Глава 2

2 е. в. р., а различие в светлоте не больше 3 е. в. р. Эта эмпириче­ская информация может быть преобразована в цветовой охват эллипсоидальной формы, содержащий все цвета, которые можно оценивать как приемлемые дубликаты стандартного цвета. Попе­речные сечения этого охвата в плоскостях постоянной светлоты и постоянного цветового тона являются эллипсами (пис. 2.89).

Рис. 2.89. Поперечные сечения цветового пространства (L*a*b*). Вверху слева представлена плоскость постоянной светлоты L*; внизу справа – пло­скость постоянного цветового тона (в). Концентрические окружности вокруг стандарт­ного цвета (Ст) представляют собой кривые одинаковой воспринимаемости [1 е. в, р. (едва воспринимаемое различие), 2 е. в. р., 3 е. в. р.]. Концентрические (заштрихован­ные) эллипсы являются поперечными сечениями эллипсоида приемлемости.

Установив однажды этот охват, мы можем преобразовать формулу цветовых различий АЕ (L*a*b*) в новую форму, которая будет определять на этой основе приемлемость цветовых различий.

В соответствии с рис. 2.89 определим цветовой тон в простран­стве (L*a*b*) углом 0, насыщенность – расстоянием по радиусу

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 393

от начала координат (серый цвет) в плоскости (а*, Ь*), светлоту – координатой L*, перпендикулярной плоскости (а*, Ь*).

Эллипсоид приемлемости с центром в точке стандартного цвета (L*_T, ас_т, &ст) выражается следующим уравнением:

[ - {а* – ag_T) sin 6 + (b* - bg_T) cos 6]*

[ (а* - ag_T) cos Э + (Ь* - Ь£_т) sin 9]«

_| _ |_

а_н

+ ' ^Ст1-1 = 0. (2.84)

^ас

Другой вид этого уравнения, исключающий явное использо­вание тригонометрических функций цветового тона 0, записы­вается как

[-ь5тК-^аст) + 4т(ь*-^ь5т)1²

r,2f2 Т"

^аТ°Ст

1^т(«*-°5т) + ^т(^Ь*-^ЬСт)Р ,

⁺ «нСст "^г

+ _а2^С-1 = 0, (2.85)

а_с

где Сет = (а*т)² + (&ст)² представляет квадрат насыщенности стандарта. Постоянные ат>«н,ас являются длинами главных осей эллипсоида приемлемости и соответствуют множителям для откло­нения цветового тона, насыщенности и соответственно светлоты, которые мы устанавливали в качестве пределов приемлемости в этих направлениях. Эти множители даются в значениях едва воспринимаемых различий в цветовом тоне, насыщенности, свет­лоте. В примере, изображенном на рис. 2.89, они равны

ат = 1, «_н = 2, ас = 3.

Чтобы уравнение (2.85) можно было применить для определе­ния приемлемости любого цвета L*, а*, Ь*, находящегося по со­седству¹ с стандартом L*_T, ас_т, &ог» следует несколько преобра­зовать зто уравнение. Мы должны записать его в виде

[-^ь5т(^а*-^аСт)+а_Ст(^ь*-^ьСт)1² ,

ГУ² Г² '

, [4т(°*-^аСт) + ^ЬСт(^й*-^ЬС_Т)1² , ⁺ «Н^ст ⁺

₊[^Р__{1=А (2<86)}

394 ГЛАВА 2

Для каждого цвета L*, а*, Ь*, сравниваемого со стандартным цветом Lct, ^с_т, &ст! необходимо определить величину А. Если оказывается, что А имеет отрицательное значение, т. е. А < О, испытуемый цвет является приемлемым, потому что он попа­дает внутрь эллипсоида приемлемости. Если оказывается, что А имеет положительное значение, т. е. А > 0, испытуемый цвет неприемлем, так как он попадает за пределы эллипсоида приемле­мости. Когда А становится равным 0, уравнение (2.86) переходит в уравнение (2.85) и цвета, для которых имеет место это условие, лежат на поверхности эллипсоида, т. е. на границе охвата прием­лемости. Это редко случается на практике. Однако если зто проис­ходит, мы имеем классический случай принятия наугад решения относительно приемлемости этого цвета. С другой стороны, у нас имеются все основания требовать от администрации решения этой дилеммы. Вероятнее всего, цвет будет принят в качестве при­емлемого.

Следует предостеречь тех, кто хочет для прогнозирования при­емлемости цветовых различий применить схему, подобную задан­ной уравнением (2.86).

Ахроматические (серые) цвета создают особую проблему. Это видно из уравнения (2.86) при а_Ст = &ст = 0. Для этих и близ­ких к ним цветов необходимо вывести специальное уравнение, в которое не входит значение цветового тона. В этой области цве­тового пространства цветовой тон не определяется.

В уравнении (2.86) мы молчаливо допускали, что единица АЕ (L*a*b*) соответствует едва воспринимаемому цветовому раз­личию. Это может быть не совсем правильным для рассматривае­мого применения. В решении этого вопроса существенную роль играют условия наблюдения. Для согласования единиц может быть введен соответствующий масштабный множитель.

Во многих приложениях множители а_т, ан, ас в уравнении (2.86) не могут быть постоянными во всем цветовом пространстве. Для определения подходящих коэффициентов для различных об­ластей цветового пространства необходимо провести специальные эксперименты по приемлемости цветовых различий.

