Fotometria i kolorymetria

Transkrypt

1 14. Pomiary barw (iluminanty i wzorcowe źródła światła; wskaźnik oddawania barw; warianty oświetlenia i odbicia; kula całkująca Ulbrichta; kolorymetria trój- i czterofiltrowa; techniki pomiarowe). Zastosowanie pomiarów barwy (zakresy chromatyczności świateł sygnałowych, znaków powierzchniowych). Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1 Terminy: na stronie www

2 Barwa a oświetlenie Barwy przedmiotów są wynikiem działania na oko promieniowania, które się od tych przedmiotów odbija lub jest przez nie przepuszczane. Różny skład promieniowania, powodujący powstawanie barw, jest spowodowany obecnością substancji, które selektywnie pochłaniają promieniowanie elektromagnetyczne (barwniki lub nierozpuszczalne pigmenty). Skład promieniowania padającego na barwną substancję może być różny, zależnie od pochodzenia światła, które je oświetla. Przy określaniu barw przedmiotów należy więc zawsze podawać w jakim oświetleniu się je charakteryzuje.

3 Źródła i iluminanty Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa ustaliła różne rodzaje źródeł światła jakich należy używać przy określaniu cech barwy. Takie źródła zostały nazwane normalnymi, standardowymi (CIE Standard Source). Promieniowania emitowane przez źródło standardowe zostało nazwane iluminantem normalnym, standardowym (CIE Standard Illuminant). Cechą charakteryzującą każdy iluminant normalny jest stały widmowy rozkład mocy S() promieniowania przypadającego na różne długości fali. Rozkład ten odpowiada rozkładowi mocy promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze barwowej T C, którą można obliczyć za pomocą wzoru Plancka.

4 Źródła i iluminanty Jako iluminanty normalne CIE zaleciła następujące: 1) Iluminant A temperatura barwowa 2856K; promieniowanie to daje światło ciepłe, typu WW (Warm White); odpowiada mu promieniowanie żarówki wolframowej; obecnie stosuje się go przy ocenie barw metamerycznych oraz przy określaniu wpływu oświetlenia na zmianę barwy; 2) Iluminant B temperatura barwowa 4874K; odpowiada mu promieniowanie dzienne bezpośredniego światła słonecznego; jest to również promieniowanie ciepłe (WW) z odcieniem żółtawym; przestał być praktycznie stosowany; 3) Iluminant C temperatura barwowa 6774K; odpowiada rozproszonemu światłu dziennemu, jak np. światło nieba od strony północnej (dlatego okna w laboratoriach kolorystycznych wychodziły na północ!); daje wrażenie światła zimnego typu CW (Cool White); używany przez długi czas jako podstawa przy wizualnych ocenach barwy.

5 Źródła i iluminanty

6 Źródła i iluminanty Skład roztworu Roztwór B1 Roztwór C1 siarczan miedzi CuSO4.5H2O 2,452g 3,412g mannit C6H8(OH)6 2,452g 3,412g pirydyna C5H5N 30,0ml 30,0ml woda destylowana do 1000ml do 1000ml Roztwór B2 Roztwór C2 Siarczan amonowo-kobaltowy CoSO4.(NH4)2SO4.6H2O 21,71g 30,58g siarczan miedzi CuSO4.5H2O 16,11g 22,52g kwas siarkowy d=1,845g/ml 10,0ml 10,0ml woda destylowana do 1000ml do 1000ml

7 Źródła i iluminanty 4) Iluminanty dzienne o ogólnym symbolu D TC rozkład widmowy odpowiada rozkładowi mocy uśrednionego promieniowania dziennego w różnych porach dnia, przy różnym stopniu zachmurzenia i na różnej szerokości geograficznej (D 65 krajów europejskich); najważniejszym z tego typu iluminantów jest D 65 (T C =6500K). W szczególnych przypadkach np. w pełnym świetle słonecznym strefy równikowej czy świetle polarnego dnia można stosować inne iluminanty tego typu, np. D 55 czy D 75 ; iluminant D 65 jest podobny do C, ale wykazuje większy udział mocy w bliskim nadfiolecie, czyli jest bardziej podobny do światła dziennego!

