kabobo.ru Работа Н. Д. Нюберг «Измерение цвета и цветовые стандарты»
страница 1 страница 2 ... страница 5 страница 6
Работа 6.

Н.Д. НЮБЕРГ

«Измерение цвета и цветовые стандарты»

Государственное издательство

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ

Москва, 1933, 104 стр.


СОДЕРЖАНИЕ [номера страниц по настоящей эл. версии]

От редакции ... 1

Библиография ……………………………………………… -

Значение цветовых измерений для промышленности ….. 2

Цветовая терминология … 4

Элементы теории цвета и цветовых измерений … 7

Пространственная интерпретация цвета 13

Краткие сведения по физиологии зрения 19

Цветовые номограммы 24

Цветовые измерительные приборы 27

Точность цветовых измерений и вопрос о допусках

по цвету ………………………………………………….. 37

Стандартные условия ведения цветовых измерений …. 41

Существующие стандарты ……………………………… 43

Цветовые шкалы и атласы 55

Приложения ... 61


ОТ РЕДАКЦИИ

Необходимость стандартизации в области колориметрии — введения стандартов на цвета – представляется в настоящее время настолько очевидной, что за рубежом уже имеется ряд попыток ввести в действие международные стандарты в этой области. Аналогичная работа ведется и у нас, в СССР.

Насколько велика необходимость в точном измерении и обозначении цвета, показывает следующий пример. Предполагая созвать Всесоюзную конференцию по цветоведению, Наркомтяжпром запросил ряд промышленных, технических и научных учреждений о желательности созыва такой конференции и, вообще, о размерах потребности в точном измерении и обозначении цветов. Из полученных более чем 60 ответов явствует, что созыв конференции представляется совершенно своевременным и необходимым. Потребность в точных колориметрических методах существует и в объединении «Сталь», и у Электрозавода, и в целом ряде текстильных, анилокрасочных, лакокрасочных, геологических, минералогических, транспортных, полиграфических, сельскохозяйственных и других организациях.

Все эти организации, объединения и заводы найдут в книге Н. Нюберга ряд полезных указаний в деле цветовых измерений, пропаганда которых в советской промышленности сейчас является одной из очередных задач. Кроме того, настоящее издание знакомит читателя с основными проблемами, стоящими в области стандартизации цвета. Наконец, эта книга может служить введением к чтению более подробных и более сложных трудов по колориметрии, дающих весь математический и цифровой материал, необходимый для цветовых измерений и расчетов.


БИБЛИОГРАФИЯ

На русском языке имеются следующие книги, посвященные вопросам цвета.

Н.Т. Федоров, Современное состояние колориметрии.

Н.Д. Н ю б е р г, Курс цветоведения.

Л. Рихтер, Основа учения о цвете (популярная).

См. также Справочник Технической энциклопедии, т. IX, где приведено большое количество числовых данных.

Важнейшие теоретические труды:

J s а a k N е w t о n, Optiks (имеется русский перевод).

Исаак Ньютон, Оптика. «Классики естествознания», книга 17. Госиздат, 1927 г.

J.S. М а х w е l l, Sс. Рареrs, Сambridgе. 1898 г.

Н. Grassmann, Роgg. Аmn. 89, 1853 г.

Его же, Рhylos. Маg. (4) 7, 1854 г.

Н. Н е l m h o l t z, Handbuch der Physiol. Optik.

Е. Schrödinger, Ann. D. Physik (4) 63 1920 г.

R. Luther, Z.S.f. Тесhn. Рhysik 8, 1927 г.

N. Nyberg, Z.S.f. Рhysik 52, 5-6 1928 г.

А. König, Physiologische Optik (является первой частью XX тома Сборника монографий: «Нandbuch der Experimentalphysik»). Монография, излагающая наиболее важные цветовые работы, опубликованные в журнальной литературе. Содержит описания большого количества различных измерительных приборов и обширную библиографию. Недостаточно критическое изложение. Имеются ошибки.

Е. Schrödinger, Gesichtsempfindungen 1 Hand. der Рhysik Müller Pacillet, 1929 г.

