1873

ряемый образец при наличии стандартизированных пределов цветности. Однако встречается задача и иного рода, когда необходимо сравнить по цвету образцы серийной промышленной продукции с эталонным образцом этой продукции. Подобные измерения необходимы в текстильной, лакокрасочной, пищевой, фармацевтической, бумажной, керамической и других отраслях промышленности, где требуется высокая степень одноцветности выпускаемых изделий. Для таких измерений нужны приборы, с помощью которых можно было бы оперативно определять весьма малые цветовые различия.

Точность описанных выше колориметров оказывается недостаточной для измерения весьма малых цветовых различий, поэтому для этой цели используются специальные приборы, называемые компараторами цвета. Компаратор – измерительный прибор, в котором измеряемая величина сравнивается с эталонной.

На рис. 4.9 показана структурная схема фотоэлектрического компаратора цвета типа ЭКЦ-1. Светооптическая схема прибора представляет собой двухлучевую схему, позволяющую с помощью оптических элементов и

даемый в фотоумножителе ток имеет форму прямоугольных импульсов. Электронная схема компаратора логарифмирует 15 и усиливает 16 переменную составляющую тока фотоумножителя. При равенстве цветовых характеристик испытуемого и эталонного образцов суммарная переменная

112

составляющая тока фотоумножителя равна нулю и стрелка электроизмерительного прибора 19 не отклонится. При наличии цветового различия между указанными образцами появляется суммарная переменная составляющая тока фотоумножителя, которая определяется измерительным прибором. По градуировке компаратора цвета определяют цветовое различие и коэффициенты отражения или пропускания испытуемого образца. В компараторе цвета типа ЭКЦ-1 практически отсутствует влияние на конечный результат изменения светового потока источника света и напряжения питания фотоумножителя, а также изменения чувствительности последнего.

Бывают случаи в практической работе, когда требуется определить цвет той или иной поверхности при отсутствии колориметра, тогда применяется упрощенный способ определения цвета с помощью атласа цветов. Атласом цветов называется альбом, в котором собрано большое число цветных и ахроматических накрасок, расположенных в определенном порядке. На каждой странице размещены накраски одного цветового тона, но различной чистоты цвета. В таблицах приводятся характеристики каждой накраски (цветовой тон, чистота цвета и суммарный коэффициент отражения).

С накрасками атласа цветов может быть сравнен цвет, который требуется определить. При сравнении выбирается та накраска, которая имеет цвет, наиболее близкий к цвету измеряемой поверхности. Цветовые характеристики этой накраски могут быть приняты в качестве приблизительных цветовых характеристик измеряемой поверхности. Цветовые атласы имеют довольно большое распространение. Так, с 1780 по 1956 гг. в разных странах было издано более двадцати различных цветовых шкал и атласов цветов. Некоторые из них многократно переиздавались. Наибольшее распространение получили цветовые атласы Оствальда и Манселля. Однако недостатком этих атласов является то, что в них цветность определяется некоторыми условными цифровыми обозначениями. Таким образом, в этих атласах нельзя получить результат измерения в Международной колориметрической систе-

ме XYZ.

В1937 г. Всесоюзной академией архитектуры был выпущен атлас архитектурных цветов, в котором были приведены накраски архитектурных цветов и даны их характеристики и рецепты. Атлас архитектурных цветов в основном был предназначен для стандартизации рецептов архитектурных красок, но не для определения цветов.

В1948 г. был издан атлас архитектурных цветов В. В. Чернова. Оригинальный атлас цветов, разработанный Е. Б. Рабкиным, был издан у нас в 1956 г. Этот атлас цветов отличается тем, что все имеющиеся в нем цветные поля характеризуются координатами цветности в системе XYZ и для них одновременно даются цветовой тон и чистота цвета, а также коэффициенты отражения. Цветные таблицы представлены в атласе двумя сериями таблиц для двенадцати цветовых тонов. Обе серии совершенно одинаковы по соста-

113

ву и отличаются друг от друга только формой цветных полей. В первой серии цветные поля даны в виде сплошных кружков, а во второй – в виде полукружков со сквозными полукруглыми вырезами для возможности непосредственного сравнения измеряемых образцов с полями атласа.

