Лабораторна робота № 10 визначення кольороподільних характеристик і аналіз якості кольороподілу

Мета роботи: ознайомитись з методикою визначення кольороподільних характеристик і зробити аналіз якості кольороподілу модельного тест-оригіналу.

Теоретичні відомості

Як вихідні оригінали, що використовують для відтворення поліграфічним способом, можуть бути вибрані твори живопису, кольорові фотографії, кольорові діапозитиви (слайди) та інші. Різнобарвність кольорових тонів оригінала відтворюється в поліграфії певними співвідношеннями трьох основних фарб - жовтої, пурпурної та голубої.

Керуючись дублікаційною теорією М.Д.Нюберга, всі тіла, що мають здатність відбивати і мають однакові кольори, однаково фотографуються в певних умовах кольороподілу. Зокрема, якщо дані кольори двох об'єктів мають однакові кольорові координати, то при однакових умовах фотографування на кольороподілених негативах, ці кольори будуть відтворюватись рівними оптичними густинами. Така властивість метамерних кольорів дозволяє вивчати процес кольоровідтворення не на багатьох різних об'єктах, а на одному модельному тест-оригіналі. Модельний тест-оригінал складається із трьох однофарбових кольорових шкал – жовтої, пурпурної і голубої, а також можливих комбінацій кольорів, утворених даною тріадою фарб (барвників) при субтрактивному синтезі. Додатковою умовою модельного тест-оригіналу є ахроматична (сіра) шкала, яка служить аналогом потрійного накладання фарб у рівних кількостях.

Приймаючи умову, що барвники модельного тест-оригіналу підпорядковуються закону Бугера-Ламберта-Бера, вважаємо, що оптична густина кольорових полів оригіналу, виміряна на денситометрі за відповідним світлофільтром, пропорційна концентрації барвника. Заміри жовтої шкали здійснюються за синім світлофільтром, пурпурної шкали – за зеленим світлофільтром і голубої шкали - за червоним світлофільтром.

D_ж^ор=к*с^ж, D_п^ор=к*с^п, D_г^ор=к*с^г, (1)

де к – коефіцієнт пропорційності. Таким чином, за величину поверхневої концентрації барвника с^j (j = ж, п, г) можна вибрати відповідну їй величину оптичної щільності.

Процес кольороподілу полягає в тому, що модельний тест-оригінал фотографується за трьома зональними (синім, зеленим і червоним) світлофільтрами. На таких фотографічних зображеннях, кольороподілених негативах, кольорові складові стають зареєстрованими певними оптичними густинами. При ідеальних умовах кольороподілу на кожному кольороподіленому негативі повинні реєструватись лише ті кольори, які утворені відповідним барвником: на синьо-фіолетовому кольороподіленому негативі виділяються кольори жовтої компоненти, а кольори, утворені пурпурною і голубою компонентами, повинні давати постійну оптичну густину: на зеленофільтровому негативі виділяються кольори пурпурної компоненти, а жовта і голуба – дають постійну густину: на червонофільтровому негативі виділяється голуба компонента, а жовта і пурпурна – дають постійну щільність.

З різних причин реальні умови кольороподілу далекі від ідеальних. На кожному кольороподіленому негативі, поряд з корисним контрастом зображення за виділяючою компонентою, формуються шкідливі контрасти зображення за двома іншими не виділяючими компонентами. Для визначення ступеня відхилення від оптимальних умов кольороподілу і, відповідно, визначення кольороподільних характеристик, служить методика розрахунку кольороподільних характеристик, що дає кількісну оцінку якості кольороподілу.