Много библиографических указаний имеется также в статье

Guild, Survey of Modern developments in Colorimetry proceedings of the optical Conventions, 1926 г.,

а также в обзоре литературы по цвету

Н. Раrsons, An introduction to the study of colour vision, 1924. B. Judd — Bur. of stand. Journ of Research, № 4 1930 г., где имеется также много библиографических указаний и недурно изложен вопрос о преобразованиях кривых сложения,— в частности, приведено большое количество таких кривых для различных исходных цветов.


ЗНАЧЕНИЕ ЦВЕТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Почти всегда и во всех отраслях промышленности опытный работник может многое сказать о качестве, о ходе технического процесса, об имеющихся неправильностях и т. п. с одного лишь взгляда на доставляемое сырье, на находящийся в процессе обработки материал или готовую продукцию. Но такое суждение «на глазок» считается, и совершенно правильно, неприемлемым для крупного производства; там, где это возможно, определение «на глазок» стремятся заменить измерительным контролем во время самого технологического процесса и вне этого процесса в специальных заводских лабораториях. И всё же, в ряде случаев, в той или иной мере такой контроль ведется именно «на глазок», так как не везде и не всегда возможно найти достаточно удобные в производстве методы измерения.

Суждение по внешнему виду, всегда являясь в той или иной мере суждением по цвету, не может считаться чем-то принципиально неправильным, частичным доказательством чему служит хотя бы широкое распространение суждений по цвету; беда только в том, что здесь отсутствует объективная гарантия правильности суждения. Отсутствие гарантии и препятствует введению в нормы, стандарты и технические условия цветовых требований как косвенного показателя качества, хотя в случаях, когда цветовые особенности выражены особенно ярко, их можно встретить в большом числе стандартов.

Дело в том, что цвет не есть что-либо чисто субъективное. Цвет определяется составом света, который, отражаясь от данного объекта, попадает в наш глаз. Иными словами, цвет определяется объективными оптическими свойствами вещества; оптические же свойства часто являются очень показательными для состава и структуры вещества, которыми и определяются его технологические свойства.

За последние годы оптические методы исследования (спектроскопические, поляризационные, рентгеновские и др.) начинают получать широкое распространение в науке и технике в качестве косвенных методов исследования. Это тесно связано с возросшим интересом к структуре вещества. В самом деле, хотя оптические методы во многих случаях дают прекрасное оружие качественного и даже количественного анализа (особенно для определения весьма малых примесей), но на этом поприще им приходится конкурировать с прямым химическим анализом. В вопросе же исследования структуры оптические методы часто являются единственными, так как большинство других методов не позволяет исследовать структуру, не разрушая ее, а это в случаях сложной структуры препятствует уже самому исследованию.

Когда встает вопрос о сравнительно грубой структуре, ее еще можно рассмотреть в микроскоп, но более мелкая структура и для микроскопа недоступна. Недоступная непосредственному наблюдению структура начинается примерно с размеров 1 μ. Эта величина имеет порядок длины волны видимого света (от 0,72 до 0,38 μ), а потому структура такого порядка не может не сказываться на цвете вещества. Едва ли нужно останавливаться на вопросе, насколько большое значение имеет микроструктура для практических выводов, так как в этой структуре, несомненно, кроются причины, обусловливающие многие крайне важные технологические свойства. Недаром именно по внешнему виду, «на глазок» чаще всего и оценивается материал с технологической стороны.

Особый интерес и важность представляет чрезвычайная чувствительность оптических методов, которые в области элементарного анализа конкурируют с химией, особенно там, где идет речь о чрезвычайно малых примесях. Например, в Ленинградском оптическом институте разработан метод количественного определения примеси хрома к оптическому стеклу по цвету стекла, причем таким способом можно установить размеры примеси и в тех случаях, когда химическим путем не удается обнаружить даже следов хрома. Точно так же, под влиянием того или иного воздействия (например, температуры) во многих случаях изменение цвета вещества начинается до наступления заметного изменения технологических свойств. Здесь высокая чувствительность оптических свойств к происходящим структурным изменениям может быть использована (а «на глазок» используется иногда и сейчас) для своевременной сигнализации о ходе технологического процесса или его неправильностях.

