Цветовые измерения.

деятельности человека. Наиболее востребованной данная опция бывает в производственных областях, имеющих дело с цветной продукцией. Также важно измерение цвета в полиграфии и покрасочных мастерских.

Цветометрия позволяет контролировать соответствие цветов обрабатываемой продукции и поставляемого сырья назначенным стандартам, упорядочивает используемые тона и оттенки в единую базу данных для всех партнеров, занятых в процессе. В многокрасочной печати она обеспечивает одинаковый результат реализации проекта на различных материалах, используемых в качестве подложки. Отрасли, где рабочий процесс основан на использовании смесевых красок, применяют колориметрию для тестирования составляющих элементов и создания формул смешения красок.
Оценка качества цветов необходима не только на производственных или печатающих предприятиях, она востребована и в менее масштабных процессах: для дизайнерских или художественных работ, калибровки принтеров, настройки мониторов или телевизоров.
В зависимости от специализации работ и целевой направленности, используются различные типы измерительных приборов и приспособлений.

Спектрофотометры

• Собственно цвет (оттенок). Оценивается по длине волны излучаемого или отраженного от поверхности света. Единицей измерения является нанометр (нм).
• Чистота тона (насыщенность). Показывает уровень расхождения со спектральным прототипом, выраженный количеством присутствующего белого тона. Чем больше белого, тем меньше насыщенность.
• Отражающая способность (яркость). Показывает разницу между падающим и отраженным светом, обусловленную количеством черного тона в образце.

Для более сложных измерений в лабораторных условиях необходим стационарный прибор со сферическим методом измерений (Color Eye 7000 или Ci7800).
Чтобы откалибровать принтер, нужна специальная модель устройства, например, SpyderPrint. Для компьютерного дисплея, проектора, цифровой камеры - комплект i1Publish Pro 2. Настроить цвета на телевизоре высокой четкости поможет Spyder4TV HD.
В полиграфии помимо спектрофотометров используются денситометры, оценивающие плотность слоя наносимой на основу краски.

Просмотровые кабинки

Одной из важнейших задач современного производства является обеспечение идентичности экземпляров продукции установленным образцам. Человеческий глаз различает несколько миллионов оттенков цвета, и даже незначительное различие цвета может показаться нам неприемлемым. При этом мы способны запомнить лишь несколько десятков цветов и каждый из нас даст свое описание цвета объекта, то есть, мы не сможем передать точную информацию о цвете, руководствуясь только собственными чувствами. Так же, как и при других точных измерениях, нам необходим эталон и измерительный прибор для численного представления свойств объекта (рис. 1).

Рис. 1

При измерении, например, размера, Вы можете использовать эталоны длины различных типов и классов точности. Их физические свойства незначительно изменяются с течением времени, что позволяет сохранить необходимую точность измерений.

Ситуация значительно усложняется при измерении и сравнении цветов продукции. Подавляющее большинство физических объектов изменяет свой цвет с течением времени под влиянием различных факторов окружающей среды (солнечная радиация и искусственное освещение, влажность, воздух), в результате изменения состояния поверхности (появление блеска, шероховатости, царапин, загрязнений), в результате естественного разложения (органические вещества) и даже в результате изменения температуры объекта.

Так же, восприятие цвета невозможно без освещения объекта и в значительной степени зависит от параметров освещения и взаимного расположения наблюдателя, источника света и объекта наблюдения.

При использовании образца продукции в качестве эталона цвета, Вам пришлось бы обеспечить условия хранения для каждого из образцов и производить сравнение цвета в условиях специального освещения. Возможно, Вы могли бы сравнивать цвета по фотографиям или по каталогам, с карточками различных цветов, но фотографии передают не весь спектр видимого света и искажают цвета, а каталог не отражает фактуру поверхности и имеет ограниченный набор оттенков. Таким образом, использование образца продукции или любого физического объекта в качестве эталона цвета становится технически сложной, подчас неразрешимой проблемой, и, в любом случае, не позволяет гарантировать соответствие цвета утвержденным образцам.

Для численной оценки колориметрических (цветовых) параметров, международной комиссией по освещению (CIE), с учетом особенностей человеческого зрения, была разработана система измерения на основе «цветового пространства» – трехмерной системы координат, указывающей значение светлоты, оттенка и насыщенности измеренного цвета. Измерения производятся при стандартизированных условиях, обеспечивающих воспроизводимость результатов. Каждому измеренному цвету соответствует уникальная точка и для передачи точной информации о цвете достаточно указать координаты этой точки в цветовом пространстве.

Измерение и сравнение цветов производится специализированными приборами – спектрофотометрами и колориметрами. Konica Minolta Sensing выпускает широкий спектр стационарных и портативных приборов измерения цвета, как универсальных, так и для решения специфических задач.

Принцип измерения и конструкция современных спектрофотометров и колориметров обеспечивают высокую повторяемость результатов измерений, необходимую для точной оценки и сравнения цветов. Параметры используемых осветителей, наблюдателей, углов измерения и апертур приборов установлены стандартами CIE. В момент измерения цвета объект располагается в фиксированном положении относительно источника освещения (осветителя) и объектива фотоприемника (наблюдателя). Зона измерения задается калиброванным отверстием (апертурой) и закрыта от окружающего света. В результате измерения пользователь получает численное значение параметров измеренного цвета (колориметрическое значение), которое может использоваться в качестве эталона, хранящего данные о цвете эталона продукции или в качестве образца, для сравнения цвета образца с цветом эталона. Аппаратное измерение и сравнение цветов позволяет исключить субъективную оценку соответствия цвета человеком.

В промышленности, торговле и в исследовательской деятельности можно выделить несколько направлений в измерении цвета.

Во первых, это измерение цветоразличия между цветом эталона продукции и цветом каждого последующего образца (партии товара и т.п.). При этом, возможно использование, как собственных эталонов продукции, так и эталонов заказчика или требований стандартов. Например, изготовитель мебельной пленки может проверять соответствие закупаемых красителей и цветоразличие изготавливаемой пленки, как однотонной, так и со сложной фактурой, разноцветным узором, что позволит отгружать заказчикам партии пленки с минимальным цветоразличием от предыдущих поставок. Изготовитель мебельных щитов, используя цифровые колориметрические данные, может заказать пленку с необходимым оттенком, насыщенностью и светлотой, и изготовить продукцию, соответствующую собственному каталогу или образцам заказчика. Изготовитель мебели, в свою очередь, может подбирать мебельные гарнитуры с минимальным цветоразличием составляющих предметов.

Эту последовательность можно перенести на любую другую цепочку предприятий, где продукция одних выступает в качестве сырья для других и звенья, использующие аппаратное измерение и контроль цвета окажутся в наиболее выгодных условиях, так как смогут однозначно установить требования и объективно произвести оценку. Возможно, наибольшую потребность в измерении и сравнении цветов имеет изготовитель конечной продукции, так как он является последим звеном цепи и несет наибольший риск. В любом товаре, имеющем недопустимое цветоразличие в окраске элементов, потребитель сразу заметит несоответствие цветов, что вызовет проблемы с реализацией товара.

Рис. 2

Рис. 3

С данной проблемой столкнулись, в частности, специалисты лаборатории по окраске гидрофильных контактных линз ООО «Доктор Оптик» г. Москва. По условиям производства, заготовки для контактных линз изготавливаются парами со стандартными параметрами или с параметрами заказчика. Пары заготовок окрашиваются в специализированном устройстве, обеспечивающем непрерывное перемешивание красителя, стабильную температуру и время крашения. Несмотря на использование лучших современных технологий, оборудования и красителей, вследствие физических особенностей материала контактных линз, периодически наблюдается заметное различие окраски линз в парах. В результате, в автоматизированный и технологически совершенный процесс, пришлось ввести дополнительную операцию: ручную сортировку и подбор линз в пары с одинаковыми оптическими параметрами и минимальным цветоразличием в паре. Так как восприятие цвета зависит от множества факторов (опыт и возраст сотрудника, условия освещения, цвет окружающей обстановки и фона и т.п.), каждый из специалистов производил сортировку в соответствии с собственным восприятием цвета, что не всегда совпадало с мнением заказчиков. Процесс подбора в пары по цвету был трудоемким малопроизводительным и при этом, не обеспечивал должного качества.

