Wyznaczanie charakterystyki widmowej kolorów z wykorzystaniem zapisu liczb o dowolnej precyzji



Podobne dokumenty
Skanowanie trójwymiarowej przestrzeni pomieszczeñ

PODSTAWY BARWY, PIGMENTY CERAMICZNE

SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ JAKO NIEZBÊDNY ELEMENT POWSZECHNEJ TAKSACJI NIERUCHOMOŒCI**

Technologie Informacyjne

Opis programu do wizualizacji algorytmów z zakresu arytmetyki komputerowej

Pojęcie Barwy. Grafika Komputerowa modele kolorów. Terminologia BARWY W GRAFICE KOMPUTEROWEJ. Marek Pudełko

Podstawowe pojęcia: Populacja. Populacja skończona zawiera skończoną liczbę jednostek statystycznych

spektroskopia UV Vis (cz. 2)

FOTOMETRYCZNE PRAWO ODLEGŁOŚCI (O9)

Współczesne nowoczesne budownictwo pozwala na wyrażenie indywidualnego stylu domu..

Nauka o œwietle. (optyka)

10. Figury p³askie. Uczeñ: 13) rozpoznaje wielok¹ty przystaj¹ce i podobne

1. Rozwiązać układ równań { x 2 = 2y 1

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA 2006/2007 Zawody II stopnia

Dzień dobry. Miejsce: IFE - Centrum Kształcenia Międzynarodowego PŁ, ul. Żwirki 36, sala nr 7

Informacje uzyskiwane dzięki spektrometrii mas

Metrologia cieplna i przepływowa

Spektroskopia UV-VIS zagadnienia

Co to jest współczynnik oddawania barw?

Jan Drzymała ANALIZA INSTRUMENTALNA SPEKTROSKOPIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM I PODCZERWONYM

Zespó³ Dandy-Walkera bez tajemnic

Temat: Funkcje. Własności ogólne. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

Warszawa, dnia 28 sierpnia 2012 r. Poz. 966 ROZPORZĄDZENIE MINISTRA TRANSPORTU, BUDOWNICTWA I GOSPODARKI MORSKIEJ 1) z dnia 14 sierpnia 2012 r.

Saturn planeta z uszami

ZASADY REPRODUKCJI SYMBOLI GRAFICZNYCH PRZEDMOWA

LXV OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

I B. EFEKT FOTOWOLTAICZNY. BATERIA SŁONECZNA

Jaki kolor widzisz? Doświadczenie pokazuje zjawisko męczenia się receptorów w oku oraz istnienie barw dopełniających. Zastosowanie/Słowa kluczowe

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Optyka geometryczna i falowa

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

jakoœæ bazy danych. AUTOMATYKA 2005 Tom 9 Zeszyt 3 1. Wprowadzenie 2. Pojêcie jakoœci bazy danych Wojciech Janicki *

Ergonomia (1) VIII. SZKOLENIE PRACOWNIKÓW ADMINISTRACYJNO-BIUROWYCH. Cel przystosowania stanowisk do zasad ergonomii:

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

Kurs grafiki komputerowej Lekcja 2. Barwa i kolor

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

BEZPIECZE STWO PRACY Z LASERAMI

Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

MIÊDZYNARODOWY STANDARD REWIZJI FINANSOWEJ 530 BADANIE WYRYWKOWE (PRÓBKOWANIE) SPIS TREŒCI

Instrukcja użytkowania DRIVER. Programator z przewodem sterowniczym. DRIVER 610 lub lub 2 strefy DRIVER

Matematyka dla odwa nych

Załącznik nr 1. Wytyczne do konstrukcji fotochromowych dozymetrów promieniowania nadfioletowego

KS Konstancin Księga znaku

Statystyczna analiza danych w programie STATISTICA. Dariusz Gozdowski. Katedra Doświadczalnictwa i Bioinformatyki Wydział Rolnictwa i Biologii SGGW