8 Źródła i iluminanty Coraz częstsze stosowanie do oświetlania wnętrz lamp fluorescencyjnych świetlówek wywołało konieczność uwzględnienia również i tego rodzaju źródeł światła przy ocenach barw. Odpowiedni dobór luminoforów powoduje ich świecenie o różnym rozkładzie widmowym i temperaturze barwowej. Istnieją więc lampy o rozkładzie mocy wykazującym niedobór promieniowania długofalowego, dające światło fluorescencyjne chłodne CWF (Cool White Fluorescence) oraz lampy o rozkładzie mocy wykazującym niedobór promieniowania krótkofalowego, dające światło fluorescencyjne ciepłe WWF (Warm White Fluorescence).

9 Źródła i iluminanty Opracowano również lampy fluorescencyjne trójbodźcowe, których ściany są wyłożone luminoforami emitującymi światło fluorescencji o trzech maksimach, odpowiadających barwie niebieskiej (ok. 450nm), zielonej (ok. 540nm) i czerwonej (ok. 610nm). Należą do nich lampy typu TL84 (Philips) i Ultralume (Westinghouse).

10 Źródła i iluminanty Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa ustaliła dwanaście źródeł fluorescencyjnych oznaczonych symbolami F1-F12. Barwa promieniowania wysyłanego przez te źródła odpowiada barwie promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych temperaturach barwowych. Używane są do wizualnego porównania barw dwóch powierzchni przy zmianie iluminantu (a więc do ewentualnego stwierdzenia metameryzmu). Takie zmiany barwy mogą występować szczególnie wyraźnie przy przejściu od światła dziennego do światła lamp fluoryzujących.

11 Wskaźnik oddawania barw W celu scharakteryzowania źródeł światła pod kątem wierności oddawania barw, CIE ustaliła tzw. wskaźnik oddawania barw, CRI (Colour Rendering Index), którym można charakteryzować każde źródło, a zwłaszcza świetlówki. Wyznacza się go przez ilościowe określanie zmiany barwy odpowiednio dobranych wzorców przy zmianie oświetlenia ze źródła odniesienia na źródło badane. Źródłem odniesienia powinno być źródło o takiej samej lub bardzo zbliżonej chromatyczności (tj. współrzędnych trójchromatycznych x i y) jak źródło badane, ale innym rozkładzie widmowym mocy. W przypadku badania źródeł światła, których promieniowanie odpowiada temperaturze barwowej poniżej 5000K (ciepłego) źródłem odniesienia powinno być promieniowanie ciała doskonale czarnego o temperaturze barwowej odpowiadającej promieniowaniu o współrzędnych trójchromatycznych barwy źródła badanego. Natomiast w przypadku badania źródeł o temperaturze barwowej wyższej od 5000K źródłem odniesienia powinien być iluminant dzienny typu D TC.

12 Wskaźnik oddawania barw Jako te specjalne wzorce CIE wybrała 14 barwnych próbek z układu Munsella, obejmujących najczęściej spotykane barwy. * 1) jasnoczerwona 7,5R-6/4 * 2) żółta 5Y-6/4 * 3) żółtozielona 5GY-6/8 * 4) jasnozielona 2,5G-6/6 * 5) zielononiebieska 10BG-6/4 * 6) jasnoniebieska 5PB-6/8 * 7) jasnofioletowa 2,5P-6/8 * 8) purpurowa 10P-6/8 * 9) głęboka czerwona 1,5R-4/13 * 10) głęboka żółta 5Y-8/10 * 11) głęboka zielona 4,5G-5/8 * 12) głęboka niebieska 3PB-3/11 * 13) oranżowa jasna 5YR-8/4 * 14) żółtozielona ciemna 5GY-4/4

