2_3_Цветовые (колориметрические) системы. Построение колориметрической системы Цвет C может быть уравнен смесью трех основных цветов P
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
Построение колориметрической системы Цвет C´ может быть уравнен смесью трех основных цветов P 1 , P 2 , P 3, т.е. 1 интенсивности основных цветов λ – длина световой волны. Излучение со спектральной плотностью и C (λ) вызывают одинаковые цветовые ощущения. 2 Спектральная плотность C (λ) может быть заменена спектральной плотностью смеси основных цветов: Для создания колориметрической системы необходимо: 1)Выбрать основные цвета P 1 , P 2 , P 3 и определить единицы их измерения. Число колориметрических систем, которые возможно создать, не ограничено. 2)Определить для выбранных основных цветов координаты цвета спектральных излучений единичной мощности 𝑇 1 (𝜆) , 𝑇 2 (𝜆) , 𝑇 3 (𝜆) , которые называются удельными координатами или кривыми смешения. 4 Знание удельных координат позволяет определять координаты цвета излучения с произвольной спектральной плотностью C (λ) путем взвешенного суммирования 𝑇 1 (𝜆) , 𝑇 2 (𝜆) , 𝑇 3 (𝜆) . Взвешивающей функцией является спектральная плотность. 5 6 Из этих формул следует, что любой цвет может быть описан, если задать его координаты И может быть представлен положением точки в трехмерном пространстве. λ мин , λ макс – длины волн светового излучения, определяющие интервал электромагнитного излучения, воспринимаемого как световое излучение. которые полностью определяют цветовой тон и насыщенность цвета. 8 Часто при описании цвета его яркость не представляет интереса, тогда от координат цвета можно перейти к координатам цветности (координатам единичных цветов). Координаты цветности полностью определяют цветовой тон и насыщенность цвета. Соотношение 9 определяет плоскость единичных цветов, координаты единичных цветов – точку прокола этой плоскости вектором цвета. Поскольку 10 для полного описания цветности достаточно использовать 2 переменные. Переход осуществляется проекцией на плоскость T 1 OT 2 , равносторонний треугольник преобразуется в прямоугольный Аддитивная цветовая модель RGB Условно цветовую модель RGB удобнее всего представить в виде куба. В этом случае каждому цвету однозначно можно сопоставить точку внутри куба, соответствующую значениям координат X (Red), Y (Green) и Z (Blue). Тогда направление вектора, исходящего из начала координат, однозначно определяет цветность, а его модуль выражает яркость. 11 Каждая из вышеперечисленных составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, образовывая разные цвета. Полное количество цветов, представляемых этой моделью равно 256*256*256=16777216. Слово аддитивная подчеркивает, что цвет получается при сложении трех базовых цветов. Модель аппаратно-зависимая, на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково. 12 Цветовая (колориметрическая) система RGB В 1931 году международной комиссией по освещению была разработана к применению колориметрическая система RGB. Выбор основных цветов этой системы осуществлялся исходя из следующих требований: 1. Выбранные основные цвета должны легко воспроизводиться. 2. Каждый из выбранных основных излучений должен возбуждать по возможности лишь одну группу цветоощущающих рецепторов. 13 В то время наиболее воспроизводимыми считались излучения газосветных ламп, из которых с помощью светофильтров легко выделялись монохроматические излучения. В связи с этим в качестве основных были выбраны излучения: красное (λR = 700 нм), выделяемое красным светофильтром из лампы накаливания; зеленое (λG = 546,1 нм), выделяемое из линейчатого спектра ртутной лампы; синее (λB = 435,8 нм) – линия спектра ртутной лампы. Цвета этих излучений получили соответственно названия R(red), G(green), В(blue), а колориметрическая система – CIERGB CIE от французского Commision Internationale de I'Eclairage (МКО – международная комиссия по освещению). 14 Единицы измерения координат цвета были выбраны таким образом, чтобы для опорного белого цвета они были одинаковы 15 Измеряемый цвет может быть записан как Яркость измеряемого цвета: 16 Из формулы следует, что наибольший вклад в яркость вносит зеленый компонент, наименьший синий. Для колориметрических измерений удобнее выбирать единицы световых величин таким образом, чтобы одинаковые количества основных давали белый цвет. Это один из основных принципов синтеза в колориметрии. Экспериментально было установлено, что это возможно при соотношении яркостей соответствующих цветов R:G:B = 1:4,5907:0,0601. Яркости пропорциональны световым потокам и можно считать, что при соотношении световых потоков 1:4,59:0,06 будет также получен белый цвет. Это позволяет выразить количества основных световых потоков в люменах: FR =680лм, FG = 3121лм, FB = 41лм. 17 Относительные значения координат цвета носят название координат цветности, обозначаются r, g и b, вычисляются по следующим формулам: r= r'/(r'+g'+b'), g=g'/(r'+g'+b'), b=b'/(r'+g'+b') r+g+b=1 18 19 Любой цвет может быть изображен графически точкой внутри или вне равностороннего треугольника, имеющего высоту, равную единице, т.