Проведено несколько обширных экспериментальных работ по исследованию приемлемости цветовых различий [105, 124, 297, 420, 429-431, 459, 460, 530, 557, 607, 657]. Результаты, получен­ные различными исследователями, не всегда приводят к одина­ковым заключениям относительно ценности отдельных уравнений цветовых различий как средства прогнозирования оценок прием­лемости. Имеется строгое указание, что удовлетворительного прог­нозирования приемлемых цветовых различий нельзя сделать с по­мощью какой-либо формулы цветовых различий, основанной ис­ключительно на воспринимаемости цветовых различий. По-види­мому, для выработки удовлетворительного метода оценки прием-

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 395

лемости данного цветового различия следует использовать совмест­но с формулой цветовых различий другие параметры, помимо тех, которые связаны с цветовым восприятием. Один такой метод иллю­стрируется уравнением (2.86). В нашем примере дополнительные параметры а_т, <Хн, «с непосредственно связаны с видом иссле­дуемого окрашенного материала, заданным или предполагаемым типом его использования, техническими проблемами, издержками, связанными с производством материала, пожеланиями заказчика и прочими факторами.

Сложность перехода от формул цветовых различий к формулам приемлемости усугубляется тем фактом, что еще не найдено иде­альной формулы цветовых различий, точно предсказывающей вос­принимаемые цветовые различия. Как мы уже отмечали ранее, все существующие формулы являются более или менее удовлетво­рительной аппроксимацией идеальной формулы [106, 730].

1ТЕМНОВАЯ И СВЕТОВАЯ^ АДАПТАЦИЯ-ЦВЕТОВАЯ АДАПТАЦИЯ

Одним из наиболее,важных свойств нашего зрительного меха­низма является его способность сохранять приблизительно то же самое изображение предмета, даже если интенсивность лучистого потока, попадающего в глаз при формировании этого изображе­ния, изменяется в широких пределах. Процесс приспособления зрительного механизма к условиям воздействия лучистой энергии на глаза называется адаптацией. Известны различные виды адапта­ции, наиболее важными из которых являются темновая, или ночная, адаптация, световая, или дневная, адаптация и цветовая адапта­ция. Темновая и световая адаптации относятся к настройке зри­тельного механизма к изменениям интенсивности лучистой энер­гии, попадающей в глаз. Цветовая адаптация относится главным образом к настройке зрительного механизма к изменению спек­трального состава лучистой энергии. Явления, связанные с адап­тацией, легко наблюдать, однако трудно объяснить количественно.

Говорят, что глаза адаптированы к темноте, если они нахо­дились в полной темноте в течение более 30 мин. В таком состоя­нии можно обнаружить даже очень слабые световые потоки.

Если источник излучения лучистой энергии достаточно велик, го невооруженным глазом можно обнаружить яркость до 10^-в кандел на квадратный метр (кд-м^-2). При таком низком уровне яркости возбуждаются только палочки сетчатки (рис. 1.2 и 1.3), поэтому мы не воспринимаем хроматические цвета. Предметы, ко­торые при дневном свете могут выглядеть цветными, в этом слу­чае будут казаться белыми, серыми или черными. Это так называе­мое ночное зрение сохраняется до уровня яркости приблизительно 10"³ кд-м"². В ночное время палочки автоматически регулируют

396 ГЛАВА 2

свою чувствительность к данному уровню яркости. Если этот уро­вень поддерживается в течение достаточно долгого периода вре­мени, адаптация достигает равновесия, а рецепторы становятся более чувствительными к установлению различий между малыми изменениями яркости вблизи этого уровня. Внезапное резкое уменьшение яркости вызывает временную слепоту, т. е. до тех пор, пока рецепторы не приспособятся к новым условиям, ничего нельзя увидеть. Подобным образом, резкое увеличение яркости делает нас фактически слепыми, так как светлота всех участков поля зрения становится одинаковой и они не передают никакой информации.

Однако имеется верхний предел яркости, при которой палочки полностью прекращают функционирование. Хотя этот предел трудно точно определить, можно считать, что он достигается при уровне яркости около 125 кд-м^-2 [637]. Независимо от того, в те­чение какого времени адаптируются палочки, они не будут реаги­ровать при уровне яркости 125 кд-м^-2 и выше. Однако, до того как будет достигнут этот предел, фактически при яркости порядка 10~³ кд-м~² начинают действовать колбочки, приводящие к вос­приятию цвета. Область, в которой при воздействии света активны как палочки, так и колбочки, называется мезопической; в этом случае мы обычно говорим о мезопическом, или сумеречном зрении. Приблизительный интервал яркостей, который обуславливает сумеречное зрение, находится в пределах от Ю^-3 кд -м^-2 до прибли­зительно 125 кд-м"². В пределах области сумеречного зрения как палочки, так и колбочки настраивают свою чувствительность на данный уровень яркости. Если в течение достаточно долгого вре­мени поддерживается один и тот же уровень, адаптация палочек и колбочек достигает равновесия. При таком равновесии рецепторы наиболее чувствительны к различию в яркости. Если произойдет внезапное резкое изменение яркости, их чувствительность вре­менно может упасть до нуля. Требуется от нескольких секунд до нескольких минут, прежде чем рецепторы адаптируются к новому уровню яркости.

При повышении уровня яркости выше 125 кд-м^-2 палочки теряют чувствительность и только колбочки несут информацию о поле зрения. Мы подошли к фотопическому или, как обычно его называют, дневному зрению. Изменения в яркости быстро нейтра­лизуются благодаря адаптации, так чтобы поддерживать зритель­ный механизм в состоянии наибольшей чувствительности к раз­личиям в относительной яркости при всех условиях. Однако при уровне яркости свыше 10⁶ кд-м^-2 степени адаптации обычно уже не достаточно, мы слепнем и ощущаем большое неудобство. Мы сами автоматически предохраняем наши глаза за счет быстрого моргания или частичного закрывания век, пытаясь уменьшить интенсивность лучистой энергии, попадающей на единицу площа-

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 397

ди сетчатки, т. е., пользуясь техническим языком, добиваемся, чтобы освещенность сетчатки – величина, которая реально суще­ствует – уменьшилась до терпимого уровня.