13 Wskaźnik oddawania barw Szczególny wskaźnik oddawania barwy R i badanego źródła światła to różnica w postrzeganiu każdej z wzorcowych barwnych próbek przy zmianie oświetlenia ze źródła odniesienia na badane. Wartość R i =100 oznacza brak różnicy postrzegania barwy. Ogólny wskaźnik oddawania barwy R a to średnia dla pierwszych ośmiu próbek. Przyjęto taki sposób obliczania wskaźników szczególnych R i, aby wartość wskaźnika uśrednionego ogólnego R a wynosiła 50 dla światła ciepłego typu WWF iluminantu F4 w odniesieniu do iluminantu A (żarówki). Wskaźniki oddawania barwy przy sześciu pozostałych wzorcach pokazują, które barwy ulegają większej lub mniejszej zmianie przy przejściu od iluminantu odniesienia do oświetlania badanym źródłem.

14 Wskaźnik oddawania barw Wskaźnik ogólny R a powyżej 90 wskazuje na bardzo dobre właściwości oddawania barwy przez określone źródło światła. Może się jednak zdarzyć, że wskaźnik ogólny będzie wysoki jako wielkość średnia, natomiast wskaźniki szczegółowe przy określonych barwach mogą mieć niskie wartości. Dlatego przyjęto podawanie oprócz wskaźnika R a wielkości wskaźników R i dla ostatnich sześciu barw. Dwie lampy o tych samych wskaźnikach oddawania światła R a i R i w stosunku do jednego źródła odniesienia, mogą wykazywać znacznie większe różnice między sobą, jeśli na wykresie chromatyczności promieniowania ciała doskonale czarnego punkty odpowiadające ich chromatyczności będą leżały po dwóch stronach tej krzywej. Ważny jest więc też kierunek zachodzących zmian barwy. Można go określić poprzez podanie parametrów a i b charakteryzujących barwę w układzie Lab. Taki system charakteryzowania źródeł światła proponuje Philips.

15 Wskaźnik oddawania barw Ostatecznie, dokładna charakterystyka każdego iluminantu powinna obejmować: *- najbliższą temperaturę barwową T C ; *- widmowy rozkład mocy S(λ); *- współrzędne trójchromatyczne x i y; *- wskaźniki oddawania barwy R a i R i ; *- kierunek przesunięcia barwy; *- charakter światła: chłodne, dzienne, ciepłe. Widmowy rozkład mocy iluminantu S(λ), potrzebny do obliczania składowych trójchromatycznych barwy obserwowanej w świetle tego iluminantu, jest najczęściej tajemnicą producentów źródeł normalnych oraz właścicieli programów komputerowych do obiektywnego pomiaru barw...

16 Zasady pomiarów kolorymetrycznych Pomiary barw polegają na ilościowym jednoznacznym określeniu cech promieniowania elektromagnetycznego wpadającego do oka i wywołującego wrażenie barwne. Cechy te powinny odpowiadać barwom postrzeganym są więc ich cechami psychofizycznymi. Powodem określania barw przez pomiar właściwości promieniowania, które je wywołuje, jest brak praktycznych możliwości ilościowego, wyrażanego w liczbach, charakteryzowania samych wrażeń barwnych powstających w mózgu.

17 Zasady pomiarów kolorymetrycznych Podstawą ilościowego oznaczania cech promieniowania jest ustalenie jego składowych trójchromatycznych X, Y i Z to jest ilościowego stosunku fikcyjnych barw (X), (Y) i (Z), w jakim zmieszane ze sobą w sposób addytywny odpowiadałyby barwie postrzeganej, wywołanej przez to promieniowania. Składowe te oblicza się ze wzorów: X k Y k k x 100 y y Z k z (czyli: Y=100 z definicji). () oznacza względny widmowy rozkład mocy promieniowania wpadającego do oka. Może to oznaczać wprost widmowy rozkład promieniowania badanego źródła S() albo iloczyn tegoż przez współczynnik odbicia R() lub transmisji T() obiektu.

