Основы теории цвета

Московский Государственный Университет Печати Факультет Принтмедиа технологий Специальность Технология полиграфического производства Кафедра Специальные виды печати КОНТРОЛЬНАЯ ПИСЬМЕННАЯ РАБОТА Основы светотехники ТЕМА: Основы теории цвета Вариант № 2

Москва, 2011 г.

Вопрос № 1: Возникновение цветового ощущения. Метамерные и дополнительные цвета. Объясните эти понятия с позиции теории цветового зрения.

Возникновение цветового ощущения.

Действие на органы зрения излучений, длины волн которых находятся в диапазоне 380 — 780 нм, приводит к возникновению не только ощущения светлот, но и более сложных ощущений — цветовых. Цвет излучений в диапазонах 380−400 и 700−780 нм аналогичен цвету излучений с длинами волн 400 и 700 нм соответственно, поэтому, когда говорят о цветовых ощущениях, обычно рассматривают диапазон 400−700 нм.

Цвет, или, точнее, ощущение цвета, вызывают световые излучения различного спектрального состава, попавшие в наш глаз при рассматривании светящейся или окрашенной поверхности предмета. Это одно из определений понятия «цвет». Из этого определения видно, что характер цветового ощущения связан со спектральным составом действующего на глаз света и со свойствами зрительного аппарата человека, с его восприятием. А значит цвет можно оценить и измерить. В колориметрии (науке об измерении цвета) излучение, попавшее в глаз и вызвавшее цветовые ощущения, называется цветовым стимулом.

Трехзональная теория цветового зрения объясняет не только восприятие светлот, но и цветов в диапазоне 380−780 нм. Сущность теории состоит в том, что особые светочувствительные нервные клетки, находящиеся в одной из оболочек глаза и называемые фоторецепторами, избирательно воспринимают излучения видимой части спектра. Глаз содержит три группы фоторецепторов, каждая из которых наиболее чувствительна к синей (400−500 нм), зеленой (500−600 нм) или красной (600−700 нм) зонам спектра. Рецепторы реагируют на попавшее на них излучение в соответствии с уровнем своей спектральной чувствительности. Ощущение всего многообразия цветов возникает в Результате комбинаций этих реакций.

На рисунке дана схема восприятия цвета отражающей поверхности. Спектральное распределение источника света (солнца) показано кривой 1, наблюдаемая поверхность предмета II отражает свет в соответствии со спектральным коэффициентом отражения (кривая 2), измеренным с соответствующей геометрией Измерения. Спектральный состав излучения (кривая 3), направленного в глаз наблюдателя III, рассчитывается перемножением ординат кривых 1 и 2. Попав на сетчатку (светочувствительную оболочку глаза), излучения вызывают реакцию фоторецепторов IV. Кривые 4, 5, 6 — спектральные реакции рецепторов, ответственных за возникновение синего, зеленого и красного ощущений соответственно.

Из первой части курса известно, что ощущение светлоты зависит от мощности излучения, попавшего в глаз, то же самое можно сказать и о цветовых ощущениях. Полные интегральные реакции рецепторов зависят не только от их спектральной чувствительности, но и от мощностей, приходящихся на соответствующие участки спектра. Полные реакции рецепторов на попавшее в глаз излучение равны произведению реакций (кривая 3 на кривые 4, 5, 6). В нашем примере мы рассматриваем зеленую траву, поэтому объект вызовет наибольшую реакцию зеленочувствительных рецепторов, наименьшую — синечувствительных и красночувствительных. Сигналы о каждой из этих реакций передаются в мозг V, вызывая соответствующие ощущения красного, синего и зеленого цветов. Эти элементарные ощущения называются основными. Мозг не воспринимает основные цвета раздельно. Ощущения складываются в единое целое, и мы видим цветной объект, в данном случае — зеленую траву.

Соотношение интенсивностей основных сигналов определятся мощностью попавшего в глаз излучения, его формой и относительной величиной реакций 4, 5, 6. Если бы они были узкими и не перекрывались, а их величина не зависела от окружающего освещения, то для описания цвета достаточно было бы знать спектральный состав излучения. Вследствие взаимного перекрытия кривых 4, 5, 6 излучения различных спектральных оставов могут давать одинаковые сигналы, поступающие в мозг, следовательно, вызывать ощущения одинаковых цветов (которые, как мы уже говорили, называются метамерными). А еще точнее, процесс формирования цветового ощущения осложняется психологическими и психофизическими факторами. Основной вывод, который можно сделать из рассмотрения механизма восприятия, — цвет трехмерен по природе восприятия. Понятие трехмерности цвета лежит в основе всех международных колориметрических систем, а также в основе большинства практических способов воспроизведения цвета.

Метамерные и дополнительные цвета.

Основные цвета — это красный, жёлтый и синий. Основными они называются потому, что путём их смешивания можно получить все остальные цвета спектра цветового круга, а путём их смешивания с добавлением чёрного и белого цветов — все видимые человеком оттенки цвета. При этом первичные цвета невозможно получить в результате смешивания других цветов.