Область применения цветовых измерений весьма широка. Цветовым измерениям подвергают всевозможные источники света, светофильтры, применяемые в самых разнообразных областях техники, естественные земные покровы, ткани, архитектурные накраски, некоторые продукты питания, различные цветные растворы, бумажные изделия, керамику и др. Одно из применений цветовых измерений – восстановление окраски изделий, в частности поверхности корпуса автомобиля, после жестяного ремонта. Данная операция выполняется после предварительного измерения цвета одним из вышеперечисленных методов. После определения цвета составляют краску, смешивая компоненты с известными цветовыми характеристиками. При этом используют расчеты и правила смешивания цветов.

Лабораторная работа к главе 4

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦВЕТА. СЛОЖЕНИЕ ЦВЕТОВ

Цвета окружающих нас предметов есть результат сложных физических и психофизических процессов, протекающих как в окружающем нас мире, так и внутри человека, в его глазах и головном мозгу. Цвет тела определяется спектральным составом освещающего его излучения, пропускающими, отражающими и рассеивающими свойствами самого предмета, а также цветами окружающих тел. Кроме того, учитывая, что цвет – это ощущение, возни-

кающее в головном мозгу в ответ на свет, падающий на сетчатку, результат ощущения зависит от индивидуальных особенностей зрения. Поэтому при использовании строгой терминологии принято говорить не о цвете предмета, а о цветовом стимуле – термине, характеризующем свет, достигающий сетчатки и вызывающий то или иное цветовое ощущение.

Цель работы – познакомиться с помощью компьютерной программы с тремя системами количественной оценки света, с понятиями «насыщенность цвета», «дополнительные цвета», получить представление о способах расчета результата смешения двух и более цветов.

Задание к лабораторной работе

1. Войдите в пункт меню “Смешение цветов” (рис. 4.11). Поработайте с тремя цветовыми источниками, или “стимулами”, дающими представление о RGB-системе получения цветов. Получите несколько цветовых тонов из классификации Келли по указанию преподавателя, меняя количество R, G, B источников.

114

Рис. 4. 10. Зоны Келли

Выберите способ работы с программой:

1.Информация о программе.

2.Теоретические основы модели.

3.Расчет по треугольнику цветности.

4.Смешение цветов.

< Esc > - выход

Рис. 4.11. Главное меню

Запишите для них название, обозначение по Келли и координаты цвета в табл. 4.4.

Таблица 4.4

1.

2.

3.

2. Для всех трех цветов получите оттенки данных цветов до белого, выбрав пункт меню 1 (рис. 4.12). Непосредственно в ходе выполнения работы сделайте вывод о насыщенности сравниваемых цветов. Чем больше цвето-

115

вой контраст между оттенками цвета до белого, выдаваемыми программой, тем более насыщенным является цвет.

Выберите цвет нажатием клавиши < Enter > Количество цвета в % от максимального

Красного цвета 44 Зеленого цвета 22 Синего цвета 21

Введите режим работы с цветом == >

1.Посмотреть оттенки данного цвета до белого.

2.Посмотреть дополнительный цвет.

3.Смешать со вторым цветом.

4.Выбрать новый цвет.

5.Выход.

Рис. 4.12. Рабочее окно программы

3. У одного из цветов получите дополнительный к данному цвет (2-й пункт меню). Подберите по своим ощущениям значения RGB-координат, соответствующих дополнительному цвету. Запишите координаты в табл. 4.5. Подсчитайте сумму координат этих цветов.

4. Смешайте предложенные цвета. Для этого создайте первый цвет, потом, войдя в пункт меню 3, смешайте его со вторым. Запишите подсчитанные программой координаты всех трех цветов и их названия. Выйдите в главное меню. Выбрав пункт 3, переведите координаты из системы RGB в систему XYZ . Запишите координаты цвета x , y , z всех трех цветов, полученных ранее, и их координаты цветности в табл. 4.6.

116

Таблица 4.6

1.

2.

3.

5. Найдите положение смешиваемых цветов Ц1 и Ц2 на диаграмме цветности, выданной преподавателем. Обозначьте их точками на кальке. Найдите по диаграмме результат смешивания, пользуясь методикой и формулами (4.6.1), (4.6.2) из § 4.6. Определите для точек Ц1 и Ц2 цветовой тон и чистоту цвета по формуле (4.6.3). Занесите результаты в табл. 4.7.

6. Ответьте на следующие вопросы:

а) совпали ли ваши представления о цветовом тоне с классификацией по Келли? Пользуйтесь рис. 4.10 и координатами табл. 4.7.

б) какой из предложенных цветов более насыщенный? почему?

в) что можно сказать о сумме координат основного и дополнительного цветов? как объяснить полученные значения?

г) сравните результаты смешения с помощью компьютера и с использованием цветового графика;

д) проанализируйте результаты расчета цветового тона и чистоты. Соответствуют ли полученные значения положению точек цветов на цветовом графике?