18 Zasady pomiarów kolorymetrycznych Współczynniki k dla normalnych iluminantów o znanym rozkładzie mocy S() i znanych względnych składowych trójchromatycznych x() (y, z) mają wartość stałą. Ich wartość zależy tylko od liczby kroków w sumowaniach (dla =1nm są po prostu równe 1). Pomiar składowych trójchromatycznych sprowadza się więc do wyznaczenia współczynników odbicia R() lub transmisji obiektu T() w odstępach co 1, 5, 10 lub 20 nm, a następnie ich wymnożeniu przez iloczyny S() x() (y, z). Praktyka wykazała, że w przypadku barw powstających w wyniku działania iluminantów o widmie ciągłym wystarczy stosowanie odstępów co 20 nm.

19 Zasady pomiarów kolorymetrycznych Widmowy współczynnik odbicia R() to stosunek strumienia odbitego od badanej powierzchni R () do strumienia odbitego od ciała doskonale rozpraszającego światło, tzw. doskonałego rozpraszacza W () : R R W Rozpraszacz doskonały charakteryzuje się widmowym stopniem odbicia ()=1 a rozpraszanie światła zachodzi izotropowo, tzn. ma jednakową wartość we wszystkich kierunkach. Stopień odbicia (reflektancja) to stosunek strumienia odbitego (R) do padającego (O): R 0

20 Zasady pomiarów kolorymetrycznych Rozpraszaczem doskonałym może być powierzchnia pokryta warstwą idealnej bieli. Bardzo zbliżone do idealnej bieli są powierzchnie pokryte warstwą sproszkowanego i sprasowanego siarczanu baru (BaSO 4, biel barytowa) lub tlenku magnezu (MgO, magnezja palona). Przy pomiarach współczynnika odbicia jako odniesienia można używać dowolnego wzorca bieli, np. mlecznego matowego szkła, ale trzeba znać jego stopień odbicia.

21 Warianty oświetlenia i odbicia Badaną próbkę można oświetlać światłem całkowicie rozproszonym lub światłem skupionym, bądź też oświetleniem pośrednim, w którym promieniowanie światła padającego mieści się w stożku o pewnym kącie rozwarcia 2α. Zwykle rozumie się przez skupione światło o kącie rozwarcia mniejszym niż 10. Światło skupione może tez padać na barwną powierzchnię pod różnym kątem do normalnej. Podobne warunki rozchodzenia się światła charakteryzują promieniowanie odbite. Światło rozproszone oznacza się symbolem d (diffuse), światło stożkowe symbolem c (conical) a światło skupione symbolem Θ, oznaczającym kąt, jaki wiązka tworzy z normalną do powierzchni odbijającej.

22 Warianty oświetlenia i odbicia Rozróżnia się dziewięć wariantów oświetlenia i odbicia: *1) skupione-skupione: Θ 1 /Θ 2 *2) skupione-stożkowe: Θ/c *3) skupione-rozproszone: Θ/d *4) stożkowe-skupione: c/θ *5) stożkowe-stożkowe: c 1 /c 2 *6) stożkowe-rozproszone: c/d *7) rozproszone-skupione: d/θ *8) rozproszone-stożkowe: d/c *9) rozproszone-rozproszone: d/d

23 Warianty oświetlenia i odbicia W przypadkach światła odbitego w sposób skupiony, a więc w wariantach d/θ, c/θ i Θ 1 /Θ 2 obliczony współczynnik odbicia R odpowiada współczynnikowi luminancji badanej barwy. W takich warunkach porównuje się bowiem wiązki odbite tylko w kierunku obserwatora (urządzenia) bez uwzględnienia promieniowania rozproszonego. Do pomiarów promieniowania odbitego w sposób rozproszony od barwnej powierzchni stosuje się urządzenie zwane kulą całkującą (kulą Ulbrichta). ZNAMY?!

24 Warianty oświetlenia i odbicia W praktyce przy pomiarach odbicia zaleca się stosować głównie trzy z wymienionych wariantów geometrii oświetlenia i obserwacji: 1) Wariant Θ 1 /Θ 2 posiada zwykle dwie odmiany: 0/45 i 45/0.

