5.2 Содержание работы

5.2.1 Пользуясь таблицей охвата, описать цветовыми уравнениями цвета объекты природы – зеленых растений, апельсина, лимона, помидора и других по указанию преподавателя.

5.2.2 Описать цвета заданного участка таблицы охвата.

5.2.3 Получить на экране заданный цвет путем аддитивного синтеза.

5.2.4 Составить цветовое уравнение аддитивного синтеза для заданного цвета. Определить по уравнению цветности коэффициенты цветового тона и насыщенности заданного цвета.

5.2 Теоретическое обоснование. Аддитивный синтез цвета

Один из методов получения заданного цвета состоит в смешении световых пучков разных цветов. При этом пучки разных цветов, смешиваясь друг с другом, дают пучок нового цвета. Цвета смешиваемых и полученных в результате смешения излучений связаны определенным образом. Например, для получения голубого цвета нужно смешать синее и зеленое, смесь зеленого и красного имеет желтый цвет. Метод получения нового цвета в результате смешения пучков света называется аддитивным.

Схема аддитивного получения окрашенных излучений для случая, когда свет проходит через смешивающее устройство, дана на рисунке 5.1, а. Смешивающее устройство может работать и на отражение, как схематически показано на рисунке 5.1, б.

Рисунок 5.1. Схемы получения окрашенного излучения (все среды взяты рассеивающими): а – смешивающее устройство, молочное стекло;

б – смешивающее устройство, белая бумага

Из теории цветового зрения известно, что аддитивным смешиванием красного, зеленого и синего световых пучков, взятых в разных соотношениях их мощностей, можно получить пучок заданного цвета. Цвета этих излучений, используемых для синтеза, и сами излучения называют основными. Количественные характеристики основных цветов часто называют их количествами. Получение заданного цвета смешением основных цветов называется аддитивным синтезом [2].

Если площадь, на которой синтезируется цвет, мала, то в качестве основных цветов целесообразно брать монохроматические излучения, что позволяет получать очень насыщенные цвета. Если площадь значительна, то необходимо увеличивать мощности монохроматических основных цветов либо расширять области спектра, занимаемые ими.

На практике пользуются основными, взятыми в пределах широких спектральных интервалов, называемых зонами Гюбля (400 – 500 нм – синяя, 500 – 600 нм – зеленая, 600 – 700 нм – красная).

Основные цвета можно получать с помощью проекционных фонарей, объективы которых экспонированы соответственно красным, зеленым и синим светофильтрами, а мощности излучений регулируются серыми оптическими клиньями. Тогда на экране (рисунок 5.2), смешав основные цвета в любых относительных количествах, можно аддитивно синтезировать любой цвет. Зная оптические плотности клиньев и приняв мощности каждого из пучков при выведенном клине за единицу, нетрудно рассчитать относительные мощности излучений при введении любого из полей клиньев.

Рисунок 5.2. Устройство для аддитивного синтеза цвета

Каждый из аддитивно воспроизводимых цветов может быть описан в виде суммы основных, которыми он воспроизводится, взятых в необходимых для его получения количествах. Цвет Ц выражается как:

Ц = 0,8R + 0,25 G + 0,05B (5.1)

где R, G, B – мощности соответственно красного, зеленого и синего излучений, пропускаемых светофильтрами фонарей, 0,8, 0,25, 0,05 – доли излучений R, G, B (в общем случае – количества основных, необходимые для получения синтезируемого цвета).

Числа, указывающие количества основных, называются цветовыми координатами и обозначаются теми же буквами, что и основные, но светлыми:

Ц = RR + GG + BB (5.2)

Это уравнение называется цветовым или уравнением аддитивного синтеза и означает, что цвет Ц получается в результате аддитивного смешения основных R, G, B, взятых в количествах R, G, B.

Так как координаты цвета выражают мощности каждого из основных, то сумма координат представляет собой количественную характеристику цвета. Эта сумма называется модулем цвета m:

m = R + G + B. (5.3)

Для определения качественной характеристики цвета – цветности определяют координаты цветности. Их находят путем деления соответствующих координат цвета на модуль цвета

r = R/m; g = G/m; b = B/m. (5.4)

Цветовое уравнение, в котором вместо координат цвета взяты координаты цветности, дает представление лишь о качестве цвета, но не о количестве. Такое уравнение называют уравнением цветности:

Ц = rR + gG + bB (5.5)

где r, g, b – координаты цветности.

Сумма координат цветности равна единице (m=1).

Пользуясь цветовым уравнением, можно найти численные характеристики цвета – показатель цветового тона к_цт и показатель насыщенности к_н:

к_цт = (а₁ – а₃)/(а₂-а₃) = ∆а₁/∆а₂ (5.6)

к_н = ((а₁-а₃) + (а₂-а₃))/(а₁+а₂+а₃), (5.7)

где а₁ – наибольшая координата; а₂ – средняя; а₃ – наименьшая.