Весь диапазон яркостей, которые наш зрительный механизм способен воспринять, действительно огромен: от 10^-в кд -м^-2 для глаза, полностью адаптированного к темноте, до 10^е кд-м^-2 для глаза, адаптированного к свету, или на 12 порядков яркости. Однако этот диапазон может быть использован главным образом потому, что палочки возбуждаются при освещенности сетчатки слишком низкой для функционирования колбочек. Частично это объясняется автоматической настройкой зрачка, уменьшающего или увеличивающего освещенность на сетчатке. Колориметриче­ские методы применимы только к среднему диапазону изменения колбочкового зрения на три порядка. Разумеется, имеется много проблем, связанных с адаптацией (местоположением изображения на сетчатке, величиной поля зрения, временем экспозиции, эффек­том предварительной адаптации), их невозможно здесь рассмо­треть. Однако интересующемуся этими вопросами читателю можно рекомендовать обзор Барлоу [26].

Как было указано выше, существует и другая разновидность явления адаптации, которая в основном имеет дело с изменениями качества (цветности) стимула, воздействующего на наши глаза. Это явление называется цветовой адаптацией, оно имеет исклю­чительно важное значение для колориметристов, желающих прог­нозировать (по крайней мере до некоторой степени) восприятие цвета предметов.

Ниже приводится пример того, что понимается под цветовой адаптацией.

При переходе от естественного дневного света в комнату, осве­щаемую лампой накаливания, мы сразу же отмечаем изменение цвета излучения, отраженного от предметов, находящихся в ком­нате. Те предметы, которые при дневном свете отражают зеленый, теперь, по-видимому, отражают желто-зеленый; пурпурные в свою очередь выглядят более красными. Однако это непосредственное изменение воспринимаемого цвета, по-видимому, не относится к самому предмету. Т. е. мы осознаем, что свет излучения лам­почки накаливания красновато-желтого цвета, и по отношению к нему воспринимаем цвет предмета почти таким же зеленым, ка­ким он был при дневном свете. Обычно это явление известно, как явление постоянства (константности) цвета предмета. Постепенно наш зрительный механизм привыкает к новому свойству освеще­ния, т. е. он адаптируется и, спустя примерно 5 мин, цвет отра­женного от предмета излучения воспринимается приблизительно таким же, как и при дневном освещении. Отраженный от предмета красновато-желтый свет лампы накаливания, который в первый момент показался нам желтовато-зеленым, вновь становится зеле-

398

ным. Аналогично пурпурный, который вначале стал краснее, вновь изменился на первоначальный. К сожалению, адаптацион­ное изменение обычно не является полным. Вообще между цветом предмета, рассматриваемого при дневном свете, и цветом того же предмета при лампе накаливания имеется различие, часто весьма значительное.

Например, пурпурный не утратит полностью ту долю красного. которую он приобрел при переходе от дневного света к свету лам­пы накаливания. Результирующий сдвиг цвета, воспринкмаемый после адаптации к хроматическому освещению светом лампы на­каливания, определяется колориметрическим и адаптационным сдвигами. Колориметрический сдвиг происходит в результате из­мененного спектрального распределения лучистого потока, отра­женного от предмета при освещении светом лампы накаливания вместо естественного дневного света. Это изменение приводит к изменению цветности и коэффициента яркости цветовых стиму­лов предметов и соответствует тому, что мы видим в первое мгно­вение при смене источника освещения. Адаптационный сдвиг вы­зывается исключительно цветовой адаптацией и в основном на­правлен в сторону первоначального цвета, воспринимаемого при естественном дневном свете.

Благодаря использованию простых условий освещения и на­блюдения можно измерить результирующий цветовой сдвиг и выразить его, например, в системе МКО (в координатах цветности х, у и коэффициентом яркости Y) или в системе обозначений Ман-селла. Таких исследований было выполнено очень много особенно за последние годы [85–87, 144, 230, 236, 237, 258–261, 302, 304, 406, 408, 579, 580, 650, 652, 665, 674, 687-690, 711, 714, 736]. Имеется несколько различных методов проведения экспериментов по цветовой адаптации, три из которых наиболее широко известны. К ним относятся метод памяти на цвета, метод бинокулярного урав­нивания с перегородкой и метод локальной адаптации.

В методе памяти на цвета [237] наблюдатель вначале учится описывать цвета, показанные ему при дневном свете, в значениях цветового тона, светлоты и насыщенности. При этом удобно исполь­зовать образцы цвета атласа Манселла с их обозначениями: цве­товым тоном по Манселлу, светлотой по Манселлу, насыщенно­стью по Манселлу. После достаточной адаптации, которая может продолжаться около 8 ч., наблюдатель запоминает шкалы цвето­вого тона, насыщенности и светлоты, с тем чтобы впоследствии довольно точно и правильно описать цвет любого предмета, кото­рый он может воспринять. После этого тренированного наблюда­теля просят посмотреть на предметы при хроматическом свете, например свете лампы накаливания, и после того, как его глаза адаптируются к новому освещению, описать цветовые восприятия в характеристиках тех цветовых шкал, которые он запомнил.