Одним із найважливіших понять теорії кольороподілу є величина ефективної густини (D^еф) кольорового поля. Під нею розуміємо величину оптичної густини, що характеризує дію цього кольорового поля на даний приймач. Іншими словами, ефективна густина – це оптична густина кольорового поля в заданих умовах його реєстрації. Так, наприклад, одне й те ж кольорове поле за відношенням до ока характеризується одним значенням ефективної густини, а за відношенням до фотошару – іншим. Стосовно до теорії кольороподілу ефективна густина кольорового поля визначається спектральною характеристикою світлофільтра і спектральною чутливістю фотографічного шару. Є три способи визначення ефективної густини: розрахунковий, денситометричний та експериментальний. Загальноприйнята методика експериментального визначення ефективної густини полягає в наступному.

При кольороподілі модельного тест-оригіналу за даним світлофільтром одночасно фотографується кольорова шкала, для якої необхідно визначити ефективні густини і нейтрально-сіра шкала, що служить еталоном. Визначення базується на тому, що поля обох шкал дають на кольороподіленому негативі однакові оптичні густини в тому випадку, коли їх ефективні густини рівні.

Маючи заміри оптичних густин полів нейтрально-сірої шкали на тест-оригіналі та відповідних полів цієї шкали на кольороподіленому негативі, будується градаційна характеристика (рис. 1). Після чого на кольороподіленому негативі вимірюються оптичні густини полів кольорової шкали

Рис.1. Схема визначення ефективної густини

Отримані значення оптичної густини відкладаються по осі координат і на графіку градаційної характеристики знаходимо значення оптичної густини оригіналу, тобто нейтрально-сірої шкали, яка і виражає значення ефективної густини даного кольорового поля. В прикладі, що показаний на рис. 1, кольорове поле, що на кольороподіленому негативі характеризується оптичною густиною D_нег=1,8, має ефективну густину D^еф=0,8.

Кольороподілені характеристики процесу кольороподілу виражаються залежністю ефективних густин кольорових полів жовтої, пурпурної та голубої шкал за кожним із трьох зональних (синій, зелений і червоний) світлофільтрів від поверхонь концентрації жовтого (с^ж), пурпурного (с^п) і голубого (с^г) барвників на оригіналі.

На основі вимірювання кольорових шкал (жовтої, пурпурної і голубої) на кольороподілених негативах за вище згаданою методикою визначають ефективні густини і будують експериментальні графіки кольороподілених характеристик.

Типовий вигляд цих графіків подано на рис. 2.

Як видно, на синьофільтровому кольороподіленому негативі максимальний контраст має жовта виділяюча шкала, а дві інші кольорові шкали характеризуються шкідливими контрастами, що вносять спотворення в кольороподіл. Так на синьофільтровому негативі шкідливий контраст за пурпурною шкалою більший, ніж за голубою. Аналогічно можна якісно оцінити кольороподіл зеленофільтрових та червонофільтрових негативів.

Рис. 2 Кольороподільні характеристики модельного тест-оригіналу а – синьофільтрове зображення; б – зеленофільтрове зображення; в – червонофільтрове зображення

Особливістю кольороподілених характеристик є те, що вони дають можливість досить точно моделювати реальний процес кольороподілу і провести розрахунки кольороподілених спотворень. Розглянемо методику математичного опису процесу кольороподілу.

Кожна з прямих на графіках кольороподільних характеристик може бути записана рівнянням:

, (2)

де ^j_к – кутовий коефіцієнт, який чисельно дорівнює тангенсу кута нахилу прямих.

Так як в процесах кольоровідтворення ефективна густина служить мірою кількості фарби, то для будь-якого поля репродукції, котре відтворюється накладанням трьох фарб – жовтої, пурпурної та голубої, його ефективна густина дорівнює сумі ефективних густин у кожній із зон спектра

. (3)

Розкривши значення J, отримуємо систему рівнянь кольороподілу:

;

; (4)

Для визначення рівняння кольороподілу (4) на основі експериментальних даних необхідно визначити коефіцієнти ^j_к, що називаються питомими ефективними густинами. За експериментальними даними побудови графіків кольороподільних характеристик числові значення питомих ефективних густин розраховуються за програмою, що наводиться нижче.