Оптические свойства вещества в отношении видимого света наиболее полно исследуются с помощью спектрального анализа. Но спектрофотометрия обладает рядом свойств, делающих ее во многих случаях неприемлемой. Во-первых, спектрофотометры громоздки и дороги, вследствие чего ими можно пользоваться преимущественно в лабораторных условиях. Затем, сами измерения длительны, а для исследования отраженного света подчас и очень затруднительны из-за малой светосилы спектрофотометров (свет, прошедший через узкую щель, развертывается в целый спектр). Наконец, как это ни парадоксально, сама полнота спектральных измерений является нередко недостатком, так как установить эмпирическую связь между формой кривой и интересующим свойством — дело далеко не легкое вследствие чрезвычайного разнообразия кривых по форме.

За последнее время всё чаще приходится встречаться со случаями применения измерений с помощью фотоэлементов и светофильтров.

Связь между результатами цветовых измерений и спектральным составом света совершенно такова же, как между составом света и показаниями фотоэлементов. Цветовые измерения дают сразу три числа, характеризующие свет, и в этом отношении наш глаз заменяет работу трех фотоэлементов с чувствительностями в разных частях спектра (см. стр. 21 и стр. 37 [здесь и далее номера страниц – по настоящей электронной версии]). Вследствие этого едва ли могут быть основания отвергать наблюдения человеческого глаза.

Цветовые измерения обладают рядом других крупных преимуществ. Главнейшее из них заключается в том, что цветовые измерительные приборы чрезвычайно просты по конструкции, дешевы и портативны и, в то же время, дают возможность получать довольно значительную измерительную точность.

Против цветовых трехцветных измерений иногда возражают как против метода субъективного по существу, но ведь и спектрофотометрические измерения, не являясь субъективными по существу, в большинстве случаев ведутся тоже субъективными методами. При спектрофотографии, кроме субъективной оценки степени почернения, имеется еще своего рода «субъективность» в виде спектральной чувствительности пластинок, которая, во всяком случае, значительно изменчивее спектральной чувствительности глаза.

Наконец, ряд цветовых измерений получил уже признание на практике, особенно так называемые гетерохромные измерения яркости цвета, с которыми мы имеем дело в оптических пирометрах или в колориметре Дюбоска для определения концентрации растворов. Интересно заметить, что эти гетерохромные измерения значительно более субъективны, чем трехцветные; получили же они распространение, главным образом, благодаря большой их простоте.

После всего сказанного возникает вопрос, почему же трехцветные измерения до сего времени распространялись сравнительно мало? Трехцветные измерения возникли довольно давно и первоначально были разработаны физиками (Ньютон, Максвелл), а прекрасное математическое обоснование им дал математик Грассман, творец векторного анализа. Но впоследствии трехцветные измерения были окончательно вытеснены из области физики более подробными спектральными, и с тех пор вопросами науки о цветах занимались почти исключительно психологи. Но их сравнительно мало интересовала количественная сторона явлений, а потому цветовые измерения были забыты настолько основательно, что до сих пор приходится встречаться с «открыванием» давно известных фактов или с употреблением давно разоблаченных неверных представлений. Все лица, сколько-нибудь близкие к технике, а в том числе и представители точных наук, по большей части даже не знают о существовании трехцветных цветовых измерений.

Толчком к развитию науки о цвете в послевоенные годы послужила теория известного химика Оствальда, который, осознав чрезвычайную практическую ценность цветовых измерений, обратился к работам по трехцветным измерениям, но, не поняв их (и в особенности математических работ Грассмана), создал теорию, полную крупных ошибок.

Несмотря на это, вопрос оказался настолько назревшим, что теория Оствальда и его методы измерения начали чрезвычайно быстро распространяться. Правда, к настоящему времени оствальдовские измерительные приборы и его теория вполне доказали свою практическую и теоретическую непригодность, но возгоревшиеся вокруг этой теории споры пробудили интерес к старому трехцветному способу измерения, который и стал таким путем известен в более широких кругах, в том числе среди работников, близких к промышленности.