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ

399

Рис. 2.90 иллюстрирует некоторые типичные результаты, по­лученные Хелсоном и сотр. [237] для шести наблюдателей, оцени­вавших образцы Манселла на белом фоне при стандартных источ­никах С (средний дневной свет) и А (свет лампы накаливания). На рис. стрелками показаны лишь результирующие сдвиги в ощу-

Рис. 2.90. Изменения цветового тона и насыщенности по Манселлу при пере­ходе от источника С МКО (дневной свет) к источнику А МКО (свет лампы нака­ливания) в соответствии с данными, опубликованными Хелсоном и сотр. [237],

при использовании метода по памяти. Представленные здесь наблюдения относятся к образцам атласа Манселла, расположен­ным на белом фоне и имеющим средние значения светлоты по Манселлу при дневном

свете.

щении цветности. Каждая стрелка начинается в точке, соответст­вующей ощущению цветности (цветовому тону и насыщенности) образца Манселла при дневном свете (источник С), а кончается в точке, относящейся к ощущению цветности того же образца при свете лампы накаливания. Оценка при дневном свете проводилась после полной адаптации к нему, подобно тому как оценка при све­те лампы накаливания проводилась после полной адаптации к это­му освещению. В соответствии с данными Хелсона и др. [237] коэффициент яркости фона оказывает значительное влияние на

400 ГЛАВА 2

результаты. Еще ранее Хелсоном было показано [234], что вос­принимаемый цветовой тон и насыщенность цветового стимула предмета зависят от отношения его яркости к яркости адаптации. Яркость адаптации зависит от взвешенного среднего значения коэффициентов яркости всех цветовых стимулов^предметов, нахо­дящихся в поле зрения, и в значительной степени определяется фоном (см. также следующий раздел по цветовому восприятию предмета в сложной обстановке).

Бинокулярный метод сравнения с перегородкой включает раз­деление зрительного поля непрозрачной перегородкой, помещае­мой между глазами, и представления двух цветовых стимулов по одному на каждый глаз [86]. Соответствующее бинокулярное сме­шение приводит к тому, что два отдельных стимула восприни­маются в виде одного поля сравнения, состоящего из двух частей и помещенного в средней части обширного фона. Цвет половин поля сравнения может изменяться независимо друг от друга, так­же как это осуществляется в независимых трехцветных колори­метрах.

Чтобы определить цвет стимулов, которые воспринимаются од­ними и теми же при адаптации как к дневному свету, так и к свету лампы накаливания, левый глаз наблюдателя адаптируют к свету лампы накаливания, а правый – к дневному свету, а наблюда­теля просят менять цвет левой половины поля сравнения, пока он не уравняет его с цветом правой половины поля сравнения. Цве­товые стимулы двух половин, которые в данных условиях воспри­нимаются одинаковыми, обычно будут восприниматься совершен­но различными, если оба глаза адаптированы к дневному свету. Это различие обеспечивает непосредственное измерение эффекта цве­товой адаптации при замене дневного света на свет лампы накали­вания.

Не следует считать бинокулярный метод уравнивания с пере­городкой совершенно свободным от возможных отклонений, обу­словленных некоторым взаимодействия между глазами. Однако оценки величины этих отклонений меняются от «незначительных» до «значительных». Недавняя работа Истмана и Брехера [144] показывает, как изменить эксперимент, чтобы уменьшить взаимо­действие между глазами до незначительной величины.

В методе локальной адаптации [406, 408] используется трех­цветный колориметр типа представленного на рис. 1.12. Две половины поля цветового сравнения заполняются различными адаптирующими стимулами. Например, левая половина запол­няется светом лампы накаливания, правая половина – дневным светом. Через 10 с только на одну секунду в правой половине два адаптирующих стимула заменяются на испытуемый стимул, в ле­вой половине – на аддитивную смесь трех основных стимулов (красный, зеленый, синий). Наблюдатель непрерывно смотрит

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 401

обоими глазами на центр линии раздела поля сравнения и в тече­ние периода адаптации регулирует величины первичных стимулов в левой половине с тем, чтобы в течение той секунды, когда оба, и испытуемый стимул, и стимул смеси, рассматриваются рядом, по­лучить цветовое равенство с испытуемым стимулом. Удовлетвори-

" 0,2 0,4 O.S 0,8

х

Рис. 2.91. Некоторые типичные сдвиги цветности, полученные Мак Адамом

[408] для наблюдателя с использованием метода локальной адаптации. Каждый вектор показывает изменение цветности, необходимое для поддержания визуаль­ного равенства между двумя половинками поля зрения трехцветного колориметра, когда один участок центральной области сетчатки адаптирован к дневному свету, а соседний участок – к свету лампы накаливания.

тельное равенство обычно можно получить после нескольких цик­лов показа адаптирующих стимулов, испытуемого стимула и сти­мулов смеси. Результаты эксперимента могут быть выражены, например, координатами системы МКО 1931 г. На рис. 2.91 пред­ставлены некоторые типичные результаты, опубликованные Мак Адамом [408].

Результаты, полученные различными исследователями, напри­мер результаты, которые представлены на рис. 2.90 и 2.91, в

26-0517

402 ГЛАВА 2

основном имеют аналогичную тенденцию сдвигов цвета при изме­нении состояния адаптации глаза от дневного света к свету лампы накаливания и наоборот. Однако более детальное сравнение ука­зывает на наличие значительных расхождений между данными, полученными разными исследователями. Полагают, что эти рас­хождения обусловлены главным образом различиями в условиях наблюдения, например, размера поля, яркости испытуемого сти­мула и окружения, а также различиями между наблюдателями. Более того, как было отмечено выше, за эти расхождения могут быть частично ответственны различия в методах наблюдения, т. е. в методах памяти на цвета по сравнению с бинокулярным методом или методом локальной адаптации.