На основі використання методів матричної алгебри експериментальне отримано значення питомих ефективних густин дозволяють провести повний аналіз якості кольороподілу і встановити спотворення, що відбуваються в процесі кольороподілу. Отже, рівняння кольороподілу (9.1) в матричному вигляді може бути записане, як

, (5)

де ^j_к – матриця, що складається з питомих ефективних густин, називається матрицею кольороподільних характеристик. Діагональні елементи цієї матриці характеризують корисні контрасти за виділяючими кольорами: – жовтого кольору на синьофільтровому негативі; – пурпурного кольору на зеленофільтровому негативі; – голубого кольору на червонофільтровому негативі. Недіагональні елементи матриці характеризують шкідливі контрасти. При ідеальному кольороподілі матриця кольороподільних характеристик дорівнює одиничній матриці (Е), тобто

. (6)

Із умов ідеального кольороподілу (6) легко визначити матрицю кольорокоректуючого маскування. В загальному вигляді ідеального маскування кольороподілених негативів, рівняння кольороподілу в матричному вигляді можна записати, як

і звідси, матриця ідеального маскування

, (7)

тобто матриця ідеального кольороподілу дорівнює оберненій матриці кольороподільних характеристик, що описує процес кольороподілу без маскування.

Якщо згідно з (7) зробити розрахунок матриці маскування, то знайдемо такі значення питомих ефективних густин маскуючого зображення (одного або кількох у залежності від способу маскування), які необхідні для повної компенсації шкідливих контрастів на кольороподілених негативах. Як правило, для того щоб компенсувати шкідливі контрасти немаскованих негативів, кольорокоректуюча маска повинна характеризуватись від'ємним контрастом.

Для аналізу якості кольороподілу розглянемо конкретний випадок. Нехай на основі експериментальних даних отримана наступна матриця кольороподільних характеристик

.

Для даної матриці у відповідності з (7) матриця ідеального кольорокоректування приймає значення:

.

Розрахунок показує, що для ідеального кольороподілу кольоро-коректуюча маска характеризується від'ємними значеннями питомих ефективних густин за кольорами, які не виділяються. Це пояснюється тим, що для повної компенсації шкідливого контрасту, маскуюче зображення повинне бути з оберненим контрастом.

Якщо скласти шкідливі контрасти немаскованого зображення і маски, то видно, що результуючий контраст для кольорів, які не виділяються, наближається до нуля, що і вимагає умова ідеального кольороподілу (9.6). Параметри маскуючого зображення для фарб, які виділяються, залишаються практично незмінними і за величиною наближаються до одиниці.

Для доказу того, що розрахована матриця кольорокоректування забезпечує ідеальний кольороподіл, досить перемножити матрицю кольорокоректування на матрицю кольороподільних характеристик і переконатись, що в результаті отримуємо одиничну матрицю.

Порядок виконання роботи.

1. Отримати індивідуальне завдання (модельний тест-оригінал, кольорокоректуючу маску, фотоплівку, світлофільтри, вихідні дані для кольороподілу).

2. Виготовити півтонові кольороподілені негативи.

3. Виміряти модельний тест-оригінал і півтонові кольороподілені негативи, визначити ефективні густини жовтої, пурпурної і голубої кольорових шкал.

4. Побудувати графіки кольороподільних характеристик.

5. Здійснити розрахунок матриці кольороподільних характеристик.

6. На основі отриманих даних розрахувати матрицю ідеального кольорокоректування.

7. Провести аналіз якості кольороподілу і визначити кольороподільні спотворення.

Зміст звіту

В звіт подати:

І. Коротке викладення мети і змісту роботи.

2. Експериментальні дані: таблиці оптичних густин і ефективних густин, графіки градаційних характеристик, графіки кольороподільних характеристик, значення елементів матриці кольороподільних характеристик і матриці ідеального кольорокоректування.

3. Аналіз кольороподільннх характеристик і визначення параметрів маски ідеального кольороподілу.

4. Висновки.

3 А Д А Ч І