Аппаратура и методика исследования. Излучения, даваемые двумя проекторами, объективы которых экранированы красным, зеленым и синим светофильтрами, направляют на белый экран. Убедившись в правильном совмещении цветов, в диапозитивную рамку вставляют серые клинья, модулирующие основные излучения по интенсивности. Клинья схематически представлены на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3. Клинья модуляторы: а – для зеленного излучения; б – для синего излучения; в – для красного излучения

Каждый из них имеет четыре ступени оптической плотности. Это означает, что на экране он дает четыре ступени освещенности.

Модулятор зеленого излучения содержит четыре больших квадратных поля (рисунок 5.3, а). Модулятор красного и синего излучений состоит из двух клиньев, вытянутых по длине и смонтированных вместе. Поля модуляторов синих излучений чередуются в вертикальном направлении, красных – в горизонтальном (рисунок 5.3, б, в).

Схема установки для проведения эксперимента показана на рис.5.2. она отличается от изображенной на рисунок 5.4 тем, что позволяет синтезировать на экране не один цвет, а сразу множество.

На рис. 5.4 для простоты дана схема модуляции основных цветов только на поле I изображения. На него проецируются поля модуляторов, которые на рисунке показаны заштрихованными. Количество зеленого основного на поле I изображения постоянно, т. к. на него проецируется поле I «зеленого» модулятора. Поля «синего» модулятора создают четыре ступени освещенности (поля А, Б, В, Г изображения), возрастающей от А к Г. Поля «красного» модулятора, также четыре, причем освещенность возрастает от а к г. При этих условиях легко определить цветовые координаты любого из цветов, синтезированных на экране. Цвет поля 10, например, определяется оптическими плотностями поля I «зеленого» модулятора, поля Б «синего» и поля «красного» модулятора.

Рисунок 5.4. Схема опыта: И – изображение на экране; К, З, С – светофильтры; Об – объективы проекционных фонарей; М – модуляторы – клинья (поля изображения обозначены теми же символами, что и поля модуляторов, но им придан штриховой индекс)

На полях II, III, IV цвета формируются таким же образом, но при других количествах зеленого.

Как видно из рисунка 5.4, на экране получается 64 варианта сочетаний количеств основных излучений и, следовательно, аддитивно синтезируются 64 цвета. Таблица цветов, получаемых на экране, называется таблицей охвата аддитивного синтеза. Зная оптические плотности клиньев, можно все 64 цвета выразить цветовыми уравнениями [1].

Суть эксперимента состоит в выражении заданных цветов цветовыми уравнениями аддитивного синтеза и словесном описании тех же цветов.

5.3 Методика и порядок выполнения работы

5.3.1 Получить индивидуальное задание (синтезируемый цвет, поле таблицы, цвет объекта природы).

5.3.2 Совместить на экране проекции модуляторов основных излучений.

5.3.3 Измерить оптические плотности полей модуляторов и вычислить относительные световые потоки, пропускаемые полями, приняв за единицу поток, пропускаемый наиболее прозрачным полем каждого из модуляторов при условии, что световое пятно на экране получается белым.

5.3.4 Описать словами цвета полей, выбранных в соответствии с выполняемой задачей.

5.3.5 Выразить каждый из цветов цветовым уравнением в координатах основных RGB (цвета светофильтров).

5.3.6 Поставив вместо модуляторов поля, имеющие определенные оптические плотности, получить на экране цвета: оранжевый, голубой, красно-оранжевый, фиолетовый (и другие в соответствии с индивидуальным заданием).

5.4 Оборудование и материалы

5.4.1 Три проекционных фонаря любого типа

5.4.2 Денситометр любого типа, приспособленный для измерения оптических плотностей.

5.4.3 Диапозитивы шкал охвата.

5.5 Содержание отчета

5.5.1 Схема опыта и его краткое содержание.

5.5.2 Схема модулятора.

5.5.3 Данные о результатах эксперимента.

5.6 Вопросы для самопроверки

5.6.1 В чем сущность аддитивного синтеза?

5.6.2 Напишите уравнение цвета для случая, когда оптические плотности светофильтров у проекторов составляют: у красного фонаря – 1,2; у зеленого – 0,5; у синего – 1,0.

5.6.3 По уравнению цвета Ц = 0,3R+0,1G+0,8B найти численные характеристики цвета – показатель цветового тона и показатель насыщенности.

5.6.4 Какие цвета называют основными? Что называют цветовыми координатами?

5.6.5 Объясните схему работы установки для аддитивного синтеза цвета.

5.6.6 Что такое модуль цвета?

5.6.7 Как перейти от уравнения цвета к уравнению цветности?

Лабораторная работа № 6. Субтрактивный синтез цвета

6.1 Цель работы – получить первоначальное представление о субтрактивном синтезе цвета.Познакомиться с принципами образования цвета идеальными и реальными красками субтрактивного синтеза.