25 Warianty oświetlenia i odbicia 2) Wariant Θ/d. Najczęściej próbka jest oświetlana prostopadle, a więc 0/d. Odmianą tego wariantu jest 8/d (lub ~0/d) próbka oświetlona jest pod kątem nie większym niż 10 (zwykle 8 ) od normalnej do jej powierzchni i obserwowane jest promieniowanie rozproszone. Odmiana ta ma na celu możliwość wyeliminowania lustrzanego odbicia przy kącie padania 8 można po drugiej stronie próbki, również pod kątem 8 umieścić tzw. pułapkę lustrzanego odbicia w postaci czarnej płytki, pochłaniającej padające na nią promieniowanie.

26 Warianty oświetlenia i odbicia 3) Wariant d/θ polega na oświetleniu próbki światłem rozproszonym z kuli całkującej i obserwowaniu światła odbitego prostopadle do badanej powierzchni (d/0). Odmianą tego wariantu jest d/8 obserwowanie pod kątem 8 do normalnej, przy czym po drugiej stronie normalnej, pod tym samym kątem, umieszczona jest płaska biała płytka.

27 Pomiary transmisyjne W przypadku wyznaczania składowych trójchromatycznych barwy ciał przepuszczających światło, należy zmierzyć widmowy współczynnik przepuszczania światła T() (transmisji). Określa się go jako stosunek strumienia światła przepuszczanego przez badany obiekt T () do strumienia światła przepuszczanego przez wzorzec W () całkowicie przepuszczający: T T W Zwykle wzorcem jest takie samo ciało, lecz nie zabarwione. W przypadku barwnych roztworów jest to np. pusta kuweta; wzorcem takim może być też płytka szklana o znanym stopniu przepuszczania.

28 Warianty oświetlenia i odbicia Spotykane w praktyce warianty oznaczania współczynnika transmisji: 1) Wariant 0/0. Stosowany przy badaniu ciał przezroczystych, nie rozpraszających światła. 2) Wariant 0/d. Ciało oświetla się wiązką prostopadłą a obserwuje się promieniowanie przepuszczone, rozproszone w kuli Ulbrichta. Odmianą tego wariantu jest użycie pułapki pochłaniającej, eliminującej światło przechodzące na wprost.

29 Warianty oświetlenia i odbicia 3) Wariant d/d. Badane światło oświetla się promieniowaniem rozproszonym w kuli całkującej i obserwuje (mierzy) również w kuli Ulbrichta.

30 Zasady pomiarów kolorymetrycznych W przypadku określania barw kolorowych świateł konieczny jest pomiar względnego widmowego rozkładu mocy promieniowania wysyłanego przez te światła przypadające w jednakowych odstępach długości fali. Najwygodniej porównać widmowe współczynniki remisji badanego promieniowania i promieniowania znanego iluminantu przy odbiciu od tego samego wzorca bieli, obliczone w tych samych warunkach geometrycznych. W przypadku źródeł promieniowania barwnego o charakterze ciągłym dokonuje się pomiarów remisji co 10 a nawet 20nm. Przy bardziej dokładnych pomiarach stosuje się odstępy co 5 nm, rzadziej co 2 lub 1 nm przy źródłach o promieniowaniu o charakterze wąskich, ostro zarysowanych pasm (np. lampy jarzeniowe).

31 Zasady pomiarów kolorymetrycznych KOLORYMETRIA TRÓJFILTROWA I CZTEROFILTROWA Wszystkie metody określania barw polegają na pomiarze widmowego współczynnika remisji (odbicia) R(), transmisji T() lub widmowego rozkładu mocy S() w całym zakresie widma widzialnego. Wymagają one aparatury pozwalającej uzyskać światło monochromatyczne i są dość czasochłonne. Prostsza metoda polega na znalezieniu filtrów przepuszczających światło o widmowych współczynnikach przepuszczania T(), które odpowiadają względnym widmowym składowym trójchromatycznym. Światła przepuszczone przez te filtry będą miały barwy czerwoną F X, zieloną F Y i niebieską F Z.