Для решения проблемы было предложено использовать спектрофотометр Konica Minolta CM-5 , являющийся автономным и полнофункциональным стационарным прибором. Спектрофотометр имеет большой встроенный дисплей, отображающий настройки прибора, параметры и результаты измерений. CM-5 производит измерения цвета в отраженном свете (измерение на отражение), а также измерение цвета и прозрачности в проходящем свете (измерение на пропускание). Встроенное программное обеспечение позволяет вести базу данных эталонных цветов и данных образцов, определять цветоразличие образца относительно эталона, устанавливать допустимые отклонения оттенка, насыщенности и светлоты, соответствие или не соответствие образца эталону на основании допусков. Конструкция прибора обеспечивает измерение материалов любого типа, как пластин, пленок, монолитных объектов, гранул, порошков, так и жидкостей, паст и т.п.

Выбор спектрофотометра CM-5 был обусловлен специфическими функциями прибора и возможностью использования разнообразных аксессуаров (рис. 2).

Так как контактные линзы хранятся в специальной жидкости и поверхность извлеченной для измерения линзы увлажнена, для защиты фотометрической сферы прибора от случайного попадания жидкости был выбран режим измерения «измерение с чашкой Петри на отражение». Дополнительный аксессуар чашка Петри, выполнен из оптического кварцевого стекла, влияние дна чашки на результат измерения компенсируется при проведении калибровки белого, благодаря использованию внешней калибровочной пластины. Так как воспроизводимость измерений напрямую зависит от точности позиционирования измеряемого объекта, был разработан специальный держатель контактной линзы. Устройство держателя обеспечивает стабильность установки линзы относительно апертуры прибора и исключает ошибки оператора, что обеспечивает воспроизводимость результатов измерений (рис. 3).

Рис. 4

Рис. 5

Линза прикладывается вогнутой стороной к выпуклой поверхности линзадержателя. Оператор прикасается промокательной бумагой к краю контактной линзы, для удаления капель жидкости и устанавливает держатель в пазы апертурной маски прибора. Поверхность контактной линзы оказывается в непосредственной близости от отверстия апертурной маски и отделена от него стеклом чашки Петри. Измерение производится в цветовом пространстве LСh, где L – значение светлоты, С – значение насыщенности, h – значение оттенка. При измерении учитывается зеркальная составляющая (SCI), для максимального соответствия аппаратного вердикта и визуальной оценки человеком. Оператор измеряет одну линзу из пары в качестве эталона цвета, вторую, в качестве образца (рис. 4). Сразу после измерения, на дисплее отображается результат в виде абсолютных значений L, C, и h, цветоразличие по каждому из параметров ∆L, ∆C, и ∆h, суммарное цветоразличие ∆E и итоговый вердикт, основанный на введенных пользователем допусках цветоразличия. Так как соответствие цветов и пределы допусковдля каждого производства и материала различны, для оценки допусков группой специалистов ООО «Доктор Оптик» были подготовлены пары линз различного цвета, имеющие, при визуальной оценке, одинаковый цвет, малозаметное цветоразличие, заметное, значительное и недопустимое цветоразличие. По результатам измерения этих образцов было установлено, что среди пар линз, отобранных как имеющие приемлемое цветоразличие, суммарное цветоразличие составляет от ∆E=1,8 для розовых линз до ∆E=3.0 для синих, при этом, неприемлемым становится различие насыщенности ∆C более 0,8, а влияние различия светлоты ∆L было менее существенным и не меняло вердикт визуальной оценки при значении менее ∆L=2,5 (рис. 5). Также было установлено, что различие оттенка ∆h в одной окрашиваемой партии крайне незначительно и не превышает ∆h=0,5 при среднем значении ∆h=0,3. Измеренные величины типичны при окрашивании различных материалов, так как незначительное изменение концентрации красителя влияет на насыщенность цвета, но не приводит к существенному изменению оттенка.

Так как в ходе эксперимента было выявлено значительное влияние на визуальный вердикт различия в насыщенности ∆C, незначительное влияние различия светлоты ∆L и незначительное различие оттенка ∆h в одной партии окраски, на основании тестовых измерений была разработана методика расчета значений допуска ∆L, ∆C, ∆h и суммарного цветоразличия ∆E для линз различного цвета, оптической силы и ценовых категорий.

В процессе измерений было установлено, что у линзы, извлеченной из контейнера с жидкостью, вследствие испарения жидкости с поверхности линзы, изменяются физические размеры (уменьшается диаметр, увеличивается толщина), что приводит к значительному увеличению насыщенности окраски и изменению вердикта о соответствии/не соответствии цвета линз в паре. На основании показаний спектрофотометра был построен график временной зависимости изменения насыщенности цвета различных экземпляров и типов линз, который показал незначительное изменение насыщенности, в пределах ∆C=0.2, в течение первой минуты и резкое изменение насыщенности, до ∆C=0.8 (цветоразличие становится неприемлемым), в течение второй минуты. То есть, точность измерений, воспроизводимость результатов и итоговый вердикт, в данном случае, зависят не только от типа измерения, позиционирования линзы, настроек допусков, но и от времени измерения с момента извлечения линзы из жидкости.

Рис. 6

С учетом данных особенностей материала и быстродействия прибора (одно измерение за 3 секунды), была составлена временная карта процесса измерений, регламентирующая последовательность действий оператора и продолжительность каждой операции.

Строгое соблюдение процедуры измерения позволило создать базу данных эталонных цветов, для классификации продукции по цвету, хранения и последующего точного воспроизведения необходимых оттенков и подбора линз в пары (рис. 6).

При ручной сортировке, каждый из специалистов извлекал пару линз из контейнера и визуально оценивал цветоразличие. При недопустимом цветоразличии он поочередно извлекал одну за другой линзы из своей группы контейнеров до тех пор, пока не подбирал пару к одной из первых. Подбор пары перебором всех вариантов производился для каждого экземпляра линзы.

Использование спектрофотометра позволило сократить число сотрудников, участвующих в сортировке и значительно повысить эффек тивность и качество работы.

Оператор CM-5 берет пару окрашенных линз, извлекает одну из них, прикладывает к держателю и помещает на апертуру прибора. Производит измерение колориметрических данных линзы в качестве эталона цвета и возвращает линзу в контейнер. Извлекает вторую линзу из пары, устанавливает и измеряет в качестве образца, сравниваемого с эталоном. На дисплее прибора отображается вердикт о соответствии/не- соответствии образца эталону, на основании введенных допусков для данного типа линз. При положительном вердикте пара поступает в продажу, при отрицательном вердикте данные обеих линз сохраняются в памяти прибора в качестве эталонов. CM-5 имеет функцию автоматического подбора эталона с минимальным цветоразличием. Оператор измеряет линзу, не имеющую пары, и прибор, среди хранящихся в памяти до 1000 данных измерений, выбирает вторую линзу с минимальным цветоразличием. В результате однократного измерения всех линз, часть из них сразу переводит в готовый товар, а оставшиеся создают базу данных для сопоставления параметров. Таким образом, отпадает необходимость многократного извлечения и измерения каждой линзы, что значительно повысило производительность.