1 Logowanie: 2 Strona startowa: WY SZA SZKO A FINANSÓW I ZARZ DZANIA W WARSZAWIE. Instrukcja korzystania z systemu

Wyznaczenie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Zastosowanie dyskretnej transformaty Laplace a do modelowania przebiegu procesów przejœciowych w przemyœle

Modele i przestrzenie koloru

POMIARY TERMOWIZYJNE. Rurzyca 2017

Małopolskie Centrum Przedsiębiorczości Książka znaku

INSTRUKCJA OBSŁUGI WD2250A. WATOMIERZ 0.3W-2250W firmy MCP

Politechnika Warszawska Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych ul. Koszykowa 75, Warszawa

Automatyzacja procesu badania neuronowego systemu wnioskuj¹cego opartego na programie Statistica w praktycznym zastosowaniu***

Podstawowe działania w rachunku macierzowym

OP6 WIDZENIE BARWNE I FIZYCZNE POCHODZENIE BARW W PRZYRODZIE

Stanowisko pomiarowe do wyznaczania ró nicowego pr¹du wy³¹czania wy³¹czników ró nicowo-pr¹dowych typu AC

9. Dynamiczne generowanie grafiki, cz. 3

Przenośne urządzenia pomiarowe Nowy spectro-guide...59 Color-guide do małych detali...64 Color-guide do proszków... 64

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU. Skąd biorą się kolory?.

WYROK z dnia 7 wrzeœnia 2011 r. III AUa 345/11

Techniki korekcyjne wykorzystywane w metodzie kinesiotapingu

Kodowanie informacji. Elementy teorii informacji.

Teoria światła i barwy

Pomiary ha³asu w pomieszczeniach biurowych

Rozdzia³ 1 ROZPOZNANIE

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów


Bo ena Kaniuczak Ma³gorzata Kruczek. Abstrakt. Biblioteka G³ówna Politechniki Rzeszowskiej

Kolorymetryczne oznaczanie stężenia Fe 3+ metodą rodankową

Grafika komputerowa. Informatyka Zakres rozszerzony

SPIS TREŒCI. (Niniejszy MSRF stosuje siê przy badaniu sprawozdañ finansowych sporz¹dzonych za okresy rozpoczynaj¹ce siê 15 grudnia 2009 r. i póÿniej.

SPIS TREŒCI. (Niniejszy MSRF stosuje siê przy badaniu sprawozdañ finansowych sporz¹dzonych za okresy rozpoczynaj¹ce siê 15 grudnia 2009 r. i póÿniej.

Charakterystyka ma³ych przedsiêbiorstw w województwach lubelskim i podkarpackim w 2004 roku

PAKIET MathCad - Część III

Tester pilotów 315/433/868 MHz

OCENA PRZEPUSZCZANIA ŚWIATŁA DLA SZYB STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE MOTORYZACYJNYM

Fotometria i kolorymetria

Ć W I C Z E N I E N R O-9

14.Rozwiązywanie zadań tekstowych wykorzystujących równania i nierówności kwadratowe.

Pomiar prędkości dźwięku w metalach

ANALIZA WIDMOWA (dla szkoły średniej) 1. Dane osobowe. 2. Podstawowe informacje BHP. 3. Opis stanowiska pomiarowego. 4. Procedura pomiarowa

Promieniowanie podczerwone

Grafika komputerowa Wykład 11 Barwa czy kolor?

METODA NAUKOWA. Biologia to nauka eksperymentalna. Cechuje się określoną metodologią i pragmatyzmem (podejmowanie

Rysunek 4.1. Badania klimatu akustycznego na terenie województwa dolnoœl¹skiego w 2011 r. HA AS

Podr cznik Identyfikacji Wizualnej Muzeum II Wojny Âwiatowej

Spis treści. 1. Znak Konstrukcja symbolu Budowa znaku Kolorystyka wersja podstawowa Kolorystyka wersja czarno-biała...