Было проведено много работ (особенно в последние годы), цель которых заключалась в том, чтобы вывести или проверить формулы, количественно предсказывающие влияние цветовой адаптации на восприятие цвета. Классическая гипотеза цветовой адаптации основана на трехкомпонентпой теории цветового зре­ния Юнга – Гельмгольца. В этой теории (см. раздел по теориям цветового зрения) вводятся три типа колбочек, первый из которых чувствителен в основном к коротковолновой (фиолетовой, синей) области спектра, второй – к средневолновой (зеленой) области спектра, а третий – к длинноволновой (красной) области спектра. Когда глаз достаточно долго подвергается воздействию красно-желтого стимула, например света лампы накаливания, рецепторы, чувствительные к красному цвету, и в меньшей степени рецепторы, чувствительные к зеленому цвету, становятся менее чувствитель­ными, в то время как рецепторы, чувствительные к фиолетовому цвету, подвергаются относительно слабому раздражению коротко­волновой частью спектра адаптирующего стимула. Другими сло­вами, адаптация к красновато-желтому стимулу приводит к отно­сительному увеличению чувствительности к фиолетовому и сине­му стимулам.

Принимая в целом теорию Юнга – Гельмгольца, фон Крис [374] выдвинул предположение, что, хотя цветовая адаптация и по-разному влияет на реакцию трех колбочковых механизмов, относительная спектральная чувствительность каждого из трех колбочковых механизмов остается неизменной. Другими словами, фон Крис постулировал, что цветовую адаптацию можно точно объяснить уменьшением чувствительности с постоянным коэффи­циентом. Этот коэффициент различен для трех колбочковых ме­ханизмов, а его величина зависит от цвета стимула, к которому адаптируется наблюдатель. Теперь напомним о трех основных цветах фундаментальной системы, соответствующих трем колбоч­ковым механизмам, на основе которых можно выразить цветовое равенство (см. раздел по теориям цветового зрения). Следователь­но, мы можем сформулировать гипотезу фон Криса в таком виде:

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 403

координаты цвета всех цветовых стимулов, выраженные через ос­новные цвета теории Юнга– Гельмгольца, для одного состояния адаптации глаза образуют постоянные отношения с соответствую­щими координатами цвета визуально эквивалентных стимулов, наблюдаемых при другом состоянии адаптации газа. На это соот­ношение обычно ссылаются как на закон коэффициентов фон Кри­са. Его можно выразить с помощью следующих уравнений:

R' = aR,

G' = pG, (2.87)

V = yV.

В этих уравнениях координаты цвета Я, G, V определяют цвет стимула, воспринимаемого наблюдателем, адаптированным к пер­воначальному адаптирующему стимулу. Координаты цвета R', G', V определяют цвет того же стимула, но теперь воспринимае­мого наблюдателем, адаптированным к другому адаптирующему стимулу. Коэффициенты а, р", у являются коэффициентами фон Криса, соответствующими уменьшению чувствительности трех колбочковых механизмов вследствие цветовой адаптации. Вели­чины а, р\ у можно легко получить из уравнения (2.87), если толь­ко отдельная пара соответствующих цветов задана координатами цвета R, G, V и R', G', V соответственно.

Основные цвета фундаментальной системы, соответствующие чувствительным к фиолетовому и красному цветам колбочковым механизмам, постулированным в теории Юнга – Гельмгольца, считаются достаточно хорошо известными, в то время как остав­шийся основной цвет, соответствующий колбочковому механизму, чувствительному к зеленому цвету, в некоторой степени не опре­делен, поскольку речь идет о его обозначении в координатах цвет­ности (х, у) МКО. Если принять в качестве основных цветов те, которые были предложены Джаддом, можно выразить координаты цвета Д, Q, V через значения координат цвета X, Y, Z МКО [330]_:

X = 2,954R-2,174G + 0,2207, У=1,000Д, (2.88)

Z= 1,0007,

или, наоборот, как

R= 1.00Y,

G= -0,46X + l,36r + 0,10Z, (2.89)

V= 1,00Z.

^ Заменяя в уравнениях (2.88) R,G, V на R',G', V, a X, Y, Z на X', Y', Z',mh получаем аналогичное уравнение, связывающее R', G', V' с X', Y', Z'. Вводя уравнения (2.87) в новое уравнение

404 ГЛАВА 2

и затем выражая R, G, V в соответствии с (2.89), мы получаем сле­дующее преобразование:

X'= pZ + 2,954 (а–р) Г+0,220 (7-р) Z,

У'= аУ, (2.90)

Z' = yZ.

Для заданных значений коэффициентов фон Криса а, Р, у коорди­наты цвета X, У, Z МКО относятся к стимулу, воспринимаемому наблюдателем, адаптированным к одному адаптирующему сти­мулу, в то время как координаты цвета X', У, Z' относятся к тому же стимулу, но воспринимаемому наблюдателем, адаптированным к другому адаптирующему стимулу.

Приведем пример [237]. Предположим, что наблюдатель вна­чале адаптирован к дневному свету (источник С МКО) и предмет, который он наблюдает при свете лампы накаливания (источник А МКО), имеет координаты цвета X,Y, Zm вызывает соответствую­щее цветовое ощущение. Затем наблюдатель адаптируется к свету лампы накаливания (источник А МКО), и мы задаемся целью пред­сказать координаты цвета X',Y',Z', вызывающие то же самое цве­товое ощущение. В соответствии с (2.90) зта проблема разрешима, если мы знаем коэффициенты фон Криса а, Р, у. Чтобы найти эти коэффициенты, нам необходима по крайней мере пара соответ­ствующих цветов (Х₀, Y₀, Z₀ и Х'_д, Y'_g, Z'₀). В данном примере такую пару представляют цвета адаптирующих стимулов С и А. Экспериментальные данные показывают, что предметы с неселек­тивным отражением воспринимаются близкими к серым при адап­тации наблюдателя к цветному стимулу, даже если адаптирующий стимул значительно отличается от дневного света [238, 346]. Таким образом, мы можем предположить (без риска допустить серьезную ошибку), что цветовое постоянство для предметов с неселективным спектром отражения строго сохраняется. Координаты цвета источ­ников С и А МКО равны