Рис. 7

Данные CM-5 могут быть сохранены непосредственно с прибора на USB карту памяти для хранения, распечатки или обработки на компьютере. Данные могут использоваться в табличных редакторах, для углубленного анализа и выявления зависимости изменения цвета контактных от типа и концентрации красителя, продолжительности окраски, интенсивности перемешивания, температуры и продолжительности процесса. Печать результатов измерений для ведения отчетов и документирования может производиться принтером, подключенным непосредственно к спектрофотометру. Благодаря небольшому весу и габаритам, прибор не требует специального места для установки и может использоваться непосредственно на рабочем столе специалиста. Включение и подготовка прибора к работе занимают около минуты. Д ля повышения точности измерений, например, при подготовке эталонных данных для партии продукции, прибор может автоматически произвести серию измерений в одной или нескольких точках объекта и вычислить среднее квадратичное значение. Также, CM-5 может производить оценку параметров запрограммированных пользователем, для учета специфических факторов конкретного производства. Настройки типа и параметров измерений, параметров и вида отчетов могут быть сохранены в виде файлов настроек на USB карту памяти, что обеспечивает быструю перенастройку прибора для каждого типа измерений.

CM-5 производит измерения как на отражения, так и на пропускание, что позволяет измерять рассеяние света и прозрачность заготовок и окрашенных линз. Прибор имеет расширенный диапазон измерения цвета (от 360 нм до 740 нм), что дает возможность измерять пропускание контактными линзами ультрафиолетового излучения (рис. 7). Результат измерения отображается как в виде спектрального графика, упрощающего визуальную оценку, так и в виде численного значения пропускания на выбранной длине волны с шагом 10 нм. Использование спектрофотометра позволило наладить производство и стандартизировать целый ряд параметров контактных линз.

В следующей главе мы рассмотрим цветоподбор на основе сложения спектров красителей, примеры использования спектрофотометров и специализированного программного обеспечения.

Лекция 8 НАУКА ОБ ИЗМЕРЕНИИ ЦВЕТА (КОЛОРИМЕТРИЯ)

«Если Вы умеете измерить цвет, Вы можете его контролировать»

Руководство по цвету фирмы X-RITE

«.. что касается колориметрии, то я сейчас не представляю себе жизни без нее. Такая наука одна на свете: она не может без живого человека, ведь главный измерительный прибор, изначаль­ный инструмент колориметрии – это наш глаз.»

Е.Н. Юстова

Наука о цвете из-за входящих в нее художественных и эстетических аспектов не может разрабатываться как строго научная дисциплина.Полное право называться точной наукой может входящая в нее частная дисциплина – колориметрия (наука об измерении цвета). Э то дисциплина на стыке физики, математики, биологии, физиологии, психологии. В ней приходится работать одновременно в двух направлениях: изучать и глаз, и цвет. Колориметрия– единственная физико-математическая дисциплина, которая изначально построена на ощущениях. Все приборы, работающие в рамках этой науки, тестируются глазами. Главный измерительный прибор колориметрии– это человеческий глаз, в котором рождается цвет.

Физиком Эрвином Шредингером был введен термин «метрика цвета», который обозначает учение о взаимном количественном выражении цветов.

Низшая метрика цвета осуществляется при помощи оценки тождественности цветов с применением цветовых уравнений,высшая -путем оценки цветовых различий или тождественности отдельных цветовых характеристик.

Ниже даются строгие определения колориметрических терминов .

Цвет (психофизический * ); цвет в колориметрии – трехмерная век­торная величина, однозначно характеризующая группу излучений, визу­ально неразличимых в колориметрических условиях. Определяется ко­ордина­тами цвета в одной из стандартных колориметрических систем МКО

Колориметрическая система – система количественного выражения цвета, основанная на возможности воспроизведения данного цвета путем аддитивного смешения трёх выбранных цветовых стимулов. Понятие «колориметрическая система» относится к системам RGB, XYZ МКО 1931 г. и XYZ МКО 1964 г. В широком смысле термин «система координат» или просто «система» может относиться к производным системам количественного выражения цвета, базирующихся на трех выбранных цветовых стимулах колориметрических систем.

Координаты цвета – количества трех основных цветов, необходимые для по­лучения колориметрического равенства с измеряемым цветом.Измерить цвет– это определить три координаты цвета.

Цветовое различие (визуальное) – различие между двумя цветами, каким его видит человеческий глаз. Описывается в терминах субъективных цветовых характеристик: светлее, темнее, насыщеннее, краснее, зеленее, желтее и т.д.

Цветовое различие D Е – обозначение общего цветового различия между цветами. Определяется расстоянием между двумя точками, представляющими цветовые стимулы в выбранном цветовом пространстве. Описывает величину (размер, степень, количество в порогах) различия между цветами и не дает качественного представления о его природе. Качественное представления дают различия в компонентах цветового различия.

Порог цветоразличения – наименьшее воспринимаемое глазом различие в цвете. В значительной степени зависит от условий наблюдения.

Цветовое пространство – трехмерное пространство для геометрического представления воспринимаемых или психофизических цветов.

Цветовое пространство CIE 1976 ( L * a * b *) – трехмерное приблизительно равноконтрастное цветовое пространство, полученное построением в прямоугольных координатахL *, a *, b * , однозначно связанных с координатамиXYZ в системе МКО. КоординатаL * характеризует светлоту, координатаa * - содержание красного или зеленого цвета, координатаb * - содержание желтого или синего цвета. В этом пространстве цвет может также определяться полярными координатамиL *, C *, h , гдеC * коррелирует с насыщенностью, аh (угол цветового тона)-с цветовым тоном. Равнозначное обозначение- CIELAB .

Формула цветового различия CIE 1976 ( L * a * b *): DE СМС( l : c ) – служит для расчета общего цветового различия между двумя цветами с известными координатамиL *, C *, h , Обозначение( l : c ) относится к коэффициентам коррекции для светлоты и насыщенности. При отношенииl : c = 1:1 формула предназначена для расчета воспринимаемых цветовых раздичий, при отношенииl : c = 2:1 – для определения приемлемых цветовых различий. Обозначение-СМС (1:1) иСМС (2:1).

Дин Джадд и Гюнтер Вышецки не преувеличивали, когда писали о том, что «удовлетворяющее по­купателя про­изводство предметов потребления... может быть осуществлено только с при­влечением в широком объеме методов цветового контроля. Ц ветовые изме­рения являются неотъемлемой составной частью современ­ной деловой жизни » .

Если в начале прошлого века Генри Форд мог представить покупателю свою последнюю модель лимузина «любого цвета, при условии, что он чер­ный», то от 2.500 цветовых оттенков автокрасок, имеющихся во всей Европе в 1970 г., их число к концу века превышало 20.000. Из года в год к ним добав­ляется несколько сот но­вых цветовых оттенков. «Банки цветов» отдельных фирм содержат сотни и тысячи цветов, на каждый из которых имеется отрабо­танная рецептура с использованием технологии и материалов данной фирмы. Но работа с таким большим числом образцов цвета, с их воспроизведением в материале, невоз­можна без использования современных технологий и науки о цвете. Чтобы эффективно использовать цвет, его обязательно нужно держать под строгим контролем. Если вы умеете измерять цвет, вы можете его контро­лировать, сообщать и передавать информацию о цвете в виде величины коэф­фициента отражения (спектральные данные) и в виде значений координат цвета.

Компьютеризированные системы расчета рецептур и подгонка цвета с по­мощью спектрофотометров и компьютерных программ – это стратегия большинства крупных фирм, выпускающих и использующих окрашенные материалы.

Для того, чтобы владеть современными технологиями, свя­занными с измерением и преобразованием цвета, например, в компьюте­рах, скане­рах и принтерах, также необходимо знание колориметрии.