32 Kolorymetria trój- i czterofiltrowa Ze względu na specyficzny charakter krzywej x() (dwie gałęzie) trzeba używać dwóch filtrów F X1 i F X2. Ze względu na podobieństwo części krótkofalowej x() do wykresu z() stosuje się w praktyce trzy filtry: F X1 (część długofalowa filtru F X ), F Y i F Z. Techniki takie nazywane są metodą kolorymetrii trójfiltrowej lub czterofiltrowej i są one mniej dokładne od metod spektrofotometrycznych.

33 Techniki pomiarowe TECHNIKI POMIAROWE Przyrządy służące do pomiarów współczynników przepuszczania (transmisji) T lub odbicia (remisji) R należą do dwóch zasadniczych grup: Do pierwszej należą trójbodźcowe filtrowe kolorymetry i fotokolorymetry. Drugą stanowią dokładniejsze spektrokolorymetry. Obydwa typy przyrządów opierają się na pomiarach porównawczych, polegających na określeniu stosunku strumienia promieniowania przepuszczonego przez badane ciało przezroczyste lub odbitego od barwnej powierzchni do strumienia takiegoż promieniowania przepuszczonego przez substancję wzorcową lub od niej odbitego. Stosunek tych strumieni oznacza się za pomocą detektorów. Jako detektory promieniowania używane są obecnie głównie fotodiody półprzewodnikowe, najczęściej krzemowe. W starszych typach przyrządów spotykało się detektory w postaci diod lampowych (fotopowielaczy) lub fotokomórek. ALE TO JUŻ WIEMY?

34 Techniki pomiarowe Warianty oświetlenia światłem monochromatycznym i odbicia w kolorymetrach filtrowych.

35 Techniki pomiarowe MONOCHROMATORY Używane z spektrofotometrach: pryzmatyczne, z siatką dyfrakcyjną. Światło wpadające do monochromatora jest światłem skupionym za pomocą kolimatorów. Do budowy kolimatorów używa się zarówno soczewek jak i zwierciadeł te ostatnie są korzystniejsze ze względu na brak aberracji chromatycznej!

36 Techniki pomiarowe POLSKI SPEKTROFOTOMETR SPECTRO 01

37 Techniki pomiarowe SPEKTROFOTOMETRY SKRÓCONE (ABRIDGED) Stosowane są również spektrofotometry skrócone (abridged), w których monochromatorami są filtry interferencyjne. Przez odpowiedni dobór filtrów można promieniowanie widmowe rozłożyć na szereg wąskich pasm wykazujących maksimum przepuszczania przy różnych długościach fali. Zwykle dzieli się promieniowanie widmowe na dwa obszary: nm i nm za pomocą dwóch równoległych filtrów. Promieniowanie każdego z obszarów przepuszcza się przez zestaw filtrów interferencyjnych na fotodiody. Filtry interferencyjne tworzą dwa równoległe układy matryc, nałożonych na dwie matryce diod.

38 Techniki pomiarowe Pomiary porównawcze światła odbitego od badanej próbki i od substancji wzorcowej mogą się odbywać na dwa sposoby: 1) Wiązka promieniowania białego pada najpierw na badaną próbkę, a promieniowanie odbite podlega monochromatyzacji i analizie, a następnie wiązkę kieruje się na wzorzec i dokonuje podobnej monochromatyzacji i analizy system jednowiązkowy. 2) Wiązka promieniowania jest rozdzielona na dwie, z których jedna oświetla badaną próbkę, a równocześnie druga oświetla wzorzec system dwuwiązkowy. Ten system z kolei ma dwa warianty: - dual beam oddzielny układ fotodiod dla promieniowania odbitego od próbki i od wzorca; - twin beam ten sam układ fotodiod analizuje oba promieniowania.