Х_с = 98,0, У_с= 100,0, Z_c= 118,1,

Х_а= 109,8, У_а = 100,0, Z_a = 35,5. Из (2.89) вычисляем

Д_с= 100,0, G_c= 102,7, V_c= 118,1,

Д_а = 100,0, G_a = 89,0, 7_а =35,5 и при помощи (2.87) получаем коэффициенты фон Криса « = ■!£- = 1,000, р = ^£-= 1,154, ₇ = -!г- = 3,327.

ti_a "a "a

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 405

Наконец, для этого случая'уравнения (2.90) принимают вид X' = 1,154X-0,458Y + 0,473Z, У' = |1,000У,

Z'= 3,3272.

Эти уравнения могут быть записаны через координаты цветности [уравнение (1.14)]:

,_ 0,681а: –0,931у+ 0,473 ^Х ~~ – 2,646z–3,258г/ + 3,800»

^у –2,6461 –3,258г/ + 3,800*

Координаты х, у относятся к предмету, освещенному источником А, и соответствуют реакции наблюдателя, адаптированного к источ­нику С. Координаты х', у', предсказываемые теорией, будут соот­носиться с реакцией наблюдателя, адаптированного к источнику А. Вышецкий разработал графический метод определения х', у' для любой цветности х, у по цветовому графику (х, у) МКО [714].

Простая линейная гипотеза для цветовой адаптации, обсуж­давшаяся выше, подчиняется важному колориметрическому прин­ципу фон Криса [374]–постоянству цветового равенства, который мы ввели ранее в связи с обсуждением уравнивания по цвету. Этот принцип гласит, что для условий, при которых выполняются законы аддитивного смешения цветов Грассмана, состояние адап­тации глаз наблюдателя не влияет на метамерное цветовое равен­ство.

Соответствие между наблюдаемыми сдвигами цвета и теми сдви­гами, которые прогнозируются на основе закона коэффициентов фон Криса, отнюдь не совершенно, хотя в общем зто соответствие наблюдается. Часть расхождений можно объяснить отсутствием выбора правильных основных цветов фундаментальной системы. Другая часть может вызываться недостаточным контролем со­стояния адаптации глаза, приводящим к неустойчивым оценкам наблюдателя. Как указывают некоторые наблюдатели, возможно также, что закон коэффициентов фон Криса выполняется не строго, и поэтому следует использовать другие, более совершенные мо­дели цветового зрения [304,^736].

ЦВЕТОПЕРЕДАЧА ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

С разработкой новых искусственных источников света типа флуоресцентных ламп, ксеноновых ламп низкого и высокого дав­лений проблема оценки цветопередающих свойств этих источни­ков приобрела большое практическое значение. Многие из этих искусственных источников^ предназначены для создания освеще-

406

ния, близкого к дневному свету, в магазинах, на фабриках, в теат­рах, жилых домах и т. д. Цвет света, излучаемого такими источ­никами, очень похож на цвет некоторой фазы естественного днев­ного света. Однако, к сожалению, относительное спектральное

Рис. 2.92. Относительное спектральное распределение энергии стандартного

излучения D₆₅ MKO (представляющего средний естественный дневной свет)

и типичной флуоресцентной лампы дневного света с приблизительно такой

же цветностью.

распределение энергии многих искусственных источиков днев­ного света не всегда хорошо соответствует распределению энергии естественного дневного света такого же или аналогичного цвета. На рис. 2.92 в качестве примера представлено относительное спек­тральное распределение энергии излучения типичной флуорес­центной лампы дневного света и стандартного излучения D₆₅ MKO, которое, как известно, очень хорошо представляет естественный дневной свет. Оба излучения имеют приблизительно одну и ту же цветность и коррелированную цветовую температуру ~6500 К.

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ

407

Расхождения между двумя кривыми совершенно очевидны и особенно значительны в длинноволновой части спектра и на длинах волн линий испускания ртути (405, 436, 546, 578 нм).

Различия в спектральном составе являются основным источни­ком затруднений, так как цвет одних и тех же предметов, освещен­ных искусственным источником и естественным дневным светом, будет различаться. Иногда искажения цвета, или, говоря техни­ческим языком, колориметрические сдвиги, могут иметь существен­ное значение. Возьмем, к примеру, витрину мясного магазина, освещаемую флуоресцентной лампой с таким спектральным соста­вом излучения, как показано на рис. 2.92. Весьма вероятно, что в этом свете цвет только что разрезанного мяса будет восприни­маться менее насыщенным и более темным, чем при естественном дневном освещении. Это вызовет у покупателя сомнение в отно­шении свежести мяса и, возможно, отобьет у него охоту купить его. Разумеется, изготовители ламп сознают эти трудности и пы­таются улучшить цветопередающие свойства выпускаемых ламп, вводя в них различные добавки фосфоров, чтобы увеличить выход потока излучения в длинноволновой части спектра. Обычно такие лампы известны как флуоресцентные лампы типа Де Люкс. Од­нако улучшение цветопередающих свойств обычно означает потерю эффективности, т. е. потерю выхода света по отношению к входной электрической мощности. Более того, точное воспроизведение спектрального состава естественного дневного света невозможно из-за линий излучения ртути, которые нельзя подавить и которые должны присутствовать для возбуждения флуоресценции фосфо­ров. Лучшее, что можно сделать с лампами такого типа, доста­точно хорошо было представлено на рис. 2.9. Отметим значительно расширенную длинноволновую часть спектрального распределе­ния энергии этой флуоресцентной лампы.