Для чего нужны цветовые измерения в промышленности? В первую оче­редь они необходимы для того, чтобы определить, соответствует или нет цвет окрашенной продукции норме, то есть, это – объективный метод кон­троля цвета при выпуске или приемке окрашенной продукции . Они необходимы для:

аттестации цвета, то есть, в качестве цветовой меры эталонов (кон­трольных образцов цвета) и цвето­вых различий между допускаемыми от­кло­нениями на цвет материала;

объективного сравнения с цветом выпускаемого или поставляемого ма­териала в ар­бит­ражных случаях; сравнения с образцами цвета других фирм, международных атласов, карто­тек, каталогов цветов;

оценки цвета образцов по объективным колориметриче­ским ха­рактеристи­кам;

в автоматизированных системах расчёта рецептур для воспроизведе­ния эталонного цвета и в автоматизированных процессах производства окрашен­ных материа­лов;

объективного определения степени изменения цвета (эталонов, мате­риалов) в про­цессе хранения и использования на протяжении срока действия. Степень изменения определяется по значениям цвето­вых различий D Е .

Разработка и стандартизация методов измерения цвета .

В основе современных методов измерения цвета лежат законы Грассмана и аддитивное сложение цветов. Грассман сформулировал свои знаменитые три закона, которые в на­стоя­щее время ци­тируются в разных формулировках. Их можно выразить в виде основного общего закона: «Светоадапти­рован­ный трихроматический глаз оце­нивает падающее на него излучение по трем не зависящим друг от друга спек­тральным функциям воздействия (сложения) линейно и постоянно, причем объединяет эти отдельные воздействия в неразрывное суммарное воздействие (стимул)».

По-отдельности законы можно сформулировать как закон трехмерности , закон непрерывности, закон аддитивности. Излучения, кото­рые кладутся в ос­нову системы цветовых измерений, называют основными стимулами . При графическом построении зависимостей количеств основных цветов от длины волны получаются функции длины волны, называемые функциями сложения цветов или просто кривыми сложения. Функции сложения цветов (кривые сложения) характеризуют стандартного колориметрического наблюдателя (три стандартные кривые спектральной чувствительности трех разных «фотоприемников» человеческого глаза).

Подлинному прогрессу в области измерения цвета способствовала воз­никшая в 20-ые годы прошлого века потребность в технических измерениях и характеристиках цвета окрашенной продукции. Особенно остро встала про­блема инструментальной оценки цвета нефти в США, которая продава­лась по цвету, а визуальная оценка при нестандартных условиях определе­ния то и дело приводила к разногласиям. Подобные проблемы возникали и в тек­стиль­ной промышленности, особенно при поставках текстиля для воен­ных ве­домств, а также в лакокрасочной и других отраслях. Необходимость использования объективных методов контроля цвета промышленной продукции привела к созданию и стандартизации колориметрических систем. Создание спектрофотометра (поставлен фирмой «Дженерал электрик» на ми­ровой рынок в 1930 г.) и принятие на заседании VIIIсессии МКО (Международ­наяй комиссия по освещению) в 1931г.стандартных условий измерения цвета: функций сложения цветов, стандартных излучений А, В и С и стандартной гео­метрии освеще­ния/наблюдения положили начало промышленному ис­пользо­ванию цвето­вых измерений.Стандартная колориметрическая система XYZ МКО 1931 г., установленная стандартамиМКО иИСО , стала основой цвето­вых измерений во всем мире.

Система спецификации цвета МКО во многих случаях оказывается весьма полезной и используется прак­тически во всех применениях цветовых измерений. Однако для успеш­ного ее приме­нения необходимо знать ее возможности и огра­ничения.

Функции сложения цветов (кривые сложения) МКО 1931 г. Они характе­ризуютстан­дартного колориметри­ческого наблюдателя (три стандартные кри­вые спек­тральной чувствительно­сти трех разных «фотоприемников» человеческого глаза) при малых углах поля зрения (<4°). Первоначально данные были получены путем усреднения экспериментов Гилда и Райта по уравниванию наблюдателями спектральных цветов в поле зрения 2° с помощью суммы трех цветов R , G , B (крас­ный, зеленый, синий) с длиной волны 700, 546,1 и 435,8 нм. Однако из-за отрица­тельных значений части функции r (λ) ее нельзя использовать для аддитив­ного сложения цвета.

(а)
(б)

Рис. 50. Кривые сложения цветов стандартного колориметрического на­блюдателя, полученные на основе данных опытов Гилда и Райта (а), кривые сложения цветовx(λ), y(λ), z(λ) для стандартного колори­метрического наблюдателя МКО 1931 г. (б)

Для того чтобы избежать отрицательных значений кри­вых сложе­ния, они были подвергнуты линейному математическому преобра­зованию, в ре­зультате чего были получены кривые сложенияx (λ), y (λ), z (λ) (рис. 50), которые известны как кривые сложения цветов стандартного колори­метрического наблюда­теляМКО 1931 г. В новой системе основные цветаX , Y , Z являются нереальными (воображае­мыми, гипотетическими) цветами.

Стандартный колориметрический наблюдатель МКО 1964 г. Несмотря на то, что система МКО 1931 г. была официально признана во всем мире, у нее имелся ряд недостат­ков.

Новые кривые сложе­ния были найдены на ос­нове многочисленных опытов, выполненных Стайл­сом, Бёрчем и Сперанской. Полученные кривые сложения были названы кривыми сложения до­полнительного стандартного колориметрического наблюда­теля МКО 1964 г. Угол поля зре­ния при уравнивании цветов был равен не 2° (как в первона­чальных экспе­риментах), а 10°, что соответствует вос­приятию цветовых полей большего размера. Например, для площади диаметром 3,5 см на расстоянии 1 м, угол зрения равен точно 2°, а диаметром 17,5 см - 10°(рис. 51).

Рис. 51. Различие между двумя стандартными наблюдателями МКО

МКО при­няла решение рекомендовать к использованию обе системы кривых сложе­ния. Когда оценивают боль­шие по размеру цветовые образцы, ис­пользуют кривые сложения для дополнительного стан­дартного колориметриче­ского наблюдателя 1964 г. (десятиградусного наблюдателя).

Оптическая геометрия измерения. При измерении цвета МКО рекомен­дует использовать четыре типа оптической геометрии освещения/наблюдения: 0/45; 45/0; 0/Дифф; Дифф./0 (рис. 52).

Рис. 52. Стандартные геометрии МКО

Первая цифра означает угол между нормалью к поверхности образца и на­правлением освещения образца, вторая – угол между нормалью и направлением на­блюдения.

В современных приборах с геометрией 45/0 и 0/45 для снижения влияния на ре­зультат измерения фактуры поверхности образца и положения образца относи­тельно прибора используют кольцевые осветители (источники) либо освещение об­разца из нескольких направлений.

Геометрии, обозначаемые Дифф./0°и 0°/Дифф., используют для макси­мально равномерного освещения образца в интег­рирующей оптической сфере, обычно покрытой изнутри сульфатом бария илиSpectralon Ò .

Стандартные излучения и стандартные источники света. МКО предложила несколько стандартных ко­лориметрических излучений, которые были обозначены латинскими бук­вамиA ,B ,C ,D ,E иF . Стандартные излучения МКО – это значения относительной мощности излучения в интервале от 300 до 830 нм с шагом 1или 5 нм. Стандартные излучения воспроизводят при помощи стандартных источников света – реальных источников света, спектральное распределение энергии которых в той или мере аппроксимирует одно из стандартных излучений.

В качестве характеристики цветности излучения источников света используется цветовая температура. Внедренные МКО стандартные источники освещения характеризуются сле­дующими значениями цветовой температуры:А (свет лампы накаливания) – 2856 К,В (солнечный свет) – 4874 К,С (рассеянный дневной свет) – 6774 К.