MATEMATYKA 4 INSTYTUT MEDICUS FUNKCJA KWADRATOWA. Kurs przygotowawczy na studia medyczne. Rok szkolny 2010/2011. tel

Projektowanie logistycznych gniazd przedmiotowych

Mirosław Darecki. Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk

Romuald Radwan*, Janusz Wandzel* TESTY PRODUKCYJNE PO CZONE ZE WSTÊPNYM ODSIARCZANIEM SUROWEJ ROPY NAFTOWEJ NA Z O U LGM

Temat: Zasady pierwszej pomocy

III. TECHNIKI PREZENTACJI PRODUKTU \ US UGI

A = ε c l. T = I x I o. A=log 1 T =log I o I x

SPORZĄDZANIE ROZTWORÓW

Porównanie generatorów liczb losowych wykorzystywanych w arkuszach kalkulacyjnych

Fotometria i kolorymetria

E (2) nazywa się absorbancją.

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

Transkrypt:

AUTOMATYKA 2011 Tom 15 Zeszyt 3 Maciej Nowak*, Grzegorz Nowak* Wyznaczanie charakterystyki widmowej kolorów z wykorzystaniem zapisu liczb o dowolnej precyzji 1. Wprowadzenie 1.1. Kolory Zmys³ wzroku stanowi jedn¹ z g³ównych metod postrzegania i poznawania œwiata. Widz¹c, uczymy siê i rozpoznajemy otaczaj¹ce nas przedmioty i zjawiska. Widzenie cz³owieka opiera siê miêdzy innymi na rozró nianiu kolorów. Kolory przedmiotów ogl¹da siê w œwietle przechodz¹cym przez nie lub odbitym od ich powierzchni. Barwa nie jest jednak wielkoœci¹ fizyczn¹, ale raczej zjawiskiem psychofizjologicznym, zale nym od zindywidualizowanej, subiektywnej percepcji. Wra enie koloru zale y od oœwietlenia, czu³oœci ludzkiego oka, a nawet osobistej wra liwoœci. Ponadto, kolory mog¹ mieæ wp³yw na nasz¹ psychikê, poczucie piêkna czy nastrój. St¹d i obiektywna ocena barwy jest doœæ trudna, gdy brak jest praktycznych mo liwoœci skwantyfikowanego charakteryzowania wra eñ barwnych powstaj¹cych w mózgu cz³owieka. 1.2. Widmowy pomiar kolorów Aby obiektywnie mierzyæ kolory, pomiar musi byæ niezale ny od Ÿród³a oœwietlenia i percepcji cz³owieka. W praktyce pomiary barw polegaj¹ na iloœciowym i jednoznacznym okreœleniu cech promieniowania elektromagnetycznego, wpadaj¹cego do oka i wywo³uj¹cego wra enie barwne, w ca³ym zakresie widma widzialnego. Do okreœlenia wra enia koloru postrzeganego przez cz³owieka niezbêdne s¹ trzy nastêpuj¹ce elementy: widmowa charakterystyka rozk³adu mocy Ÿród³a œwiat³a (iluminantu); widmowa charakterystyka interakcji œwiat³a z mierzonym obiektem w formie zmierzonej krzywej transmisji lub reemisji; oraz widmowe charakterystyki czu³oœci ludzkiego oka (receptorów œwiat³a na siatkówce oka). * Politechnika ódzka, Katedra Informatyki Stosowanej, ódÿ, Polska 413