Изготовители ламп предлагают множество флуоресцентных ламп различных типов, одни из которых должны быть высоко эффективными, а другие иметь хорошие цветопередающие свой-сва. Совсем непросто выбрать тип лампы, наиболее подходящей для данной цели, и может потребоваться консультация инженера-светотехника, архитектора, специалиста по оформлению интерье­ров и т. д. Эти эксперты в свою очередь должны хорошо знать отличительные свойства различных типов ламп, имеющихся в их распоряжении. Одним из этих свойств является цветопередача. Это свойство источника света стали лучше понимать только в по­следние годы. В развитие представлений о цветопередаче внесли свой вклад многие специалисты, разрабатывающие методы опре­деления цветопередающих свойств источников света [24, 111 112, 208-211, 246, 464-467, 476-479, 495-497, 517-520, 634, 635, 720]. Комитет по цветопередаче МКО подготовил официальные рекомендации по методу измерения и определения цветопередаю-

408 ГЛАВА 2

щих свойств источников света [99]. Метод МКО был развит в соот­ветствии с результатами многих исследований, перечисленных выше, и получил общее признание в качестве полезного метода в светотехнике. Однако метод МКО не является исчерпывающим решением проблемы определения цветопередающих свойств источ­ника света, и, как видно из некоторых публикаций после 1965 г., работа в этом направлении продолжается.

Трудности, встречающиеся при разработке универсального метода, многочисленны. Прежде чем обсудить некоторые аспекты этой проблемы, следует сначала дать широко принятое в настоя­щее время определение цветопередачи источника света [100]: цветопередача источника света характеризует влияние источника на восприятие цвета предметов по сравнению со стандартным источником света. На основе этого определения можно установить индекс цветопередачи источника света как меры соответствия зри­тельных восприятий цветных объектов, освещенных исследуемым и стандартным источниками света в определенных условиях. Обычными условиями являются следующие: наблюдатель должен обладать нормальным цветовым зрением и быть адаптированным к окружению при освещении каждым источником по очереди. Для вывода индекса цветопередачи в соответствии с вышеприведенным определением мы должны знать способ точного определения вос­приятия цвета предметов и различий между ними, а также дого­вориться относительно стандартного источника, с которым хотят сравнить данный исследуемый источник. Еще не решена задача точного определения восприятия цвета предметов, т. е. цвета несамосветящихся тел, в самом общем случае, когда наблюдатель рассматривает сложную картину, составленную из большого чис­ла предметов и различных видов источников, освещающих их. Различные зрительные явления, такие, как одновременный кон­траст, последовательный контраст, постоянство цвета и память на цвета, вступают в действие и вносят существенный вклад в результирующее восприятие цвета сложной картины. Однако эти знания не позволили нам продвинуться вперед настолько, чтобы решить эту задачу количественно (см. следующий раздел). Однако можно рассмотреть упрощенный вариант задачи, ограни­чиваясь такими условиями, при которых состояние адаптации наших глаз почти полностью определяется только качеством кон­тролируемого излучения, в то время, как находящиеся в поле зрения другие предметы оказывают на нее незначительное влия­ние. В этих условиях можно, по крайней мере приблизительно, качественно оценить восприятие цвета предметов, используя стан­дартного наблюдателя, систему координат МКО и, например, за­кон коэффициентов фон Криса для расчета состояния адаптации глаза (см. предыдущий раздел).

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 409

Выбор стандартного источника, с которым сравнивается опыт­ный, также представляет проблему. При таком выборе следует руководствоваться всем тем, что понимается под первоначальным восприятием цвета предмета. Другими словами, это воспринимае­мый цвет предмета при том освещении, при котором обычно видят этот предмет. В большинстве случаев им будет свет лампы накали­вания или некоторая фаза дневного света. Спектральный состав света лампы накаливания, которая может иметь цветовую темпе­ратуру вплоть до 3400 К, адекватно определяется формулой План­ка [уравнение (2.1)]. Спектральный состав различных фаз естест­венного дневного света хорошо определяется в диапазоне 4000 К и выше (см. стандартные излучения D МКО). Из ряда излучений ламп накаливания и дневного света мы можем выбрать стандартное излучение, по отношению к которому будут проверяться цвето-передающие свойства исследуемого источника. Для удобства на практике среди имеющихся стандартных излучений выбирается излучение, коррелированная цветовая температура которого мак­симально соответствует цветовой температуре исследуемого источ­ника. Такой выбор полностью или по крайней мере почти полно­стью исключает необходимость учета изменения состояния адап­тации глаза. Таких изменений не будет, если как стандартный, так и исследуемый источники имеют один и тот же цвет, т. е. образуют метамерное цветовое равенство.

Степень соответствия воспринимаемых цветов предметов, осве­щаемых исследуемым и стандартным источниками, удобно оцени­вать в равноконтрастном цветовом пространстве. Различия в цвет­ности обычно считаются наиболее важными, и поэтому использо­вания равноконтрастного цветового графика МКО 1960 г. (рис. 2.76) достаточно дляприблизительного определения такихразличий.

Метод МКО [99] очень хорошо согласуется с отмеченными выше требованиями. Он является в основном методом сдвига цвета, так как с его помощью рассчитываются средние колориметрические сдвиги на равноконтрастном цветовом графике МКО 1960 г. для ряда исследуемых предметов по отношению к исследуемому и стан­дартному источникам излучения той же цветности. Считается, что набор из восьми образцов атласа Манселла различного цве­тового тона, средней насыщенности и светлоты обеспечивает удов­летворительное представление охвата практически важных цветов предметов. Спектральные коэффициенты отражения образцов при­ведены в таблице, данной в публикации МКО [99]. Дополнением к основному набору из восьми образцов являются еще шесть образ­цов из атласа Манселла с более высокой насыщенностью. Их ис­пользуют в особых случаях.