Набор стандартных источников среднедневного света D имеет диапазон корре­лированных цветовых тем­ператур от 4000К до 7500К. Дан­ные спектрального рас­пределения излученияD были определены пу­тем усреднения данных многочислен­ных измере­ний спектра дневного света выполненных в различ­ных районах Велико­брита­нии, Канады и США. Для различных целей было определено не­сколько спек­тральных распределений источникаD для различ­ных значений цветовой темпера­туры:D50 ,D55 ,D60 ,D65 ,D70 ,D75, соответственно, с коррелиро­ванными цвето­выми температурами 5000 K, 5500 K, 6000 K, 6500 K, 7000 K, 7500 K. ИсточникD65 сле­дует считать наиболее универсальным, поскольку он наиболее точно ап­проксимирует среднедневной свет. ИсточникD50 принят в качестве стандартного в полиграфии, поскольку лучше всего подходит для характеристики изображения, напечатанного стан­дартными типографскими красками на бумаге. Ис­точникD55 принят в качестве стандартного в фото­графии: лампы с цветовой температурой 5500 К используются в просмотровом оборудовании для слайдов и эту цветовую температуру имеет свет лампы-вспышки.

Излучение Е - источник излучения, имеющий равноэнергети­ческий (не ме­няющийся с изменением длины волны) спектр, с цветовой темпера­турой 5460К. Соответствует гипотетическому идеальному источнику белого света Реально не существует в природе и используется в колориметрии только в расчетных целях. Его координаты цветности: x = 1/3, y = 1/3 обозначаются на графике цветности МКО точкой, называемой точкой белого цвета.

РазличныеизлученияF представляют со­бой излучение наиболее распростра­ненных люминесцентных ламп. Например,F 11 – узкопо­лосное излучение в трех длинах волн люминесцентной лампы белого света с корре­лированной цветовой температурой 4000 К. Эта лампа (TL 84 Philips ) широко ис­пользуется в колоримет­рии, благодаря ее распространению в освещении, свя­зан­ному с высокой световой эффективностью и высоким индек­сом цветопередачи.

Таким образом, измерить цвет – значит определить три характеристики в одной из стандартных колориметрических систем при стандартных условиях осве­щения и наблюдения. Такими характеристиками, которые позволяют однозначно определить цвет, являются, например, координаты цветаX, Y, Z или координаты цветностиx, y и координата цветаY , численно равная коэффициенту яркости (или отражения, ρ), в системе XYZ МКО 1931 или 1964гг. Они являются основными. От этих характеристик можно перейти к характеристикам цвета в других цветовых пространствах, используемых для определения цвета и цветовых различий.

Другие модели цветовых пространств . Одним из существенных недостатков цветового пространстваXYZ МКО являлось то обстоятельство, что одинаковым из­менениям координат цвета не соответствуют равнозначные изменения цветовых ощущений. Иначе говоря, разница между двумя цветами, находящимися в одной области графика, не так ощутима, как точно такая же разница между двумя сосед­ними цветами, находящимися в другой области графика. Области порогов измене­ния цветности, границы которых для среднего наблюдателя соответствуют облас­тям визуально одинаковой цветности, на графике xy МКО 1931 г. имеют форму не окружностей, а эллипсов разного размера с разным наклоном осей. Эти эллипсы так и называются эллипсами Мак Адама (рис. 53), который первым столь наглядно пред­ставил неравномерность цветового пространства системыXYZ.

Рис. 53. Эллипсы Мак Адама, нанесенные на график МКО 1931 г. (для наглядно­сти представления эллипсы увеличены в 10 раз). Эти эллипсы приблизительно со­ответствуют пределам областей визуально одинаковой цветности для стандартного наблюдателя.

В дальнейшем были предложены различные проективные преобразования гра­фика xy МКО, которые по­зволили бы получить равноконтрастный цветовой гра­фик. Почему это так необхо­димо? Для того, чтобы можно было оценить различия между цветами. Понятиецветового различия ΔЕ было введено для объективной оценки цветового соответствия стандартного и ис­пытуемого образцов, определяе­мого какрасстояние между координатами цвета в соответствующих цветовых про­странствах.

В 1976 г. МКО рекомендовала использовать другие модели цветовых про­странств, из которых на практике наиболее распространенным является цветовое пространство CIELAB . Это пространство, по определению МКО, является прибли­зительно равноконтрастным. Оно представляет интерес и для дизайнеров, так как широко используется не только в измерении цвета материалов, но и в компьютерных программах.

Координаты цвета в этом пространстве: L * - светлота, которую можно ин­терпретировать как показатель ощущения яркости, пропорцио­нальная корню кубическому значений координаты цветаY , икоординаты a* и b* . Координатаa* описывает изменение цветности от зеленого цвета (ось отрицатель­ных значений координатыa* ) до крас­ного (ось положительных значений коорди­натыa* ), аb* - изменение цветно­сти от синего (ось отрицательных значений коор­динатыb* ) до желтого (ось положительных значений координатыb* ) цвета.

Для удобства использования была также предложена модификация модели CIELABпутем трансформации координат цветности из прямоугольной в по­лярные координаты цветового тонаh и насыщенности (C* ):

Новые координаты h иC* фактически являются коррелятами рассмотренных ранее психофизических характеристик цвета в виде цветового тона и насы­щенно­сти. На графике, также как цветовой тон и насыщенность, координатаh определя­ется углом, а координатаC* - радиусом относительно центра ко­ординат, которым является осьL* .

Рис. 54. График цветового пространства CIELAB в полярных координатахh иC*

Достоинством цветовой модели CIEL AB , определившим ее широкое исполь­зование в колориметрии и промышленности, явилось то обстоятельство, что она эффективно решила проблему представления величины цветовых разли­чий в про­мышленности, а также и то, что описание цвета в этой системе фак­тически моде­лирует процесс представления цвета аппаратом человеческого зрения. Как пока­зали недавние исследования человеческого зрения в процессе визуального воспри­ятия сигнал от палочек и колбочек, возникающий при на­блюдении того или иного цвета, далее трансформируется в три нервных им­пульса, один из которых соответ­ствует сигналу яркости, а два других являются цветоразностными сигналами.

Применение формул цветового различия. Разработанные формулы цветового различия позволяют избежать субъективных визуальных оценок, причины которого разнообразны и полностью неустранимы, и использовать методы объективной коло­риметрии для решения следующих задач: – установка объективных цветовых допусков и проверка соответствия цвета мате­риала установленным допускам; – объективная оценка цветоустойчивости материалов;

– количественная оценка степени метамеризма; – подбор близких (в пределах установленных различий) цветов из базы данных к испытуемому цвету и сортировка по цвету (разбиение множества образцов цвета на группы с за­данной величиной цветового различия внутри группы).

Самой распространенной формулой определения цветовых различий яв­ляется рекомендуемая МКО формула СIЕLАВ, которая входит во многие оте­чественные и зарубежные стандарты. Часто используют формулу цветовых различийCIELCH и соотносят различия в значениях полярных координатh иC* с визуально наблю­даемыми значениями цветового тона и насыщенности. Общая величина цветового различия, определенная в этих пространствах, одинакова. Но различия в координа­тахa* и b* дают возможность определить: является ли испытуемый цвет более красным, синим, желтым или зеленым, а различия в координатахh иC* - измене­ние его цветового тона и насыщенности по сравнению со стандартным цветом.

В программное обеспечение ряда прибо­ров, кроме этих формул, входит фор­мулаFМС-2 (Фриля-МакАдама-Чикке­ринга), которая не является рекомендацией МКО, но дает хорошее согласие инструментальных данных с визуальной оценкой, а такжеформулыСМС (l:с), CIE 94 (МКО 94) и формулаС IE DE 2000 . Для луч­шей корреляции с визуальной оценкой рекомендуется использоватьформулуСМС (l:с) .