Подробный и верный вывод и беседа по нему с преподавателем являются основой защиты данной лабораторной работы.

117

Глава 5. Субъективные аспекты восприятия цвета

5.1. Строение глаза человека. Оптическая система глаза и её недостатки

Глаз человека (рис. 5.1) состоит из склеры 5 – полупрозрачной упругой оболочки белого цвета (белок), которая обеспечивает глазу защиту и сохранение формы. Толщина склеры около 1 мм. К склере крепятся наружные мышцы 8, которые обеспечивают перемещение глазного яблока. Снаружи склера (а также внутренняя поверхность век) покрыта тонкой прозрачной пленкой – конъюнктивой. В передней части склера переходит в прозрачную роговую оболочку, или роговицу 1, которая представляет собой с оптической точки зрения собирающую линзу с неизменным фокусным расстоянием. Роговица соприкасается непосредственно с окружающей средой. От высыхания она защищена только тонкой пленкой слезной жидкости. При различных повреждениях она может терять свою прозрачность, что ведет к слепоте (бельмо).

За роговицей находится передняя камера глаза, заполненная водянистой жидкостью. Под роговой оболочкой находится радужная оболочка 9, по цвету которой судят о цвете глаза. Радужка представляет собой слой сильно пигментированной мышечной ткани. В центре радужки находится круглое отверстие – зрачок. Все излучение, попадающее в глаз, проходит через зра-

чок. Диаметр отверстия зрачка под действием мышц радужки может меняться от 2-х до 8-ми мм и тем регулировать количество света, попадающего в глаз. Далее находится хрусталик 10 – двояковыпуклая линза с различной кривизной передней и задней поверхности. Эта линза может менять свою кривизну и, следовательно, фокусное расстояние под действием специальных мышц цилиарного тела 7. Оптическая сила

Рис. 5.1. Строение глаза человека хрусталика меняется в пре-

делах 19–33 диоптрий. При приближении предмета мышцы сжимают хрусталик, оптическая сила увеличивается, фокусное расстояние уменьшается, и наоборот. В результате на экране – сетчатке 3 – получается резкое изображение в широком диапазоне

118

расстояний от глаза до предмета. Этот процесс называется аккомодацией. Повреждение хрусталика, нарушение его прозрачности приводит к тяжелому заболеванию зрения – катаракте. Пространство позади хрусталика называется задней камерой глаза 2. Она заполнена стекловидным телом, представляющим собой прозрачную студенистую массу.

Далее идет самая важная часть глаза. К склере с внутренней стороны примыкает сосудистая оболочка 4, а к сосудистой оболочке – сетчатая оболочка 3, или сетчатка, которая соприкасается со стекловидным телом. Сетчатка практически является частью мозга, состоит из нескольких слоев нервных клеток и соединяется с мозгом через зрительный нерв 6.

Роговица, хрусталик и радужка-диафрагма составляют оптическую систему глаза. Первые – собирающие линзы. Причем большая часть преломляющей силы глаза создается постоянной линзой – роговицей, а хрусталиком – лишь небольшая добавка (≈ 30 %). Хрусталик – очень сложная линза. Кроме кривизны, у него также изменяется показатель преломления от периферии к центру.

Границы аккомодации глаза определяются ближней и дальней точками ясного видения. Ближняя точка ясного видения lб характеризуется наименьшим расстоянием от глаза наблюдателя до предмета, отчетливо различаемого при максимальной аккомодации. Дальняя точка ясного видения lд характеризуется расстоянием до наблюдаемого предмета, отчетливо видимого при полном покое аккомодационной мышцы. Расстояние между этими точками – мера пространства, в пределах которого наблюдатель благодаря аккомодации может отчетливо видеть все предметы:

A 1 1 . lб lд

Для нормального глаза lб ≈ 0,25 – 0,3 м; lд = ∞. У близорукого глаза lб < 0,25 м; lд < ∞. У дальнозоркого lб > 0,3 м; lд = ∞. Таковы самые распространенные, но не единственные дефекты человеческого глаза. Ему, в частности, как любой оптической системе, присущи такие же недостатки: сферическая, хроматическая и некоторые другие аберрации.