414 Maciej Nowak, Grzegorz Nowak Pierwszy element Ÿród³a œwiat³a, u ywane przy okreœlaniu barwy, zosta³y szczegó³owo okreœlone i znormalizowane [1]. Cech¹ charakteryzuj¹c¹ ka dy iluminant normalny jest sta³y widmowy rozk³ad mocy promieniowania przypadaj¹cego na ró ne d³ugoœci fali. Pomiary drugiego elementu krzywej transmisji lub reemisji wykonuje siê za pomoc¹ spektrofotometru, który mierzy widmo œwiat³a przepuszczonego przez próbkê lub odbitego od próbki, a dziêki znanej charakterystyce Ÿród³a oœwietlaj¹cego próbkê i znanych rozk³adach widmowych czu³oœci ludzkiego oka pozwala oceniaæ i porównywaæ barwy. Trzeci element model ludzkiej percepcji barw zosta³ okreœlony w postaci charakterystyk wzglêdnej skutecznoœci widmowej receptorów barwy, zwanych trójchromatycznymi sk³adowymi widmowymi lub funkcjami doboru barw [1]. Tak wiêc, kluczowym elementem w pomiarze koloru jest otrzymanie rozk³adu widmowego interakcji œwiat³a z mierzonym obiektem. Pozwala to na identyfikacjê barwy przy ca³kowitym uniezale nieniu siê od zewnêtrznych warunków oœwietlenia oraz subiektywnego obserwatora. Ka dej krzywej transmisji (lub odbicia) barwnych obiektów oœwietlonych okreœlonym iluminantem odpowiada dok³adnie jedna barwa [2]. Na rysunku 1 przedstawiono przyk³adow¹ charakterystykê koloru niebieskiego. Rys. 1. Charakterystyka widmowa (reflektancja wzglêdna w funkcji d³ugoœci fali) i odpowiadaj¹cy jej kolor (niebieski) 1.3. Dok³adnoœæ pomiaru charakterystyki widmowej barwy Czynnikami wp³ywaj¹cymi na dok³adnoœæ pomiaru krzywej transmisji lub reemisji s¹ parametry wykorzystywanego spektrofotometru, miêdzy innymi czu³oœæ, rozdzielczoœæ i powtarzalnoœæ pomiaru. Ma to szczególne znaczenie przy pomiarze kolorów ciemnych, np. barwników o du ym stê eniu. Bezpoœredni pomiar tego typu barwników jest praktycznie niemo liwy, gdy mierzona spektrofotometrem charakterystyka widmowa jest bliska zeru dla niemal ca³ego pasma widzialnego. Dlatego w praktyce dokonuje siê pomiaru roztworów, zwykle kolejno dla kilku ró nych stê eñ danego barwnika [3]. Stê one barwniki wydaj¹ siê czarne, natomiast ich rzeczywisty kolor uwidacznia siê w postaci nieliniowoœci charakterystyki widmowej dopiero przy du ym rozcieñczeniu (rys. 2).

Wyznaczanie charakterystyki widmowej kolorów... 415 Rys. 2. Charakterystyki widmowe barwnika stê onego A, roztworu (mierzalnego w ca³ej d³ugoœci pasma widzialnego) B i rozpuszczalnika C Z tego wzglêdu, do okreœlania koloru powsta³ego z pomieszania kilku barwników nie mo emy pos³ugiwaæ siê nie daj¹c¹ siê pomierzyæ charakterystyk¹ oryginalnego, stê onego barwnika, ale charakterystykami jego rozcieñczeñ, mierzalnych w wiêkszym stopniu ni stê ony barwnik. 2. Teoretyczne wyznaczenie charakterystyki widmowej koloru stê onego 2.1. Problem zapisu liczb o bardzo ma³ej wartoœci dodatniej Brak praktycznej mo liwoœci pomiaru sk³oni³ nas do próby teoretycznego wyznaczenia charakterystyki widmowej transmisji lub reemisji dowolnego stê onego barwnika na podstawie znajomoœci prawa rz¹dz¹cego mieszaniem barw oraz charakterystyk widmowych rozpuszczalnika i jednego rozcieñczenia koloru stê onego oraz proporcji mieszania obu sk³adników. Konieczne jest w tym celu dysponowanie niezerow¹ charakterystyk¹ rozcieñczenia w ca³ej d³ugoœci widma widzialnego (charakterystyka rozpuszczalnika przezroczystego lub bardzo jasnego zwykle spe³nia ten warunek). Przy próbie rekonstrukcji niemierzalnej czêœci charakterystyki kolorów barwników stê onych napotkaliœmy problem zapisu liczb dodatnich o bardzo ma³ej wartoœci (rz¹d wielkoœci 10E 324 ). Charakterystyka widmowa barwników w pewnych zakresach czêstotliwoœci wbrew wskazaniom spektrofotometru w rzeczywistoœci nie jest zerowa (by³aby taka dla cia³a doskonale czarnego). Wartoœci charakterystyki dla poszczególnych d³ugoœci fal s¹ jednak tak ma³e, e ich pomiar za pomoc¹ spektrofotometru jest niemo liwy. Istotne jest natomiast prawid³owe okreœlenie tych wartoœci, by móc wykorzystaæ oryginaln¹

