7.1.3.Основная физиологическая система кзс

Выбор основных цветов, ограниченный лишь условием линейной независимости между ними, позволяет иметь неограниченно большое количество колориметрических систем.

Одной из таких систем является основная физиологическая система КЗС. В этой системе координаты цвета К, 3 и С - уровни возбуждения трех приемников глаза в единичных значениях КЗС - компонентов цвета. Особенность физиологической системы заключается в том, что в отличие от всех других систем (в том числе и тех, которые будут рассматриваться дальше) в ней любой цвет не только выражается суммой трех основных, но и определяется уровнем и соотношением реакций трех цветоощущающих рецепторов глаза (см. рис. 4.7). В связи с этим особая важность данной системы там, где есть необходимость анализа реакций цветоошущающих рецепторов, цветовой адаптации и т.д.

Основная трудность построения данной системы заключается в невозможности точного измерения спектральной чувствительности каждого из трех цветоошущающих рецепторов.

7.1.4.Основы колориметрической системы (ciergb)

Первая колориметрическая система RGB была предложена и принята в 1931 г. международной комиссией по освещению (МКО), в литературе часто вместо МКО используется аббревиатура CIE от французского Commision Internationale de I'Eclairage). Выбор основных цветов этой системы осуществлялся исходя из следующих требований.

1. Выбранные основные должны легко воспроизводиться.

2. Каждый из выбранных основных должен возбуждать по возможности лишь одну группу цветоощущающих рецепторов.

Учитывая год разработки первой колориметрической системы, следует отметить, что в то время наиболее воспроизводимыми считались излучения газосветных ламп, из которых с помощью светофильтров легко выделялись монохроматические излучения. В связи с этим CIE в качестве основных были выбраны излучения:

красное ( = 700 нм), выделяемое красным светофильтром из лампы накаливания;

зеленое ( = 546,1 нм) линия е в спектре ртутной лампы; ; синее ( = 435,8 нм) линия g в спектре ртутной лампы.

Цвета этих излучений получили соответственно названия R (red), G (green), В (blue), а колориметрическая система - CIERGB.

Количественные характеристики основных цветов CIERGB выражают как световыми, так и энергетическими величинами.

Для колориметрических измерений удобнее выбирать единицы световых величин таким образом, чтобы одинаковые количества основных давали белый цвет. Это один из основных принципов синтеза в колориметрии.

Экспериментально было установлено, что это возможно при соотношении яркостей соответствующих цветов R:G:B = 1:4,59:0,06. Эти качества основных получили название яркостных коэффициентов:

Для перехода к энергетическим величинам за единицы количеств основных RGB принимают не яркостные коэффициенты, а яркостные единицы: Эти величины больше яркостных коэффициентов в 680 раз:

Учитывая, что яркости пропорциональны световым потокам, можно считать, что при соотношении световых потоков = 1 : 4,59 : 0,06 будет также получен белый цвет. Это позволяет выразить количества основных в люменах:

Зная связь между световым потоком и потоком излучения можно выразить основные R, G, В в энергетических единицах - ваттах.

Так как потоки излучения, переносимые основными, обозначают R, G, В, то можно записать:

Принимая во внимание, что получим R = 243,9 Вт, G = 4,66 Вт и В = 3,38 Вт.

Обычное написание в общем виде цветового уравнения в CIERGB

Ц = RR + GG + BB. (6.1.4)

Для перехода к уравнению цветности находят модуль цвета m - сумму координат цвета (m = R + G + В) и затем каждый из членов уравнения (6.1.4) делят на модуль:

где r, g, b - координаты цветности.

Яркость цвета ( ) определяется суммой яркостей основных его составляющих:

С учетом (6.1.2), переходя от яркостных единиц к яркостным коэффициентам, получим

Вынесем модуль цвета за скобки. Тогда формула (6.1.6) примет вид

Сумма в скобках выражает яркость единичного цвета Ц. Она называется яркостным коэффициентом цвета :

Заменяя сумму, стоящую В скобках выражения (6.1.7) на , получаем

Определение психофизических характеристик доминирующей длины волны и чистоты цвета в CIERGB проводят по диаграмме цветности rg, полученной при помощи кривых сложения.