Цветоизмерительные приборы. В соответствии с классификацией, установ­ленной изготовителями приборов и приведенной в , цветоизмерительные при­боры различаются по: типу измеряемого излучения (отраженный, пропускаемый, испускаемый свет или объединяющие измерения разных видов излучений), усло­виям применения (портативные, настольные (лабораторные), on-line, устанавли­ваемые на производственных линиях), оптической геометрии измерения (с геомет­рией 45/0 и 0/45, геометрией Дифф./0° и 0°/Дифф., геометрией 0/0 и другими, более редкими, многоугловые - гониоспектрофотометры) и способу определения координат цвета. По способу определения координат цвета различают три типа приборов:

колориметры – приборы для непосредственного измерения координат цвета для ограниченного набора колориметрических условий (источник/ наблюда­тель);

компараторы – приборы для сравнения цветовых характеристик (отношения ко­ординат цвета) испытуемого образца и близкого к нему по цвету образца сравнения, характеристики которого известны;

спектрофотометры – приборы, измеряющие спектр отра­жения (пропускания) об­разца и по спектральным данным осуществляющие расчет координат цвета в любых цветовых пространствах для всех возможных сочетаний источ­ник/ наблюдатель. Основное различие между спектрофотометрами и колоримет­рами является прин­ципиальным - колориметры не измеряют спектров . Спек­трофотометры, специально предназначенные для измерения цвета, часто назы­ваютспектроколориметрами.

На отечественном рынке цветоизмерительные приборы (а также камеры для визуального сравнения цвета) представляют фирмы:X - RITE (GretagМасbeth входит в нее),Dataсо1ог ,Hunter . Лидирующей является фирмаX - RITE . Они поставляют как портативные, так и стационарные приборы, в том числе, приборы высшего класса по точности и долговременной воспроизводимости результатов, с двухлучевыми оптическими схемами с двумя спектральными анализаторами, типа спектрофотометраСо1ог Еуе 7000 Масbeth илиSpectraflash SF 600 Рlus Dataсо1оr . Также имеются приборы для измерения цвета покрытий с металлическим, перламутровым и другими эффектами, типа многоуглового гониоспектрофотометраСо1ог Еуе 740 GL. Приборы различаются по назначению, конструкции, программному обеспечению, стоимости. Постоянно разрабатываются новые приборы.

На рис. 55 представлены спектроколориметры, используемые во ВНИИТЭ и рядом – современные приборы фирмыX - RITE .

(а)
(б)

Рис. 55. Спектроколориметры, используемые во ВНИИТЭ: «Радуга-2» (ЧОКБА, СССР), RFC-3 (фирма «OPTON», Германия)? (1973-1995 гг.), COLOR-EYE CE-3100 (Macbeth, США), (1995-2000гг.) (а), современные приборы фирмыX - RITE (б)

На отечественном рынке цветоизмерительные приборы (а также камеры для ви­зуального сравнения цвета) представляют фирмы: X - RITE (в настоящее время ши­роко известная фирмаGretagМасbeth входит в нее),Dataсо1ог ,Hunter .Они по­ставляют как портативные, так и стационарные приборы, в том числе, приборы высшего класса по точности и долговременной воспроизводимости результатов, с двухлучевыми оптическими схемами с двумя спектральными анализаторами, типа спектрофотометраСо1ог Еуе 7000 Масbeth илиSpectraflash SF 600 Рlus Dataсо1оr . Также имеются приборы для измерения цвета покрытий с металлическим, перла­мутровым и другими эффектами, типа многоуглового гониоспектрофотометраСо1ог Еуе 740 GL. Приборы различаются по назначению, конструкции, программ­ному обеспечению, стоимости.

Цветовые измерения

методы измерения и количественного выражения цвета. Вместе с различными способами математического описания цвета Ц. и. составляют предмет колориметрии. В результате Ц. и. определяются 3 числа, т. н. цветовые координаты (ЦК), полностью определяющие цвет (при некоторых строго стандартизованных условиях его рассматривания).

Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определённых количеств 3 линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов. Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называют основными цветами (См. Основные цвета); они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). Тогда 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть ЦК данного цвета.

Экспериментальные результаты, которые кладут в основу разработки колориметрической ЦКС, получают при усреднении данных наблюдений (в строго определённых условиях) большим числом наблюдателей; поэтому они не отражают точно свойств цветового зрения (См. Цветовое зрение) какого-либо конкретного наблюдателя, а относятся к т. н. среднему стандартному колориметрическому наблюдателю.

Будучи отнесены к стандартному наблюдателю в определённых неизменных условиях, стандартные данные смешения цветов и построенные на них колориметрической ЦКС описывают фактически лишь физический аспект цвета, не учитывая изменения цветовосприятия глаза при изменении условий наблюдения и по др. причинам (см. Цвет).

Когда ЦК какого-либо цвета откладывают по 3 взаимно перпендикулярным координатным осям, этот цвет геометрически представляется точкой в трёхмерном, т. н. цветовом, пространстве или же Вектор ом, начало которого совпадает с началом координат, а конец - с упомянутой точкой цвета. Точечная и векторная геометрическая трактовки цвета равноценны и обе используются при описании цветов. Точки, представляющие все реальные цвета, заполняют некоторую область цветового пространства. Но математически все точки пространства равноправны, поэтому можно условно считать, что и точки вне области реальных цветов представляют некоторые цвета. Такое расширение толкования цвета как математического объекта приводит к понятию т. н. нереальных цветов, которые невозможно как-либо реализовать практически. Тем не менее с этими цветами можно производить математические операции так же, как и с реальными цветами, что оказывается чрезвычайно удобным в колориметрии. Соотношение между основными цветами в ЦКС выбирают так, что их количества, дающие в смеси некоторый исходный цвет (чаще всего белый), принимают равными 1.

Своего рода «качество» цвета, не зависящее от абсолютной величины цветового вектора и называется его цветностью, геометрически удобно характеризовать в двумерном пространстве - на «единичной» плоскости цветового пространства, проходящей через 3 единичные точки координатных осей (осей основных цветов). Линии пересечения единичной плоскости с координатными плоскостями образуют на ней равносторонний треугольник, в вершинах которого находятся единичные значения основных цветов. Этот треугольник часто называют треугольником Максвелла. Цветность какого-либо цвета определяется не 3 его ЦК, а соотношением между ними, т. е. положением в цветовом пространстве прямой, проведённой из начала координат через точку данного цвета. Другими словами, цветность определяется только направлением, а не абсолютной величиной цветового вектора, и, следовательно, её можно характеризовать положением точки пересечения этого вектора (либо указанной прямой) с единичной плоскостью. Вместо треугольника Максвелла часто используют цветовой треугольник более удобной формы - прямоугольный и равнобедренный. Положение точки цветности в нём определяется двумя координатами цветности, каждая из которых равна частному от деления одной из ЦК на сумму всех 3 ЦК. Двух координат цветности достаточно, т.к. по определению сумма её 3 координат равна 1. Точка цветности исходного (опорного) цвета, для которой 3 цветовые координаты равны между собой (каждая равна 1 / 3), находится в центре тяжести цветового треугольника.

Представление цвета с помощью ЦКС должно отражать свойства цветового зрения человека. Поэтому предполагается, что в основе всех ЦКС лежит т. н. физиологическая ЦКС. Эта система определяется 3 функциями спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) 3 различных видов приёмников света (См. Приёмники света) (т. н. колбочек), которые имеются в сетчатке (См. Сетчатка) глаза человека и, согласно наиболее употребительной трёхцветной теории цветового зрения, ответственны за человеческое цветовосприятие. Реакции этих 3 приёмников на излучение считаются ЦК в физиологической ЦКС, но функции спектральной чувствительности глаза не удаётся установить прямыми измерениями. Их определяют косвенным путём и не используют непосредственно в качестве основы построения колориметрических систем.