416 Maciej Nowak, Grzegorz Nowak charakterystykê barwnika stê onego np. do recepturowania kolorów. Teoretyczne wyznaczenie tych wartoœci ze wzoru napotyka na inn¹ trudnoœæ: ze wzglêdu na wyk³adnicze zale - noœci miêdzy wartoœciami charakterystyk kolorów mieszanych i koloru wynikowego, wartoœci uzyskiwane z obliczeñ s¹ dla pewnych d³ugoœci fal tak ma³e, e standardowa komputerowa precyzja zapisu liczb w trybie double jest niewystarczaj¹ca. Typ double dla.net przechowuje wartoœci z zakresu ±5,0 10 324 do ±1,7 10 308. Dodatnie przekroczenie wartoœci wyk³adnika powoduje zaokr¹glenie do ±inf oraz do 0 przy ujemnym przekroczeniu tego zakresu. Zjawisko to powoduje b³êdy przy odtwarzaniu charakterystyk jasnych kolorów. Aby prawid³owo wyliczyæ teoretyczn¹ charakterystykê koloru stê onego, niezbêdne okaza³o siê wykorzystanie metody zapisu liczb o dowolnej precyzji i mo liwoœæ wykonywania operacji matematycznych z dowoln¹ dok³adnoœci¹. 2.2. Wykorzystanie biblioteki Extreme Nale a³o zatem wybraæ taki typ danych, który reprezentowa³by wyk³adnik liczby na wiêkszej iloœci bitów. Platforma.NET wprowadza 128-bitowy typ numeryczny decimal, jednak by³ on projektowany z myœl¹ o zastosowaniach finansowych. Ma on zakres ±1,0 10 28 do ±7,9 10 28 przy 28 29 cyfrach znacz¹cych i z uwagi na zawê enie wyk³adnika nie spe³nia stawianych wymagañ. Konieczne okaza³o siê u ycie biblioteki matematycznej, która spe³nia nastêpuj¹ce warunki: jest zgodna z platform¹.net; zawiera zmiennoprzecinkowy typ numeryczny o nieograniczonej precyzji; pozwala na operacjê x y, gdzie x, y to liczby zmiennoprzecinkowe o nieograniczonej precyzji. Istniej¹ trzy popularne biblioteki matematyczne dostêpne na platformê.net: Mathdotnet; IMSL C# Numerical Library for Microsoft.NET Applications; Extreme Optimization Mathematics Library for.net. Wszystkie pakiety umo liwiaj¹ analizê statystyczn¹ oraz zaawansowane metody numeryczne. Jednak spoœród nich zaledwie biblioteka Extreme wprowadza nowy typ numeryczny o nieograniczonej precyzji (BigFloat), st¹d wybór by³ ograniczony tylko do niej. Typ BigFloat mo e mieæ precyzjê okreœlon¹ za pomoc¹ 2 36 bitów, przy wyk³adniku zapisywanym za pomoc¹ 32-bitowej wartoœci integer. Ponadto biblioteka implementuje wszystkie podstawowe operacje matematyczne, w tym podnoszenie do potêgi, co by³o jednym z podstawowych wymagañ. 2.3. Otrzymane wyniki Problem numeryczny, z jakim siê spotkano, zosta³ przedstawiony na rysunku 3a. Doœwiadczenie polega³o na teoretycznym mieszaniu koloru stê onego i rozpuszczalnika. Charakterystyka koloru stê onego zosta³a wyznaczona teoretycznie ze standardow¹ do-

