie barwne. Young rozumował, że sprowadzenie nieskończonej ilości prostych drgań świetnych do małej ilości barw wynika z fizjologicznego mechanizmu siatkówki, a nie jak przypuszczano przed nim, z właściwości samego światła. Dopiero Helmholtz w 1852 roku dowiódł teorii Younga.

27 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Johann Wolfgang von Goethe ur-1749 Frankfurt zm-1832 Weimar Niemiecki poeta, pisarz, filozof. W swoich teoriach Goethe jest oponentem Newtona. Różnica ich poglądów wynikała z dwóch odmiennych sposobów mieszania barw. Newton mieszał kolorowe światło, natomiast Goethe barwniki. Goethe uważał, że mieszanina wszystkich kolorów nie daje koloru białego, jak twierdził Newton, a czarny. Sposób takiego mieszania obecnie nazywany jest mieszaniem substraktywnym.

28 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Niemiecki malarz. Phillip Otto Runge ur-1777 Wolgast zm-1810 Hamburg Jego sposób porządkowania barw przypomina siatkę kartograficzną kuli ziemskiej. Kolory najbardziej nasycone, stanowiące barwy naturalne, znajdują się na równiku, a granice między nimi stanowią południki. Na jednym z biegunów znajduje się kolor biały, a na drugim kolor czarny. Na równoleżnikach są rozłożone kolory o tym samym nasyceniu.

29 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne James Clerk Maxwell ur-1831 Edynburg zm-1879 Cambridge Szkocki fizyk i matematyk. Maxwell odkrył, że kolorową fotografię można wykonać za pomocą czerwonych, niebieskich i zielonych filtrów optycznych. Pierwszą fotografię barwną zaprezentował w 1861 roku. Trójkąt Maxwella to nadal opis jakościowy (trzy cechy koloru: tint, shade, hue), a nie kolorymetria. Jest to tylko opis zasady mieszania barw, który można wyjaśnić w sposób wektorowy.

30 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz ur-1821 Poczdam zm-1894 Charlottenburg Niemiecki lekarz, fizjolog, fizyk i filozof. Ulepszył wyidealizowane modele porządkowania kolorów swoich poprzedników. Posegregował odpowiednie fragmenty koła w obwody, jakie odpowiadają tym barwom, w ten sposób utworzył trójkąt barw, podobny do utworzonego 100 lat później przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową układu CIE 1931.

31 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz - Zauważył, że barwy, znajdujące się naprzeciw siebie są barwami dopełniającymi się. - Jako pierwszy dokonał rozróżnienia na addytywne i substraktywne mieszanie barw. Podał też kilka praw z tym związanych np. przy mieszaniu barw addytywnych wzrasta jasność, a w przypadku barw substraktywnych spada, przy łączeniu barw sąsiadujących powstaje kolor pośredni. - Jako pierwszy podał trzy cechy barwy, używane do dziś: kolor, nasycenie i jasność. - Sformalizował teorię widzenia barwnego, potwierdzając hipotezę Younga o istnieniu trzech rodzajów receptorów. Teoria ta otworzyła drzwi do rozwoju kolorymetrii.

32 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne Johann Friedrich Wilhelm von Bezold ur-1837 Munich zm-1907 Niemiecki fizyk i meteorolog. W 1874 roku wprowadza kolorowy stożek, oparty na kolorach: czerwonym, zielonym i niebieski jako barwach podstawowych. Wyraźnie podkreśla zależność obserwowanej długości fali od luminancji. W. von Bezold, «Die Farbenlehre in Hinblick auf Kunst und Kunstgewerbe», Braunschweig 1874

33 Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne ur-1831 Dunbury (Connecticut) zm-1902 Manhattan Amerykański fizyk. Nicholas Ogden Rood Rood wyróżnił trzy cechy koloru: purity (czystość), luminosity (jasność) i hue (odcień). Jako artysta amator i członek American Watercolor Society wygłaszał odczyty, popularyzując teorię kolorów zwłaszcza wśród impresjonistów i neoimpresjonistów. N. O. Rood, «Modern Chromatics with Application to Art and Industry», Chicago 1879;