Общий индекс цветопередачи R_a, рекомендованный МКО [99], определяется как

Д„=100-4,6А£_а, (2.91)

410 ГЛАВА 2

где АЕ_а представляет среднее арифметическое восьми значений AE_0ti для восьми исследуемых цветов, рассчитанных следующим образом:

А£^,_а,_г = 800{[(и₀,1 – щ) – (u_h,i – u_h)]^z + + [(v₀,i-v₀)-(v_h,_i-v_h)]zy/\

где и, v – координаты равноконтрастного цветового графика МКО 1960 г. В частности, мы обозначили

^uh,it ^vk,i = координаты цветности i-ro образца относительно ис­следуемого излучения к; ^ио,ь ^vo,t – координаты цветности i-ro образца относительно стан­дартного излучения о; ^uh, ^vu – координаты цветности испытуемого излучения к; и₀, у₀= координаты цветности стандартного образца о.

В методе МКО ставится условие, чтобы цветность стандартного излучения была одинакова или почти одинакова цветности иссле­дуемого излучения. Допускается очень небольшое различие (и₀ – – u_h) и (v₀ – v_k). Комитет по цветопередаче МКО собирается выпустить второе издание метода МКО [99], который будет давать возможность оценивать цветопередающие свойства тех исследуе­мых излучений, которые заметно отличаются по цветности от стан­дартного излучения. Здесь начинает вступать в действие цветовая адаптация, и, для того чтобы количественно учесть ее, комитет рекомендует использовать закон коэффициентов фон Криса.

Метод оценки цветопередающего свойства источников света, рекомендованный МКО, предназначен для оценки способности источника придавать предметам их истинный цвет. Для источни­ков с высокой цветовой температурой истинным считается цвет предмета при дневном освещении. В случае источников с низкой цветовой температурой истинным считается цвет предмета при освещении лампой накаливания. Для критической оценки окра­шенных предметов потребитель должен выбрать тот источник, который дает достаточно хорошее приближение к истине. Обычно это означает, что источник должен иметь довольно высокий общий индекс цветопередачи МКО (95 и более). В некоторых особых слу­чаях для контроля может потребоваться источник с более высо­ким индексом цветопередачи и более жесткие допуска на факти­ческое относительное спектральное распределение энергии излу­чения. Такие особые случаи возникают при необходимости прове­дения критического сравнения метамерных цветовых стимулов предметов [44, 476, 478, 729]. См. обсуждение стандартных источ­ников для колориметрии, рис. 2.7–2.10.

Другой, совершенно противоположный случай состоит в при­дании цветным предметам привлекательности. Общее освещение домов, учреждений, заводов, ресторанов, гостиных и танцеваль­ных залов не предназначается для критической оценки окрашенных

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОЛОРИМЕТРИИ 411

предметов. Если осветительная арматура для этих целей приукра­шивает людей так, что каждый прекрасно выглядит, пышет здо­ровьем, то она более предпочтительна, чем та, которая безжало­стно раскрывает истинное состояние здоровья. Подобным же обра­зом освещение в столовых и ресторанах должно быть таким, что­бы еда выглядела как можно аппетитней. Когда еда подана на стол, имеется достаточно времени для критической оценки ее цвета с тем, чтобы обнаружить низкое качество гастрономиче­ских продуктов или малейшие недостатки в ее приготовлении. Все склонны поддерживать оптимистическую точку зрения, даже если она включает элемент притворства. Для подобных целей ис­пользуют косметику, но никого в данном случае не беспокоит элемент ухищрения и утаивания. Аналогично осветительная арма­тура, способствующая поддержанию оптимистической точки зре­ния за счет прикрашивания цветных предметов, оказывает цен­ную услугу.

Джаддом в 1967 г. [343] был предложен индекс прикрашивания для искусственных источников. В своей основе индекс прикраши­вания подобен индексу цветопередачи, за тем исключением, что заданные цвета не будут истинными цветами, рассчитанными для стандартного источника, а будут представлять собой пред­почтительные цвета исследуемых образцов, рассматриваемых при стандартном источнике. Отметим, что основанный на этом прин­ципе индекс прикрашивания может иметь более высокое значение для источника, существенно отличающегося от стандартного, чем для самого стандартного источника. Таким образом, изгото­витель ламп может разработать искусственный источник, превос­ходящий по прикрашиванию дневной свет или любую стандартную лампу накаливания и потому способный вызвать большее одобре­ние публики для придания привлекательности при рассмотрении выбранных цветных предметов.

Наиболее важным из предпочтительных цветов является цвет, характеризующий комплекцию человека. Комплекция сама пред­ставляет человека почти при каждом типе освещения; она часто, вольно или невольно, становится критерием оценки данного осве­щения [77]. Предпочтительный цвет, характеризующий комплек­цию человека, существенно отличается от истинного среднего цвета: он краснее и насыщеннее [28, 566].

Следующим по значимости идет цвет пищи. При освещении домов, ресторанов, магазинов и т. д. восприятие товаров, пищевых продуктов и мебели может быть таким же важным, как и восприя­тие внешнего вида человека [28]. Сандерс [566] определил пред­почтительный цвет чая, масла и ломтиков картофеля, однако он обнаружил, что из этих трех видов продуктов только для масла наблюдается значительное расхождение между истинным и пред­почтительным цветами.

412