Wyznaczanie charakterystyki widmowej kolorów... 417 k³adnoœci¹ double (10 E 324 ). Przy próbie wyznaczenia charakterystyki koloru rozcieñczonego, w otoczeniu d³ugoœci fali 630 nm wartoœci transmitancji koloru pozostaj¹ równe zeru. Przyczyn¹ tej sytuacji jest maszynowe zaokr¹glenie liczb o wartoœciach mniejszych od precyzji double do zera. a) b) Rys. 3. Charakterystyka zawieraj¹ca b³êdy powsta³e w wyniku zaokr¹glenia wartoœci do zera (a); charakterystyka wygenerowana na podstawie pigmentu odtworzonego za pomoc¹ biblioteki Extreme (b) Zastosowanie biblioteki Extreme pozwoli³o na dok³adny zapis nawet najmniejszych wartoœci charakterystyki w ca³ej d³ugoœci badanego widma widzialnego. W efekcie wyniki by³y zgodne z oczekiwaniami, co prezentuje rysunek 3b. Zastosowanie zwiêkszonej precyzji zapisu liczb wp³ynê³o równie na dok³adnoœæ wyznaczenia teoretycznej charakterystyki koloru stê onego, dlatego jego charakterystyka na rysunku 3b ró ni siê od tej przedstawionej na rysunku 3a.

418 Maciej Nowak, Grzegorz Nowak 3. Wnioski 3.2. Zastosowanie praktyczne Zaproponowana w artykule rekonstrukcja charakterystyki widmowej barwników kolorów stê onych bêdzie mia³a praktyczne zastosowanie w zakresie recepturowania kolorów. Metoda ta pozwoli na wyznaczenie i pos³ugiwanie siê charakterystykami oryginalnych barwników zamiast ich roztworów. Precyzyjne przygotowanie i dok³adny pomiar roztworów s¹ bowiem trudne do wykonania w praktyce (zw³aszcza w ma³ych objêtoœciach); stanowi¹ zwykle Ÿród³o dodatkowych b³êdów, wp³ywaj¹cych na jakoœæ koloru dobieranego [3]. 3.1. Dalsze prace Wspomniana na pocz¹tku artyku³u dok³adnoœæ pomiaru jest istotna nie tylko w niemierzalnych (zerowych) czêœciach charakterystyki widmowych, ale równie tam, gdzie wartoœci charakterystyki kolorów o ró nym stê eniu nie ró ni¹ siê od siebie. Z teorii wiadomo, e charakterystyka barwy roztworu powinna byæ zawarta pomiêdzy charakterystykami koloru stê onego i rozpuszczalnika [4]. Natomiast ze wzglêdu na dok³adnoœæ pomiaru spektrofotometrem i precyzjê zapisu liczb warunek ten nie zawsze jest spe³niony, czego nastêpstwem jest nieprawid³owe wyznaczenie charakterystyki koloru stê onego w tym obszarze widma, gdzie charakterystyka roztworu i rozpuszczalnika s¹ bardzo bliskie. W konsekwencji, aby prawid³owo wyznaczyæ charakterystykê koloru stê onego, konieczne jest z³o enie charakterystyki teoretycznej (dla niemierzalnej tj. zerowej czêœci widma) oraz charakterystyki uzyskanej z pomiaru spektrofotometrem (dla czêœci gdzie pomiar spektrofotometrem jest mo liwy). Wyznaczenie granicy z³¹czenia i zapewnienie g³adkoœci charakterystyki wyjœciowej s¹ aktualnie przedmiotem bie ¹cych badañ. Literatura [1] CIE Publ. No.15.2, Colorimetry, 2nd ed. 1986. [2] Ratajczyk F., Kolorymetria praktyczna. Instytut Fizyki Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw 2008. [3] Mielicki J., Zarys wiadomoœci o barwie. Fundacja Rozwoju Polskiej Kolorystyki, ódÿ 1997. [4] Felhorski W., Stanioch W., Kolorymetria trójchromatyczna. WNT, Warszawa 1973.