34 Atlasy kolorów Albert Henry Munsell ur-1858 Boston zm-1918 Brookline Amerykański malarz i profesor sztuki. Pierwsza wersja atlasu ukazała się w roku 1905, kolejna jej modyfikacja 10 lat później pod nazwą używaną do dziś jako The Munsell Book of Colour. Jego twórca sklasyfikował wszystkie barwy, jakie można uzyskać przez mieszanie pigmentów, według trzech cech: odcienia, nasycenia i jasności. Atlas ten jednak nie obejmuje wszystkich barw dostrzeganych przez człowieka.

35 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Albert Munsell założył, że wszystkie sąsiadujące ze sobą pola w całej przestrzeni barw cechuje ta sama różnica barw ΔE.

36 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Trzy cechy barw Munsella: - odcień (kolor, ton) H (Hue) znajduje się na kole barw, podzielonym na 10 głównych segmentów wyznaczonych przez barwy Red, Yellow, Green, Blue, Purple oraz ich barwy pośrednie YR (pomarańczowy), GY (jasnozielony), BG (cyjan), PB (fiolet), RP (róż), te z kolei podzielone są na 10 mniejszych. W ten sposób koło obejmuje 100 odcieni. - nasycenie C (Chroma) określające czystość barwy. Barwy najbardziej nasycone znajdują się na zewnątrz bryły, a najmniej nasycone w środku. - walor V (Value) (jasność lub jaskrawość) mówiąca o zmianie jasności barwy, przyjmuje wartości z przedziału [0, 10], znajduje się na pionowej osi układu.

37 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Początek układu tonów stanowi czerwień (R) a kolejność przebiega w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Tony barw zostały tak wybrane, że naprzeciw siebie leżą odcienie barw dopełniających: R-BG; YR-B, Y-PB; YG-P, G-RP. Kąty między poszczególnymi barwami zostały podzielone na dziesięć i ponumerowane w ten sposób, że liczba 5 przypada na ton podstawowy, a liczby 0-5 i 5-10 odpowiadają barwom o odcieniach przesuniętych w stronę barw sąsiednich. W ten sposób powstała możliwość określenia 100 tonów.

38 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell

39 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Trzy cechy barw Munsella: - odcień (kolor) H (z ang. Hue) - nasycenie C (z ang. Chroma) - walor V (z ang. Value)

40 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Na osi cylindra umieszczono wartości waloru V podzielone na 10 stopni, odpowiadające jasności barw. Liczba 1 odpowiada barwie czarnej a 10 białej. Wartości chromy C umieszczone zostały na promieniach idących od środka cylindra. Skala chromy na promieniach jest dwukrotnie mniejsza niż skala waloru na osi cylindra.

41 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Barwy achromatyczne na osi układu określa się literą N i dodaną liczbą, oznaczającą walor.

42 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell

43 Fotometria i kolorymetria Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell Atlas dostępny jest w dwóch wariantach. Jeden obejmuje 1490 próbek z materiału błyszczącego, a drugi 1270 z materiału matowego. Barwy atlasu Munsella są umieszczone na tle szarym, odbijającym 20% padającego światła białego.

44 Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell

45 Atlasy kolorów Friedrich Wilhelm Ostwald ur-1853 Riga zm-1932 Leipzig Niemiecki fizykochemik. Jego układ to dwa stożki połączone podstawami, górny wierzchołek stanowi biel, zaś dolny czerń, a pomiędzy nimi znajduje się paleta kolorów o różnym nasyceniu i jasności. Dwustożek Oswalda stanowi prototyp opracowanego w latach późniejszych niemieckiego atlasu barw DIN.

46 Atlasy kolorów. Friedrich Wilhelm Ostwald

47 Atlasy kolorów. Friedrich Wilhelm Ostwald