Спектральные и цветовые измерения. Методы инструментального измерения цвета. Исследование несамосветящихся цветовых образцов

7. СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЦВЕТОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Спектральные и цветовые измерения проводятся для определения характеристик отдельно взятых систем и, как правило, основаны на фундаментальных знаниях теории цвета и практических навыках работы с современным оборудованием. Данный раздел посвящен непосредственно исследованиям цветовых характеристик и моделированию тела цветового охвата цветовоспроизводящей системы. Для этого предварительно проведем ряд экспериментов. Первый эксперимент посвящен определению цветовых координат по данным спектрофотометрических измерений двух образцов, где по полученным данным необходимо определить координаты в различных цветовых системах. Далее определим цветоразличия между двумя цветовыми образцами, воспользовавшись формулами, выведенными МКО. Все последующие расчеты произведем в программной среде Matlab.

В предыдущих разделах не раз обсуждалась зависимость цвета от источника излучения, поэтому проведем преобразование цветовых координат, рассчитанных относительно одного стандартного излучателя к другому, таким образом, произведем хроматическое преобразование на основании данных, полученных в первом эксперименте.

Далее для оценки возможных цветовых сдвигов при использовании освещения, отличного от стандартного определим индекс цветопередачи МКО для различных источников света и рассчитаем значение коррелированной цветовой температуры по цветовым координатам XYZ, полученных при первом эксперименте.

Ранее были рассмотрены границы цветовых охватов основных цветов различных устройств, но, не смотря на то, что эти цвета являются базовыми и определяют набор красок в этой системе, их явно недостаточно, чтобы точно оценить способность системы воспроизводить остальные цвета. Следовательно, необходимо увеличить число цветовых образцов и полученный результат представить графически. Воспользовавшись измерениями цветовых образцов, построим трехмерную каркасную цветовую модель тела цветового охвата принтера.

7.1.  Методы инструментального измерения цвета

При решении целого ряда научных и практических задач, например, при контроле качества цветовоспроизведения в печати либо на производстве, требуется осуществлять точные измерения характеристик исследуемого цвета, таких как его цветовые координаты, спектр излучения, оптическую плотность и т.д.

Использование для этих целей аппарата человеческого зрения не позволяет эффективно решать поставленные задачи, поскольку зрение человека, во-первых, является всегда субъективным, и, во-вторых, несмотря на то, что глаз человека имея возможность видеть тонкие отличия цвета между двумя цветовыми образцами, не может при этом использоваться для выполнения абсолютных цветовых измерений.

Поэтому для этих целей используются специальные приборы – колориметры и спектрофотометры. Оба эти типа приборов измеряют световой поток излучения, отразившегося от поверхности объекта (для непрозрачных образцов), прошедший через него (для прозрачных образцов) либо испускаемый им (для самосветящихся образцов).

Спектрофотометры являются наиболее точными приборами для измерения цвета. Они определяют коэффициенты спектрального отражения и пропускания образца, а также позволяют измерять спектры излучения самосветящихся предметов.

Точность измерения спектра излучения спектрофотометром определяется шириной единичного интервала длин волн Δλ, в котором оценивается величина потока излучения. Обычно величины Δλ = 10 нм достаточно, чтобы с высокой степенью точности производить измерения спектров любых излучений. Более точные спектрофотометры могут производить измерения спектра и в более узких интервалах Δλ = 5 нм и Δλ = 1 нм, однако такая точность для большинства измерений будет уже излишней.

Другими параметрами, оценивающими качество спектрофотометра, являются диапазон длин волн, в пределах которого может работать спектрофотометр, воспроизводимость измерений, возможность измерения образцов в различных условиях освещения и наблюдения. Для большинства случаев оценивается спектр светового излучения в видимом диапазоне длин волн от 380 до 730 нм, хотя для некоторых специальных случаев бывает необходимо также оценить ультрафиолетовую и инфракрасную составляющую излучения. Спектрофотометры измеряют только спектр излучения. Все остальные характеристики излучения рассчитываются по измеренным спектральным данным.

Колориметры напрямую измеряют цветовые координаты излучения, без определения его спектра. Для этого измеряемый световой поток проходит через систему специальных светофильтров, выделяющих из него красную, зеленую и синюю спектральные составляющие (для вычисления цветовых координат RGB), либо через специальные спектральные маски, которые приводят спектральное распределение излучения по форме к кривым сложения стандартного колориметрического наблюдателя (для вычисления координат XYZ). Такая конструкция значимо удешевляет стоимость колориметра по сравнению со спектрофотометром, однако влечет за собой снижение точности прибора и резко ограничивает диапазон его применения. Поскольку колориметр определяет цветовые координаты образца по интенсивности трех световых потоков и не оценивает весь спектр излучения. Вследствие метамерии возможны ситуации, когда два цветовых образца, имеющие разные спектральные распределения излучения и физически не равные друг другу, будут определены колориметром, как не имеющие различия.

Таким образом, в случаях, когда критически важной является точность измерения, предпочтительным оказывается использование спектрофотометра.

7.1.1.  Исследование несамосветящихся цветовых образцов

Для характеристики спектрального распределения светового потока, отраженного от поверхности образца либо прошедшего через него, используются:

– спектральные коэффициенты отражения ρ(λ);

– спектральные коэффициенты пропускания τ(λ).

Коэффициенты определяются как отношение отраженной от поверхности образца либо прошедшей через него частей светового потока ко всему световому потоку, осветившему образец в зависимости от длины волны:

где:

 – световой поток, отраженный от поверхности образца,

 – световой поток, прошедший через образец,

 – световой поток, осветивший образец.

При прохождении светового потока через образец можно часто