Свойства цветового зрения учитываются в колориметрии по результатам экспериментов со смешением цветов. В таких экспериментах выполняется зрительное уравнивание чистых спектральных цветов (т. е. цветов, соответствующих монохроматическому свету (См. Монохроматический свет) с различными длинами волн) со смесями 3 основных цветов. Оба цвета наблюдают рядом на 2 половинках фотометрического поля сравнения. По достижении уравнивания измеряются количества 3 основных цветов и их отношения к принимаемым за 1 количествам основных цветов в смеси, уравнивающей выбранный опорный белый цвет. Полученные величины будут ЦК уравниваемого цвета в ЦКС, определяемой основными цветами прибора и выбранным опорным белым цветом. Если единичные количества красного, зелёного и синего основных цветов обозначить как (К), (З), (С), а их количества в смеси (ЦК) - К, З, С, то результат уравнивания можно записать в виде цветового уравнения: Ц* = К (К) + З (З) + С (С). Описанная процедура не позволяет уравнять большинство чистых спектральных цветов со смесями 3 основных цветов прибора. В таких случаях некоторое количество одного из основных цветов (или даже двух) добавляют к уравниваемому цвету. Цвет получаемой смеси уравнивают со смесью оставшихся 2 основных цветов прибора (или с одним). В цветовом уравнении это учитывают переносом соответствующего члена из левой части в правую. Так, если в поле измеряемого цвета был добавлен красный цвет, то Ц* = - К (К) + З (З) + С (С). При допущении отрицательных значений ЦК уже все спектральные цвета можно выразить через выбранную тройку основных цветов. При усреднении результатов подобной процедуры для нескольких наблюдателей были получены значения количеств 3 определённых цветов, требующиеся в смесях, зрительно неотличимых от чистых спектральных цветов, которые соответствуют монохроматическим излучениям одинаковой интенсивности. При графическом построении зависимостей количеств основных цветов от длины волны получаются функции длины волны, называемые кривыми сложения цветов или просто кривыми сложения.

Кривые сложения играют в колориметрии большую роль. По ним можно рассчитать количества основных цветов, требуемые для получения смеси, зрительно неотличимой от цвета излучения сложного спектрального состава, т. е. ЦК такого цвета в ЦКС, определяемой данными кривыми сложения. Для этого цвет сложного излучения представляют в виде суммы чистых спектральных цветов, соответствующих его монохроматическим составляющим (с учётом их интенсивности). Возможность подобного представления основана на одном из опытно установленных законов смешения цветов, согласно которому ЦК цвета смеси равны суммам соответствующих координат смешиваемых цветов. Т. о., кривые сложения характеризуют реакции на излучение 3 разных приёмников излучения. Очевидно, что функции спектральной чувствительности 3 типов приёмников в сетчатке глаза человека представляют собой кривые сложения в физиологической ЦКС. Каждой из бесконечно большого числа возможных ЦКС соответствует своя группа из 3 кривых сложения, причём все группы кривых сложения связаны между собой линейными соотношениями. Следовательно, кривые сложения любой из всех 1 возможных ЦКС можно считать линейными комбинациями (см. Линейная зависимость) функций спектральной чувствительности 3 типов приёмников человеческого глаза.

Фактически основой всех ЦКС является система, кривые сложения которой были определены экспериментально описанным выше способом. Её основными цветами являются чистые спектральные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям с длинами волн 700,0 (красный), 546,1 (зелёный) и 435,8 нм (синий). Исходная (опорная) цветность - цветность равноэнергетического белого цвета Е (т. е. цвета излучения с равномерным распределением интенсивности по всему видимому спектру). Кривые сложения этой системы, принятой Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 и известной под название международной колориметрической системы МКО RGB (от англ., нем. red, rot - красный, green, grun - зелёный, blue, blau - синий, голубой), показаны на рис. 1 .

Кривые сложения системы МКО RGB имеют отрицательные участки (отрицательные количества основных цветов) для некоторых спектральных цветов, что неудобно при расчётах. Поэтому наряду с системой RGB МКО в 1931 приняла др. ЦКС, систему XYZ, в которой отсутствовали недостатки системы RGB и которая дала ряд др. возможностей упрощения расчётов. Основными цветами (X ), (Y ), (Z ) системы XYZ являются нереальные цвета, выбранные так, что кривые сложения этой системы (рис. 2 ) не имеют отрицательных участков, а координата Y равна яркости (См. Яркость) наблюдаемого окрашенного объекта, т.к. кривая сложения у совпадает с функцией относительной спектральной световой эффективности (См. Спектральная световая эффективность) стандартного наблюдателя МКО для дневного зрения. На рис. 3 показан график цветностей (цветовой треугольник) х, у системы XYZ . На нём приведены линия спектральных цветностей, линия пурпурных цветностей, цветовой треугольник (R ) (G ) (В ) системы МКО RGB, линия цветностей излучения абсолютно чёрного тела и точки цветностей стандартных источников освещения МКО А, В, С и D. Цветность равноэнергетического белого цвета Е (опорная цветность системы XYZ) находится в центре тяжести цветового треугольника системы XYZ. Эта система получила всеобщее распространение и широко используется в колориметрии. Но она не отражает цветоразличительных свойств глаза, т. е. одинаковые расстояния на графике цветностей х, у в различных его частях не соответствуют одинаковому зрительному различию между соответствующими цветами при одинаковой яркости (см. Цветовой контраст).

Создать полностью зрительно однородное цветовое пространство до сих пор не удаётся. В основном это связано с нелинейным характером зависимости зрительного восприятия от интенсивности возбуждения цветочувствительных фоторецепторов (См. Фоторецепторы) (приёмников света в сетчатке глаза). Предложено много эмпирических формул для подсчёта числа цветовых различий (порогов цветоразличения) между разными цветами. Более ограниченная задача - создание зрительно однородного графика цветностей - приблизительно решена. МКО в 1960 рекомендовала такой график u, v, полученный в 1937 Д. Л. Мак-Адамом путём видоизменения графика, предложенного Д. Б. Джаддом (оба - США) на основании многочисленных экспериментальных данных. Для подсчёта числа порогов цветоразличения ΔE между разными цветами в настоящее время (1970-е гг.) по временной рекомендации МКО используется эмпирическая формула Г. Вышецкого:

Описание, приведённое выше, показывает, что цель процесса измерения цвета - определение его ЦК в некоторой ЦКС. Чаще всего это - стандартная колориметрическая система МКО XYZ.

Когда цвет (при объективных Ц. и. всегда имеется в виду цвет окрашенного предмета или источника света (См. )) представлен спектральным распределением излучения (испускаемого источником, либо отражённого или пропущенного предметом), то для нахождения его ЦК нужно использовать кривые сложения как взвешивающие функции, оценивающие это излучение. Такая оценка может выполняться двумя путями.

Первый путь (т. н. спектрофотометрический метод Ц. и.) состоит в измерении спектрального распределения энергии излучения и последующем расчёте ЦК при перемножении найденной функции спектрального распределения на 3 функции сложения и интегрировании произведений. Если Е (λ) - функция спектрального распределения источника, ρ(λ) - функция спектрального отражения или пропускания предмета, X, Y, Z определяются следующим образом:

(интегрирование проводится в диапазоне длин волн видимого излучения - от 380 до 760 нм ). Практически интегрирование заменяют суммированием через интервал Δλ (от 5 до 10 нм ), т.к. подынтегральные спектральные функции обычно неудобны для интегрирования:

Спектральное распределение излучения и спектральную характеристику отражения (пропускания) измеряют, разлагая свет в спектр, например в Спектрофотометр е или Монохроматор е. Кривые сложения задаются в виде таблиц значений удельных координат через 5 или 10 нм. Имеются также таблицы величин Е (λ) и т.д. для стандартных источников света МКО А, В, С, D, представляющих наиболее типичные условия естественного (В, С и D ) и искусственного (А ) освещения.

