Kolorymetria. Akademia Sztuk Pięknych Gdańsk październik Dr inŝ. Paweł Baranowski

Transkrypt

1 Kolorymetria Akademia Sztuk Pięknych Gdańsk październik 2004 Dr inŝ. Paweł Baranowski

2 Eksperymenty Newtona Angielski fizyk Isaac Newton ( ) odkrył w 1704 roku podczas badań, ze światło słoneczne, padające pod odpowiednim katem na pryzmat ulega rozszczepieniu, ale nie wszystkie barwy moŝna w ten sposób uzyskać.

3 Jak określić barwę

4 Problem niebieskiego słonika Ilustruje jak wielka wagę przywiązują wiodący producenci zabawek do rozwiązań kolorystycznych... Jak firma LEGO została oskarŝona o RASIZM?????

5 Jak określić barwę (2)? Ludzie, którzy normalnie odbierają barwy, mogą odróŝnić 7 milionów odcieni i niuansów (Birmbauer i Schmidt 1991)

6 Jak widzą inni???

7 Eksperyment w Nowej Gwinei... (2000 r.) Mieszkańcy Berinmo nie odróŝniają niebieskiego od zielonego, a Anglicy nol od wor

8 ...a w komputerze?

9 Współrzędne barwy

10 Promieniowanie energetyczne

11 Co to jest światło?

12 Fluorescencja

13 Rozkłady widmowe

14 Czopki U ludzi występują trzy rodzaje czopków: ( 4 %) SWS reaguje na fale ok. 420 nm (32%) MWS na ok nm (X) (64%) LWS na 560 nm (X)

15 V lambda

16 Trzy rodzaje czopków Wg teorii Younga-Helmholtza 1856w siatkówce występuja trzy rodzaje czopków wrazliwych na 430,530 i 560 nm)

17 Wykres chromatyczności x,y

18

19

20

21

22 Nie wierz oczom

23 Nie wierz oczom (2)

24 Jak zmierzyć barwę?

25 Pomiar barwy

26

27 I. Prawo GRASSMANNA Stan równości kolorymetrycznej: C [C] = R [R] + G [G] +B [B] Dla pewnych barw: C [C] = - R [R] + G [G] +B [B] Dla kaŝdej, dowolnej barwy [C] moŝna uzyskać stan równości kolorymetrycznej z odpowiednio dobranymi* barwami podstawowymi [R],[G],[B] Tzn., Ŝe nie moŝna Ŝadnej z nich uzyskać przez dodanie dwu pozostałych CIE przyjęła: 700 nm; 546,1 nm i 435,8 nm

28 Barwa jest wektorem w przestrzeni trójwymiarowej

29 II PRAWO GRASSMANA JeŜeli dwie barwy są jednakowe, to zmiana ich w tym samym stosunku n, nie narusza równości obu barw.

30 nc(c)=nr(r)+ng(g)+nb(b)

31 III PRAWO GRASSMANA Dwie barwy jednakowe zachowują się jednakowo przy dodawaniu i odejmowaniu. Zamiana jednej przez drugą nie zmienia wyniku końcowego, niezaleŝnie od składu widmowego tych barw.

32

33 PołoŜenie barw widmowych w przestrzeni W przestrzeni [R] [G] [B] barwy promieniowań widmowych tworzą pobocznicę stoŝka. StoŜek ten zamyka płaszczyzna (linia) purpur. Wszystkie barwy promieniowań złoŝonych znajdują się wewnątrz stoŝka barw

34 Płaszczyzna chromatyczności Przecięcie przestrzeni barw [R] [G] [B] płaszczyzną S, przez punkty R=1, G=1,B=1 tworzy płaszczyznę barw. Wektor barwy przebija tę płaszczyznę i pozostawia na niej ślad. PołoŜenie punktu przebicia mówi o chromatyczności (barwności) tej barwy. Płaszczyznę tę nazywa się równieŝ płaszczyzną chromatyczności.

35 Współrzędne chromatyczności Równanie płaszczyzny barw

36 Trójkąt barw Linia ciągła łączy punkty barw widmowych

37 Składowe promieniowania równoenergetycznego RGB Składowe R sa ujemne dla pewnych długości fal. UniemoŜliwia to wykonanie miernika Układ jest układem wizualnym

38 Pomiar barwy ALE NIE MOśNA ZMIERZYĆ SKŁADOWEJ UJEMNEJ R!!!!

39 Układ [X] [Y] [Z] Opracowany przy następujących załoŝeniach: 1. Składowe wszystkich barw są dodatnie 2. Luminancja proporcjonalna do jednej ze składowych 3. Punkt bieli w środku trójkąta chromatyczności

40 Trójkąty barw RGB i XYZ Krzywa bar widmowych mieści się całkowicie w trójkącie

41 Transformacja Przeliczenia układu RGB na układ XYZ dokonano, przyjmując jako wspólny wektor E bieli równoenergetycznej i zmieniając orientacje wektorów podstawowych X Y Z tak, aby były spełnione wszystkie załoŝenia

42 Składowe promieniowania równoenergetycznego XYZ Są podawane w ksiąŝkach Maja dodatnie wartości Y (lambda) = v (lambda)

43 Pomiar barwy

44 Płaszczyzna barw w układzie [X] [Y] [Z]

45 Współrzędne chromatyczności Równanie płaszczyzny barw

46 Współrzędne barwy Do jednoznacznego określenia chromatyczności barwy wystarczy znajomość dwóch współrzędnych. Zwykle wyznacza się x i y. Trzecia jest jednoznacznie określona ze wzoru:

47 Wykres chromatyczności x,y

48 Układ Helmholtza chromatyczność barwy określa się za pomocą: - długości fali dominujacej i czystości pobudzenia - długości fali dopełniającej (dla purpur) i czystości pobudzenia

49 Układ Helmholtza

50 Linie izo- Dla ułatwienia wyznaczenia długości fali dominującej lub dopełniającej oraz czystości pobudzenia na karcie chromatyczności umieszczono linie określonych długości fal i linie izo- równych wartości pobudzenia

51 Układ Helmholtza

52 RóŜnice progowe na karcie chromatyczności xy Wadą układu xy jest brak równobarwności!!!

53 Układ równobarwny z 1960 r. Przekształcono układ xy tak, aby odstępy progowe od kaŝdego punktu zakreślały krzywe zbliŝone do kół i aby promienie tych kół były podobne w zakresie całego pola barw. Równomierny wykres chromatyczności moŝe być stosowany tylko wtedy, gdy róŝnica luminancji obu próbek jest na tyle mała, Ŝe jej wpływ na postrzeganie róŝnicy barw moŝe być pominięty!!! W przeciwnym wypadku konieczna jest ocena róŝnicy barw w przestrzeni.

54 Układ równobarwny uv

55 Płaszczyzna u,v

56 Układ Munsella

57 Układ Munsella

58 Układ L*a*b

59 Układ L*a*b (kilka słów) autoryzowany przez CIE w 1976 roku System Munsella i starsze systemy CIE bazowały na subiektywnych porównaniach róŝnic barw. System L*a*b jest określony za pomocą dwu poziomych osi a i b i prostopadłej do nich osi L. Dodatnia wartość a odpowiada barwie czerwonej, ujemna zielonej. Dodatnia wartość b odpowiada barwie Ŝółtej, ujemna niebieskiej. Wartości wzdłuŝ osi L opisują (jak w systemie Munsella) jasność barwy w skali od O (biel) do 100 (czerń).

60 Temperatura barwowa 1 Temperatura barwowa określana jest przez porównanie barwy światła wysyłanego przez dane źródło, z odpowiadającą mu barwą ciała czarnego o określonej temperaturze. Krzywa obrazująca promieniowanie ciała czarnego przedstawiona jest na wykresie chromatyczności. I tak np. lampa sodowa SON ma 2000K, Ŝarówka 2856K, halogen 3000K, a lampa metalohalogenkowa CDM (/942) ma 4200K.

61 Temperatura barwowa 2

62 Temperatura barwowa 3 Fotografie pomieszczenia oświetlonego światłem o róŝnej temperaturze barwowej. Od lewej około 2700K, 4000K, 6500K. NaleŜy przy tym pamiętać, Ŝe osoby przebywające w pomieszczeniu ze względu na stany adaptacyjne człowieka nie odczuwają tak silnych róŝnic w oświetleniu jak obserwator z "zewnątrz", który widzi je na raz

63 Temperatura barwowa 4 W przypadku źródeł nietemperaturowych zwykle ich punkt chromatyczności leŝy poza krzywą chromatyczności ciała czarnego. Temperaturę barwową najbliŝszą określa się rzutując punkt chromatyczności tego źródła na krzywa promiennika czarnego. Linie izotemperaturowe w układzie xy przebiegają ukośnie, a w uv prostopadle. Wartości tych linii podaje się w miredach

64 Wykres chromatyczności x,y

65 Od czego zalezy barwa obserwowanego przedmiotu?

66 Wskaźnik oddawania barw Wskaźnik oddawania barw Ra informuje o tym, w jakim stopniu dane źródło światła umoŝliwia obserwację kolorów. W pomieszczeniach przeznaczonych do pracy, a oświetlanych świetlówkami, powinny być stosowane te, których współczynnik oddawania barw jest większy od 80, czyli tak zwane trójpasmowe. Natomiast w tych pomieszczeniach, w których wierna prezentacja kolorów jest szczególnie istotna, przykładowo w szkolnych salach zajęć plastycznych, w sklepach z tekstyliami, z farbami, w gabinecie stomatologicznym wskazane jest stosowanie świetlówek, których Ra jest większe od 90. Maksymalna wartość Ra to 100

67 Oddawanie barw Człowiek ma większe wymagania dotyczące widzenia barw przy duŝych luminancjach (zastosowania wewnętrzne), a mniejsze przy mniejszych (zastosowania zewnętrzne np. przy iluminacji obiektów).

68 Wskaźnik oddawania barw...określa się przez ustalenie przesunięcia punktu chromatyczności 14 próbek (z atlasu Munsella) przy ich oświetleniu badanym i odniesieniowym źródłem. Osiem z nich słuŝy do obliczenia ogólnego wskaźnika oddawania barw. Dalszych sześć (o numerach 9 do 14) słuŝy do obliczenia szczególnych wskaźników oddawania barw

69 Obliczenie wskaźnika oddawania barw Wyznaczenie rozkładu widmowego źródła Dobór iluminantu odniesieniowego Pomiar Obliczenie współrzędnych trójchromatycznych odbitego źródła i iluminantu w układzie XYZ Przeliczenie na UVW i U V W i znalezienie róŝnicy wektorów

70 Pozostałe próbki 9 silnie czerwona 10 - silnie Ŝółta 11 -silnie zielona 12 -silnie niebieska 13 -jasno Ŝółto-róŜowa (skóra człowieka) 14 -średnio oliwkowo-zielona (liście)

71 Oznaczenie barwy świetlówki LF 40W/840

72