39 Techniki pomiarowe Systemy dwuwiązkowe Dwuwiązkowe instrumenty do pomiaru barw produkowane są przez wszystkie znane firmy: szwajcarski Datacolor, amerykański Kollmorgan, i Hunterlab, japońska Minolta, niemiecki Lange. Dwuwiązkowe są również precyzyjne spektrofotometry do pomiaru krzywych absorpcji światła przez roztwory, takich producentów jak: Beckmann, Pye Unicam, Hilger, Hardy, Zeiss. Dwuwiązkowe układy stosowane są również w fotokolorymetrach trójbodźcowych, wymagających tylko trzech lub czterech detektorów (niemiecki fotokolorymetr Langego Microcolor ).

40 Zastosowanie pomiarów barwy ZASTOSOWANIE POMIARÓW BARWY *zakresy chromatyczności świateł sygnałowych. *zakresy chromatyczności znaków powierzchniowych Ustalono dopuszczalne granice tolerancji barw mogących mieć zastosowanie przy nadawaniu informacji kodem barwowym. Pierwsze zalecenia międzynarodowe ustalające granice tolerancji barw sygnałowych opracowano przez Komitet Roboczy Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej w 1959 r. Na zaleceniu tym oparte są normy wielu krajów (w tym norma PN-68/N-02320).

41 Zastosowanie pomiarów barwy ZASTOSOWANIE POMIARÓW BARWY Pewność rozpoznania nie dla wszystkich barw jest jednakowa. Uznano zatem, że w każdym z układów, bez względu na liczbę barw, powinny występować, jeżeli to tylko możliwe, dwie barwy najbardziej rozróżnialne przez oko normalne, mianowicie czerwona i zielona. W układach trójbarwnych przewidziano jako trzecią barwę pośrednią: jest nią bądź barwa żółta, bądź biała, bądź też dowolnie obrana w zakresie obejmującym obie te barwy razem.

42 Zastosowanie pomiarów barwy Wreszcie w układach czterobarwnych przewidziano jako barwy trzecią i czwartą barwy białą i żółtą w tym przypadku muszą być one rozróżniane. Aby to umożliwić z większych odległości konieczne jest odpowiednie odsunięcie granicy obu tych barw oraz wprowadzenie dodatkowego sposobu ułatwiającego to zadanie. Można mianowicie nadawać oba światła równocześnie, jako sąsiadujące z sobą części sygnału dwubarwnego (tzw. barwy odróżnialne), bądź też nadawać je kolejno, jako następujące po sobie (barwy skodowane). Natomiast rozróżniać te barwy, gdy występują one niezależnie jedna od drugiej (barwy rozróżnialne) można tylko z dostatecznie małej odległości.

43 Zastosowanie pomiarów barwy Im mniej barw w układzie sygnałowym, tym bezpieczniejsze jego działanie. Dlatego ich liczba powinna być możliwie najmniejsza, a dla barw głównych w żadnym razie nie większa od czterech. Przykład: barwy świateł stosowane w żegludze! a) statek o napędzie mechanicznym lub statek żaglowy, w drodze, widziany od rufy; b) statek o napędzie mechanicznym o długości mniejszej niż 7 m i prędkości mniejszej niż 7 węzłów, w drodze; c) statek żaglowy o długości mniejszej niż 7 m, w drodze; d) statek o długości mniejszej niż 50m, stojący na kotwicy; e) statek o długości mniejszej niż 100 m, stojący n a kotwicy, widziany od dziobu lub rufy. statek o długości większej niż 50 m o ograniczonej zdolności manewrowej, posuwający się po wodzie, widziany od dziobu i stanowiący przeszkodę w żegludze, którą należy mijać z prawej strony.

44 Zastosowanie pomiarów barwy Jeżeli występuje istotna konieczność stosowania innej barwy w układzie, a więc niebieskiej lub fioletowej, to może ona być użyta, jednakże tylko jako barwa dodatkowa przy obserwacji ze stosunkowo niewielkiej odległości (porty, tereny kolejowe) i przy niezbyt silnym oświetleniu otoczenia. Granice tolerancji barw sygnałowych ustalono na podstawie kompromisu między postulatem dostatecznej rozpoznawalności odcienia (która jest tym lepsza, im barwa bardziej nasycona) a postulatem dostatecznego natężenia oświetlenia na oku. Jeśli zmniejszenie światłości sygnału związane jest nierozłącznie ze zwężeniem granic zakresu dopuszczalności, to celowe może być zastosowanie barwy leżącej w węższym polu tolerancji. Takie barwy ograniczone były również wprowadzone do zaleceń międzynarodowych. W ten sposób mogliby bowiem korzystać z sygnałów nie tylko normalni trichromaci, ale także i deuteranomale a nawet deuteranopi.