Два цвета, объединение которых даёт белый цвет, называются дополнительными цветами. Если мы удалим из спектра один цвет, например, зелёный, и посредством линзы соберём оставшиеся цвета — красный, оранжевый, жёлтый, синий и фиолетовый, — то полученный нами смешанный цвет окажется красным, то есть цветом дополнительным по отношению к удалённому нами зелёному. Если мы удалим жёлтый цвет, — то оставшиеся цвета — красный, оранжевый, зелёный, синий и фиолетовый — дадут нам фиолетовый цвет, то есть цвет, дополнительный к жёлтому. Каждый цвет является дополнительным по отношению к смеси всех остальных цветов спектра.

На самом деле задача оценки цвета так просто не решается. Все реальные тела отражают свет практически во всем диапазоне спектра в большей или меньшей степени. При этом, если известно, что цвет излучения диапазона 480−510 нм голубой, совсем необязательно, что любой голубой цвет имеет такой же диапазон излучений. Например, цвет голубого неба содержит в себе все излучения видимого спектра, а смешивая в определенных соотношениях по мощности синее излучение (= 436 нм) с зеленым излучением (= 546 нм), получим тот же самый голубой цвет неба. Из приведенного примера следует, что визуальное тождество сравниваемых пучков не гарантирует их тождества по спектральному составу.

Если сравниваемые световые пучки излучения одинаковы по цвету, но имеют различный спектральный состав, такие цвета (или световые пучки) называются метамерными, если спектральный состав одинаковый — изомерными.

На практике, особенно в полиграфии, при воспроизведении цветных объектов требуется получение цвета, зрительно не отличимого от воспроизводимого, и чаще всего этот цвет бывает метамерным. При полиграфическом тиражировании цветной продукции все экземпляры внутри тиража должны быть изомерны.

Из сказанного следует, что не имеет значения, метамерны или изомерны оригинальный цвет и цвет-копия. Очевидно, что необходимо измерять и воспроизводить цвет независимо от спектрального состава излучения, вызвавшего данное цветовое ощущение. Существенно, чтобы измеряемый или воспроизводимый цвет действительно был, как в нашем примере, цветом неба. Проблемы могут возникнуть лишь при оценке или измерении цвета копии в условиях, отличных от условий оценки оригинала.

Задача № 1

По уравнениям цветов Ц1 и Ц2 составить уравнение смеси. Указать более яркое излучение. Определить яркость цвета смеси Ц1 + Ц2.

Ц1=0,1Х+5,5Y+3Z

Ц2=9Х+3Y+4Z

Решение:

По третьему закону Грасмана (аддитивности): цвет смеси излучений зависит только от их цветов, но не от спектрального состава. Из закона следует факт, имеющий первостепенное значение для теории цвета, — аддитивность цветовых уравнений: если цвета нескольких уравнений описаны цветовыми уравнениями, то цвет выражается суммой этих уравнений.

Уравнение смеси:

Ц?= Ц1 + Ц2

Ц?= (0,1+9)Х+(5,5+3)Y+(3+4)Z

Ц?= 9,1Х+8,5Y+7Z

Яркость цвета в этой системе определяется только координатой Y.

Вц=680Y

Вц=680×8,5=5780кд/м2

Задача № 2.

Произвести расчет цветов оригинала по его кривым отражения.

Тип источника А. Номер образца 2.

Хл=Цлхл*сл

Yл=Цлyл*сл

Zл=Цлzл*сл В графы 6,7 и 8 заносятся результаты вычислений монохроматических координат цвета по формулам:

Хл=

Yл=

Zл=

Координаты цвета вычисляются по формуле:

Хл=

Yл=

Zл=

При работе с Дл=20 суммарное значение граф 6,7,8 следует умножить на 2:

Х=8,92*2=17,84

Y=9.72*2=19,44

Z=10,41*2=20,82

Уравнение цвета: Ц=17,84Х+19,44Y+20.82Z

Чтобы перейти от уравнения Цвета к уравнению Цветности, следует разделить координаты цвета уравнения Ц=ХХ+YY+ZZ на модуль (m):

m= Х+Y+Z

m=17,84+19,44+20,82=58,10

Ц=Z

Ц=0,3Х+0,3Y+0.4Z

По диаграмме цветности хy определим доминирующую длину волны (Хдом) и частоту цвета (р).

Нахождение (условной) колориметрической чистоты цвета, характеризующей насыщенность, осуществляется по графику. Точка пересечения Цл=420нм (лдом). Это означает, что цвет синий.

Колориметрическая частота цвета, характеризующая насыщенность, находится по формуле Р=Руслх Русл.===0,14

Р==0,73

Яркость цвета: Вц=680хY=680×19,44=13 219,2 кд/м2

Вывод: лдом=420нм, цветовой тон — синий, колориметрическая частота цвета Р=0,73.

Список, использованной литературы

1. Шашлов А. Б., Уарова Р. М., Чуркин А. В. Основы светотехники: Учебник для вузов; МГУП, 2002.280с.

2. Сборник контрольных и методических указаний для студентов IV курса заочного отделения, обучающихся по специальности 261 202.65 — «Технология полиграфического производства»; МГУП, 2008.

цвет излучение яркость зрение