Второй путь Ц. и. на основе кривых сложения - это анализ излучения с помощью 3 приёмников света (См. Приёмники света), характеристики спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) которых совпадают с кривыми сложения. Каждый такой светоэлектрический преобразователь выполняет действия перемножения 2 спектральных функций и интегрирования произведений, в результате чего на его выходе электрический сигнал равен (при соответствующей калибровке прибора) одной из ЦК. Подобные цветоизмерительные приборы называются фотоэлектрическими (или объективными) колориметрами. Они оценивают результирующее излучение, учитывая как избирательное отражение (или пропускание) несамосветящихся предметов, так и освещение, т. е. прибор «видит» то, что видит глаз. Основной трудностью при изготовлении фотоэлектрических колориметров является достаточно точное «формирование» кривых сложения, для чего обычно подбирают соответствующие Светофильтр ы. Если прибор предназначен для работы с кривыми сложения x̅, , то наиболее трудно сформировать двугорбую кривую x̅ (рис. 2 ). Обычно каждая из её ветвей формируется отдельно; тогда прибор содержит 4 канала (светофильтра). Иногда в колориметрах используют др. ЦКС, все кривые сложения в которой одногорбые. Один из каналов колориметра одновременно может служить Яркомер ом. Часто в таких приборах предусматривается расчёт координат цветности. Максимальная точность Ц. и. фотоэлектрическими колориметрами по цветности в координатах х, у составляет от 0,002 до 0,005.

Другой принципиальной возможностью Ц. и. является прямое определение ЦК.

Естественно, что это возможно не всегда, т.к. в общем случае цветовые ощущения возбуждает световое излучение произвольного спектрального состава, а ЦК физически не существует. Прямое измерение ЦК возможно в трёхцветных аддитивных устройствах создания цвета, используемых, например, для воспроизведения цветных изображений. Основные цвета такого устройства определяют ЦКС, и их количества в смеси, дающей некоторый цвет, и есть ЦК этого цвета в ЦКС устройства. Пример такого устройства - трёхцветный Кинескоп , в котором раздельное управление свечениями 3 люминофоров (См. Люминофоры) обеспечивает получение всего множества цветов, цветности которых заключены в пределах цветового треугольника, определяемого основными цветами кинескопа (цветностями свечений люминофоров, см. Цветное телевидение). Для непосредственного измерения количеств 3 основных цветов в цвете смеси, воспроизводимом на экране кинескопа, т. е. ЦК в ЦКС кинескопа, можно использовать фотоэлектрический приёмник излучения с произвольной спектральной чувствительностью, лишь бы она не выходила за пределы видимого спектра. Измерительным прибором, подключенным к такому приёмнику, достаточно поочерёдно замерить интенсивности свечения отдельных люминофоров кинескопа. (При измерении интенсивности свечения красного люминофора «отключаются» лучи, возбуждающие зелёный и синий цвета, и т.д.) Калибровка подобного прибора состоит в снятии его показаний при поочерёдном измерении интенсивностей свечения 3 люминофоров после установки на экране опорного белого цвета, т. е. цвета с опорной цветностью ЦКС кинескопа и максимальной яркостью. В дальнейшем при измерениях разных цветов показания прибора делятся на показания для соответствующих основных цветов при опорном белом цвете. Результаты такого деления и будут ЦК в ЦКС кинескопа. Опорный белый цвет при калибровке устанавливается как можно более точно с помощью др. приборов (спектрофотометра, фотоэлектрического колориметра) или визуально по специальному эталону белого цвета. Точность установки опорного белого цвета при калибровке определяет точность последующих Ц. и. Получить значения ЦК в др. ЦКС (например, международных) можно, пересчитав показания прибора по формулам преобразования ЦК. Для вывода пересчётных формул нужно знать координаты цветности опорного белого цвета и основных цветов данного кинескопа, которые измеряют каким-либо др. методом. Большое преимущество такого непосредственного измерения ЦК по сравнению с Ц. и. при помощи фотоэлектрического колориметра заключается в отсутствии необходимости формировать определённые кривые спектральной чувствительности фотоприёмника. Ц. и. по описанному способу можно выполнять и по полному цвету свечения экрана, без отключения лучей, возбуждающих отдельные люминофоры. В этом случае в приборе должно быть 3 светофильтра с произвольными, но различающимися спектральными характеристиками. В таком приборе каждый отсчёт представляет собой сумму 3 отсчётов однофильтрового прибора для всех 3 отдельных цветных свечений. Чтобы получить значения ЦК по 3 отсчётам трёхфильтрового прибора, используют пересчётную матрицу, элементы которой определяются при калибровке прибора. Калибровка состоит в поочерёдных измерениях каждым из каналов прибора каждого из цветных свечений люминофоров в отдельности после установки на экране опорного белого цвета. Указанный пересчёт, а также переход от ЦК в ЦКС кинескопа к международной ЦКС в приборе описываемого типа может производиться автоматически, с помощью специально встроенной электрической схемы. Т. о. можно получать отсчёты прямо в ЦКС кинескопа или в международной ЦКС.

ЦК определяют также при Ц. и. визуальными колориметрами. Наблюдатель, регулируя количества 3 основных цветов такого прибора, добивается зрительного тождества цвета смеси этих цветов и измеряемого цвета. Затем вместо последнего измеряют цвет смеси. А её ЦК есть просто количества основных цветов колориметра, отнесённые к количествам этих же цветов, входящих в смесь, которая даёт опорный белый цвет ЦКС колориметра. Измерить количества основных цветов в визуальном колориметре ещё легче, чем в цветном кинескопе. Достаточно прочесть показания 3 шкал, отградуированных по раскрытию щелей, пропускающих световые потоки соответствующих цветов к полю сравнения. Т. о., при использовании визуальных колориметров измеряется не непосредственно цвет образца, а его метамер - цвет смеси трёх основных цветов колориметра. Процесс зрительного уравнивания двух цветов служит при этом для получения такого метамера цвета образца, ЦК которого можно легко измерить. Достоинством визуального колориметрирования является высокая точность Ц. и. Недостатком - то, что получаемые результаты действительны для конкретного (выполняющего зрительное уравнивание двух цветов), а не для стандартного наблюдателя. Кроме того, этим методом трудно измерять цвета не отдельных образцов, а предметов.

Принцип зрительного сравнения измеряемого цвета с цветом, ЦК которого известны или могут быть легко измерены, используется также при Ц. и. с помощью цветовых атласов. Последние представляют собой наборы цветных образцов в виде окрашенных бумаг, которые систематизированы в определённом порядке. При сравнении с измеряемым цветом подбирается образец из атласа, наиболее близкий к нему. Измеренный цвет получает наименование этого образца в соответствии с принятой в данном атласе системой обозначений. Для выражения его в международной ЦКС все образцы атласа заранее измеряются в этой системе при определённом освещении. Измеряемые цвета желательно наблюдать при том же освещении. Цветовые атласы позволяют измерять цвета предметов, а не только специальных образцов, но дискретность набора цветов в атласе снижает точность измерений, которая дополнительно понижается из-за того, что условия зрительного сравнения здесь хуже, чем при визуальном колориметрировании. В СССР используют цветовые атласы Рабкина и ВНИИМ, в США широкое распространение получили измерения по атласу Манселла (Мензелла). Ц. и. с помощью цветовых атласов являются прикидочными и могут с успехом производиться там, где большая точность не нужна или где неудобно применять др. методы.

Выражение цвета в определённой ЦКС, т. е. при задании его ЦК (или яркости и координат цветности), универсально и наиболее употребительно. Но прибегают и к др. способам количественного выражения цвета. Примером может служить только что описанное выражение цвета в системе какого-либо цветового атласа. Ещё один такой способ - выражение цвета через его яркость, преобладающую длину волны и колориметрическую чистоту цвета. (Последние два параметра характеризуют цветность.) Достоинство этого способа заключается в близком соответствии 3 перечисленных параметров цвета привычным субъективным его характеристикам (см.