45 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego Zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego ujęto w dwojaką formę: równań algebraicznych i współrzędnych punktów przecięcia linii granicznych w układzie x,y oraz u,v.

46 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego

47 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego

48 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego Ograniczenie użycia sygnałów niebieskich spowodowane małą ich światłością oraz niepewnym ich rozpoznaniem z większych odległości zmusza do zmniejszenia zasięgu tych sygnałów do ok. 1 km.

49 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego Również sygnały fioletowe nie mogą mieć większego zasięgu, gdyż przy małym rozmiarze kątowym (20'-30') wywołują szybko zmęczenie oka, co utrudnia ich obserwację a występująca zwykle przy tym świetle krótkowzroczność utrudnia ogniskowanie bodźca na siatkówce. Wadą filtrów fioletowych stosowanych ze źródłami żarowymi jest mała światłość sygnału (dla otrzymania dostatecznego nasycenia filtry muszą pochłonąć ok. 249/250 promieniowania żarówki!). Zaletą sygnałów fioletowych jest natomiast to, że światło ich jest rozpoznawalne nawet przy małym natężeniu oświetlenia na siatkówce, niewiele wyższym od progu fotopowego.

50 Zastosowanie pomiarów barwy ZAKRESY CHROMATYCZNOŚCI ZNAKÓW POWIERZCHNIOWYCH Powierzchniowe barwy bezpieczeństwa; znaki powierzchniowe stosowane w lotnictwie cywilnym; znaki sygnałowe w transporcie i komunikacji (znaki drogowe!). Postrzeganie znaku jest co prawda łatwiejsze (niż świateł sygnałowych) wobec małego zasięgu obserwacji, natomiast jego luminancja jest znacznie mniejsza. Przekazywanie informacji znakiem powierzchniowym polega nie tylko na symbolice barw ale również kształcie tablicy, dodatkowym rysunku, napisie, symbolu. Niektórzy specjaliści skłonni są nawet przyznać barwie role drugorzędną w nadawaniu informacji tym niemniej powszechnie uznaje się potrzebę międzynarodowego ustalenia rodzaju odcieni i określenia pól chromatyczności oraz współczynników luminancji znaków sygnałowych.

51 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności znaków powierzchniowych Zasadnicza różnica między sygnałem świetlnym a sygnałem powierzchniowym ruchu w transporcie publicznym polega na sposobie oświetlenia. W sygnale świetlnym wbudowane źródło ma ustalony skład widmowy, natomiast w sygnale powierzchniowym źródłem światła jest: w porze dziennej naturalne światło nieboskłonu lub słońca (można przyjąć je jako źródło C); w porze nocnej zaś nieokreślone bliżej źródło, którym jest reflektor pojazdu, oświetlenie otoczenia bądź specjalne źródło oświetlające znak.

52 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności znaków powierzchniowych Chromatyczność sygnału powierzchniowego, która przy jednym ze źródeł znajduje się wewnątrz pola tolerancji, może się zmienić przy innym źródle na tyle, że znajdzie się ona na zewnątrz tego pola. Jednakże badania wykazały, że przy oświetleniu wybranego zestawu próbek barwnych źródłem A i alternatywnie źródłem C wygląd barwny każdej z tych próbek przy każdym źródle jest podobny, jeżeli oko obserwatora jest przystosowane do barwy źródła oświetlającego. Barwy subiektywne są zatem znacznie bardziej zbliżone, niż można by przypuszczać z porównania chromatyczności próbki przy oświetleniu każdym z tych źródeł.

53 Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności znaków powierzchniowych