5.2. Строение сетчатки. Механизм зрительного ощущения

Для понимания механизма свето- и цветовосприятия необходимо хорошо знать строение сетчатой оболочки, или сетчатки. Зрительными рецепторами являются светочувствительные клетки, расположенные именно там. Сетчатая оболочка состоит из переплетения волокон зрительного нерва, заканчивающихся светочувствительными клетками 2-х типов: палочками и колбочками. Толщина сетчатки ≈ 0,4 мм, причем ее можно разделить на 2 основных слоя:

119

1)«мозговой» слой, обращенный к стекловидному телу;

2)светочувствительный слой, прилегающий к сосудистой оболочке.

«Мозговой» слой прозрачен (рис. 5.2). Он состоит из слоев нервных волокон 3–5, зернистых слоев 6–7, ганглиозных клеток 8, вновь слоя нервных волокон 9 и, наконец, внутренней ограничивающей оболочки 10, на которую как на экран падает поток излучения. Светочувствительный слой 2 содержит слой пигментных клеток и слой, содержащий основные элементы зрительного восприятия – клетки двух типов: колбочки и па-

лочки.

Пигментный эпителий содержит темный пигмент фусцин, перемещающийся по направлению светочувствительных клеток по мере увеличения освещенности сетчатки. Фусцин, заполняя пространство между колбочками и палочками, поглощает часть потока, падающего на сетчатку, и защищает тем самым светочувствительные клетки от чрезмерного возбуждения при больших освещенностях.

Рис. 5.2. Строение сетчатки Светочувствительные клетки, палочки и колбочки по-разному устроены и имеют разные размеры. Длина палочек около 0,06 мм, колбочек – около 0,035 мм. Диаметр палочек составляет около 2 мкм, колбочек – около 6 мкм. Число колбочек и палочек очень велико (около 7 млн. колбочек и более 100 млн. палочек). Светочувствительные клетки соединены с корой головного мозга нервными волокнами слоя 1 (на рис. 5.2 отсутствует). Зрительный нерв включает в себя около 1 млн. отдельных волокон. Место входа зрительного нерва в сетчатую оболочку лишено чувствительных клеток, вследствие чего это место сетчатки «не видит». Это место носит название «слепого пятна».

Колбочки и палочки распределены по сетчатке неравномерно. На рис. 5.3 видно распределение колбочек и палочек по дну глаза. По оси абсцисс отложено угловое расстояние соответственного места сетчатки от «центральной ямки», по оси ординат – число колбочек К или палочек П на один квадратный миллиметр. Кривые прерываются «слепым пятном». Из рисунка видно, что в середине сетчатки преобладают колбочки, к периферии идет преобладание палочек. В центре сетчатки находится так называемое

120

желтое пятно овальной формы (наибольшая длина – 2 мм, наименьшая – 0,8 мм). В центре этого пятна преобладают колбочки, палочки совершенно исчезают в «центральной ямке» (на оси 12, несколько смещенной от главной оптической оси глаза 11 – см. рис. 5.1); это место наиболее отчетливого, резкого зрения.

60 40 20 0 20 40 60 80 100

Рис. 5.3. Распределение палочек П и колбочек К по сетчатке

Волокна зрительного нерва в сетчатой оболочке разделяются на 3 последовательно связанных нейрона, которые соединяют «синапсы», обеспечивающие одностороннюю проводимость сигналов от светочувствительных клеток к коре головного мозга. Палочки соединены с нервными волокнами целыми «кустами», в которые входят 15–400 палочек. Колбочки соединены по одной или несколько на одно волокно, иногда вместе с палочками. В центральной ямке каждая колбочка соединена с одним нервным волокном.

Вколбочках и палочках находятся светочувствительные вещества. В палочках таким веществом является родопсин. В результате поглощения фотонов видимого излучения молекула родопсина распадается на ионы (заряженные частицы). Вследствие этого формируются электрические импульсы, которые протекают по нервным волокнам и передаются коре головного мозга. Электрические импульсы различного значения (амплитуды)

ичастоты, возбуждаемые падающим на глаз светом, и вызывают восприятие света в коре головного мозга. Распавшиеся молекулы могут регенерировать, восстанавливаться при содействии клеток пигментного эпителия.

Вколбочках находится другое светочувствительное вещество – иодопсин. Механизм его действия тот же. Но они различаются чувствительностью к фотонам света: более чувствителен родопсин, несколько менее – иодопсин. Обладают они также разной степенью и скоростью регенерации: большая скорость восстановления у иодопсина. Таким образом, палочки обладают повышенной чувствительностью, а колбочки – большей скоростью восстановления своих светочувствительных свойств. Благодаря этому наш глаз характеризуется чрезвычайно широким диапазоном восприятия световой энергии от самого малого до весьма большого.

121