Часть II измерение цвета

Глава 5

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ ЦВЕТА

5.1. Принципы измерения цвета

V

В основе любой точной науки лежат измерения, потому что раскрывая связи между явлениями, она прежде всего рассматривает количественные их соотношения. Экспери­ментальная проверка любого вывода требует проведения измерений. «Наука,— по словам Д. И. Менделеева,— начи­нается с тех пор, как начинают измерять». Английский фи­зик У. Томсон (Кельвин) сказал: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Наука об измерениях называется метрологией. Техника — полиграфия, кинематография, репрография — производит репродукции цветных объектов. Работники про­мышленности имеют дело не только с технологией воспроиз­ведения, но и с методами определения качества продукции, а также материалов и промежуточных изображений — кра­сок, цветных негативов и т. д. Следовательно, практикам необходимо владеть методами цветовых измерений. Учение об измерении цвета называется метрологией ц в е -т а или колориметрией.

Колориметрия использует два способа количественного описания цветов. 1) Определение их цветовых координат и тем самым — строгих численных характеристик, по кото­рым их можно не только описать, но и воспроизвести. Сис­темы измерения Цвета называются колориметри­ческими (см. главы 5—8). 2) Нахождение в некотором наборе эталонных цветов образца, тождественного данному. Совокупность образцов составляет систему, называемую системой спецификации (см. главу 10).

Для измерения цвета пользуются приборами, называе­мыми колориметрами. Колориметрическое определение ос­новано на том, что с помощью трех основных синтезируется цвет, тождественный измеряемому (рис. 5.1, а). Две грани белой призмы, наблюдаемые через окуляр, образуют фотометрическое поле, позволяющее сравнивать цветности и ин­тенсивности падающих на призму световых пучков. На од­ну половину поля направляют измеряемое излучение (ниж­няя грань призмы), на другую — основные. Их количества можно регулировать, например, с помощью диафрагм, се­ток или нейтральных оптических клиньев. Наблюдатель видит обе половины поля и изменяет соотношения количеств основных на той грани, где происходит синтез, так, чтобы уравнять цвета обеих половин поля. Зная характеристики

Рис. 5.1. Схемы,измерения цвета

светорегулирующих устройств, при которых достигается визуальное тождество полей, по значениям коэффициентов пропускания находят количества основных, нужных для синтеза цвета, тождественного измеряемому. Тем самым оп­ределяются координаты измеряемого цвета.

На рис. 5.1, б показана схема измерения цвета в том слу­чае, если он невоспроизводим по насыщенности. В этом случае, как было показано в разделе 4.3, одна или две ко­ординаты имеют отрицательные значения. Координаты цве­та характеризуют его исчерпывающим образом. Если они известны, цвет нетрудно воспроизвести.

5.2. Колориметрические системы

Результаты любых измерений должны быть однозначны­ми и сопоставимыми. Это — одно из основных требований метрологии. Для его осуществления необходимо, чтобы ус­ловия измерения, от которых зависят их результаты, были постоянными, принятыми за норму. Совокупность нормиро­ванных условий измерения цвета составляет колориме­трическую систему. Нормируют цветности ос­новных, уровень яркости, единицы количеств основных, размеры фотометрического поля — все эти факторы опреде­ляют значения цветовых координат измеряемого цвета.

В основе любой колориметрической системы находятся цветности цветов триады, так как от них результаты измере­ний зависят в особенно большой степени. Это видно из кри­вых основных возбуждений (рис. 2.8). Например, реакция синечувствительных рецепторов на длину волны λ = 390 нм равна 0,02 единицы, а для λ = 410 нм — несколько более 0,20 единицы. Следовательно, излучения λ = 390 нм и Я = = 410 нм вызывают одинаковые реакции синечувствитель­ных рецепторов при мощностях, относящихся как 10:1. Это значит, что если за основной принят цвет монохромати­ческого λ = 390 нм, то синяя координата данного цвета в 10 раз больше, чем при основном λ = 410 нм. Естественно, что для любого другого цвета триады можно привести по­добный пример.

Основные излучения выбираются так, чтобы они в соот­ветствии с первым законом Грасмана были линейно незави­симыми. Этому требованию отвечают излучения синего, зе­леного и красного цветов. Тройка линейно независимых цветов называется триадой. Для измерения цвета мож­но воспользоваться разными триадами: основные могут за­нимать разные спектральные интервалы и участки спектра. Однако практически их число ограничено. Это связано с тем, что колориметрия предъявляет к основным не только требование линейной независимости, но и другие. Среди них — возможность легкого и точного осуществления основных и также возможно большая насыщенность воспро­изводимых триадой цветов.

Как известно из изложенного выше, с уровнем яр­кости объекта связана контрастная чувствительность глаза. Поэтому два участка разных цветов, различаемые при одной их яркости, могут оказаться неразличимыми при другой, когда чувствительность глаза понижается. Следовательно, условия колориметрических измерений целесообразно нор­мировать так, чтобы уровень яркости поля был оптималь­ным в отношении чувствительности глаза.

То же относится и к размерам фотометрического поля. Первоначально (1931 г.) его размер был установлен 2°, позднее (1964 г.) наряду с ним было принято более широкое поле — 10°.

Здесь мы рассмотрим две системы измерения цветов пока в общих чертах, чтобы использовать эти предварительные сведения в дальнейшем при более подробном изложении ко­лориметрии.