Кривые сложения . Диаграмма цветности

Кривые сложения , и представляют собой распределение по спектру цветовых координат монохроматических излучений мощностью 1 Вт( ) (рис. 6.2 ). Поэтому значения ординат кривых сложения называют удельными, т.е. отнесенными к единице мощности.

В CIERGB ординаты кривых сложения (удельные координаты) были установлены опытным путем. Экспериментально нахождение удельных координат осуществлялось путем подбора смеси излучений основных RGB к спектральным излучениям произвольной мощности и последующего деления их координат на мощность:

Поскольку не все спектральные цвета можно образовать смесью реальных цветов, то полученная кривая имеет отрицательные значения в определенном участке. Это говорит о том, что для получения цветового равенства один из основных цветов должен смешиваться с исследуемым спектральным.

С помощью кривых сложения находят точки, выражающие спектральные цвета (максимальной насыщенности) в треугольнике цветности rOg. Для них определяют координаты цветности одноваттных монохроматических излучений видимого диапазона оптического излучения. Пользуясь треугольником цветности, откладывают эти значения на плоскости единичных цветов. В результате получают кривую, ограничивающую область реальных цветов. Эта кривая называется локусом. Крайние точки этой разомкнутой кривой соединяют между собой (рис. 6.3 ). На полученной таким образом линии (на рисунке она изображена пунктиром) лежат единичные пурпурные цвета максимальной насыщенности. Пурпурных цветов в спектре нет. Их получают искусственным путем, смешивая в различных количествах красный и фиолетовый цвета. Площадь, ограниченная локусом и пунктирной прямой, называется областью реальных цветов. Вне этой области Находятся цвета более насыщенные, чем реальные.

Как видно из рис. 6.3, цветовой треугольник rОg целиком расположен внутри области, ограниченный локусом. Все цвета, ледащие внутри треугольника, имеют положительные координаты цветности. У цветов, лежащих вне треугольника, одна из координат цветности имеет отрицательное значение. Это связано с наличием области отрицательных значений кривой сложения (см. рис. 6.2).

Для определения качественных характеристик цвета пользуются диаграммой цветности rg (или цветовым графиком rg), представляющим сетку прямоугольных координат с нанесенным на нее локусом (рис. 6.4 ). Локус замнут линией пурпурных цветов.

Данная диаграмма цветности rg характеризуется следующими колориметрическими свойствами.

1. Белая точка Б имеет координаты (0,33; 0,33).

2. Насыщенность цветов возрастает от белой точки к локусу.

3. На прямой, соединяющей белую точку с локусом, лежат цвета постоянного цветового тона.

4. Локус является границей самых насыщенных (спектральных) цветов.

Методика нахождения характеристик цвета - доминирующей длины волны и чистоты цвета - рассмотрена в подразд. 7.1.5.2.

В заключение этого раздела следует сделать два замечания относительно системы CIERGB.

1. Рассматриваемая выше система CIERGB является колориметрической системой. Однако во встречающейся в настоящее время терминологии под "системой RGB" иногда понимают систему описания цветов, которая не является стандартной колориметрической системой. Наиболее часто это встречается в допечатных процессах при обработке цветной изобразительной информации. Цвета, так называемой в этом случае, "системы RGB" зависят от конкретного устройства, например монитора или сканера. Их нельзя охарактеризовать постоянной, конкретной длиной волны. Например, известно, что цвет в интервале длин волн от 620 нм до 700 нм является красным, и любое излучение произвольной мощности в этом интервале можно назвать "R". То же самое относится к "G" и "В". Различные мониторы один и тот же цвет могут воспроизводить по-разному, так как каждый из них имеет свои персональные характеристики (цветовую температуру, люминофоры и т.д.). Но и эти характеристики не постоянны и могут меняться со временем, а также от устройства к устройству. Поэтому аппаратно-зависимые цвета "системы RGB" не имеют никакого отношения к принятой в 1931 г. колориметрической системе RGB.

2. Колориметрическая система RGB в настоящее время практически не применяется. Ее следует рассматривать как вспомогательную, позволяющую лучше понять общие принципы метрологии цвета на основе реальных основных цветов. Поэтому ей и уделено внимание в данном учебнике.

Следует отметить, что для большинства разработанных в дальнейшем колориметрических систем основой служила именно CIERGB. Поэтому те недостатки, которые были заложены в основе этой колориметрической системы, в дальнейшем передавались и другим.