к. алгебраическая сумма (т. е. с учетом знака) перпендикуляров, опущенных из любой точки, находящейся внутри или вне такого треугольника, на его стороны, равна его высоте. 20 В вершинах цветового треугольника расположены основные цвета R, G, B. Все цвета, которые могут быть получены непосредственным смешением этих цветов размещаются внутри цветового треугольника. Поскольку сумма координат цветности также равна единице, то каждый из перпендикуляров может рассматриваться как одна из координат цветности. В центре тяжести цветового треугольника находится точка Е, соответствующая белому цвету. Е 21 Цвета, которые не могут быть получены непосредственным смешением цветов R, G, B располагаются вне цветового треугольника. В этом случае перпендикуляры, опущенные из точки цвета на стороны треугольника, также равны соответствующим координатам цветности и в сумме равны единице, но одна из координат или две принимает отрицательное значение. 22 Цифры вдоль линии спектральных цветностей – длины волн в нанометрах соответствующих цветов. Чистые пурпурные цвета расположены на линии, соединяющей красный цвет с длиной волны 700 нм и фиолетовый с длиной волны 400 нм. Цветности всех существующих цветов расположены между кривой линией спектральных цветностей и прямой линией пурпурных цветностей. 23 Пусть имеется некоторая поверхность, освещенная неким источником света. Цвет поверхности можно рассчитать по распределению энергии в спектре источника и кривой спектрального отражения поверхности. Имея указанные данные, можно рассчитать координаты цветности r, g и b, а по ним уже нанести цвет Ц на цветовой график. 24 Если соединить точку Ц с точкой белого цвета Е прямой линией и продолжить её до линии спектральных цветов, на этой линии будут цвета, получаемые смешением спектрального цвета λ1 с белым цветом Е в различных пропорциях. Все эти цвета будут иметь одинаковый цветовой тон λ1, но различную степень разбавленности белым цветом. 25 Любой не являющийся спектральным цвет может быть получен смешением множества пар цветов. Если через точку Ц провести ряд прямых линий под разным углом, каждая их этих линий пересечет линию спектральных и пурпурных цветов 2 раза, смешение этих цветов в определенной пропорции и даст необходимый цвет. Цветовая система XYZ В 1931 г. Международная комиссия по освещению утвердила новую колориметрическую систему определения цвета XYZ. Эта система, как и предыдущая, построена на основе трех основных цветов X, Y и Z, являющихся в этой системе единичными. 26 Цвета X, Y и Z располагаются на цветовом графике системы RGB, как это показано на рисунке. Вся область существующих цветов располагается внутри прямоугольного треугольника с вершинами цветов X, Y и Z. Цветовой график в этой системе помещается таким образом, что все координаты цветности для существующих цветов оказываются положительными. X, Y и Z – расчетные единицы, другого смысла не имеют. 27 Переход от одной колориметрической системы к другой: 28 Поскольку x + y + z = 1, то, зная координаты цветности x и y, можно получить значение третьей координаты цветности z путем вычитания из единицы суммы значения координат x и y. Поэтому в этом графике можно обходиться лишь двумя координатами x и y, что упрощает расчеты и схему самого графика. 29 В середине графика расположен белый цвет Е. Вдоль линии спектральных цветов указаны их длины волн в нанометрах. На прямых линиях, соединяющих белый цвет Е со спектральными цветами, располагаются цвета, получающиеся смешением спектральных цветов с белым цветом. Для упрощения расчетов цветности на цветовом графике нанесены кривые линии одинаковой чистоты цвета (10, 20,..100%). Последнее значение соответствует спектральным цветам. 30 Цветовая температура В основе колориметрических измерений лежит понятие опорного белого цвета. В качестве опорного белого цвета стали применять источники, спектральный состав излучения которых близок к спектральному составу излучения абсолютного черного тела, нагретого до температуры Т ц , называемой цветовой температурой. При этом цветность этих источников стали характеризовать величиной цветовой температуры в градусах Кельвина. 31 С точки зрения цвета, черный – это 0 интенсивности излучения, 0 насыщенности, 0 цветового тона (его просто нет), это полное отсутствие всех цветов. Модель почти что абсолютно черного тела представляет собой куб с полой структурой внутри, в кубе проделано небольшое отверстие, через которое внутрь куба проникают световые лучи. Свет, попадающий внутрь сквозь отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Отверстие наглядно демонстрирует абсолютно черное тело. 32 Световые лучи полностью поглощаются Абсолютно черное тело является идеальным тепловым излучателем. Можно увидеть цвет абсолютно черного тела, если его нагреть. Цвет, который виден, будет зависеть от того, до какой температуры нагрето абсолютно черное тело. а) Абсолютно черное тело, его не видно вообще. Температура 0 Кельвин (-273,15 °С) – полное отсутствие любого излучения. ж) Белый цвет – 5500К (5227°С), такой же цвет свечения у Солнца в полдень. 33 |