За последние годы трехцветные измерения стали вводиться в производственную практику (особенно в Америке) и показали свою большую практическую ценность.

К сожалению, в настоящее время почти нет еще руководств (если не считать отдельных научных статей) по цветовым измерениям, свободных от довольно грубых иногда ошибок, и в особенности таких руководств, которые делали бы упор на объективной стороне этих измерений.

Настоящая книга предназначается для восполнения этого пробела и входит в систему мероприятий по пропаганде трехцветных измерений, которые были признаны необходимыми Совещанием по цветоведению, состоявшимся в апреле 1932 г. в Наркомтяжпроме.
ЦВЕТОВАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ

Ни один из наших органов чувств не способен к такому разнообразию ощущений, как орган зрения. Человеческий глаз в состоянии различать до нескольких десятков тысяч различных оттенков цвета, не говоря уже о различии форм цветного пятна, т. е. комбинаций цветов (в простейшем случае: пятно и фон), о которых мы здесь говорить не будем. Задача обозначения цветов при таком их обилии, естественно, является в достаточной мере сложной.

Но вопрос осложняется, кроме того, необычайной запутанностью и противоречивостью способов словесного обозначения цвета, которыми мы пользуемся в жизни. Поэтому, прежде чем излагать факты из области цвета и развивать теорию цвета, приходится условиться относительно точной цветовой терминологии.

Точное определение словами любого цветового оттенка, очевидно, является невозможным вследствие большого их количества, а потому точная ссылка на цвет возможна лишь посредством указания способа осуществления данного цвета. И действительно, в текстильной, меховой, лакокрасочной и других отраслях промышленности, где точное указание цвета является абсолютно необходимым, постоянно пользуются цветовыми накрасками – образцами.

Но ссылка на образец, при всех ее преимуществах, обладает и крупными недостатками.

Во-первых, образцы нередко довольно значительно меняют свой цвет с течением времени (в частности, выгорают), изготовление же новых образцов сопряжено со значительными трудностями. В самом деле, для воспроизведения образца необходимо, в первую очередь, указание рецептуры, но цвет нередко обладает значительно большей чувствительностью, чем химические методы исследования, так что примесь, не обнаруживаемая химическим путем, может заметно изменить цвет.

Кроме химического состава красителя, большое влияние на цвет имеют многие другие факторы, часто трудно поддающиеся достаточно точной проверке, как например: толщина слоя краски, связующее вещество, которым разведен пигмент, и т. д. Всё это убеждает в том, что контроль цвета с нужной степенью точности может осуществляться лишь путем оптических методов.

Осуществление цвета светом является способом, наиболее универсальным и прямым, так как ощущение цвета вызывается действием на глаз света, и если мы видим цвета тех или иных предметов, то только потому, что от них исходит собственный или отраженный свет.

При соблюдении известных условий наблюдения цвет вполне определяется составом света, попадающего в глаз. Кроме того, измерения света (спектральные) легко могут быть доведены до пределов зрительной точности, а с применением объективных методов измерения могут быть сделаны и еще более точно. Поэтому осуществление цвета через свет и кладется в основу точной научной терминологии цвета.

Спектр, состоящий из ряда чисто монохроматических лучей света, представляет собою набор неизменных стандартных эталонов цвета, которые можно характеризовать со всей необходимой точностью длиной их волны и амплитудой, т. е. количеством света, выраженным в энергетических единицах. Однако спектр не исчерпывает всех цветовых возможностей, так как в нем отсутствует целый ряд цветов.

В первую очередь, сюда относятся цвета ахроматические, т. е. всевозможные серые цвета, начиная от самых темных до белого, а также пурпуровые цвета, образующие непрерывный переход цветных оттенков между крайним фиолетовым и крайним красным цветом спектра, и, наконец, всякие сероватые и белесоватые цветные оттенки. Все цвета, которые отсутствуют в спектре, мы можем видеть только тогда, когда на глаз действует сложный свет, состоящий из колебаний различных периодов.

Белый цвет — это тот цвет, который имеет поверхность, рассеянно отражающую весь падающий на нее свет в условиях дневного освещения (точное определение понятия белого цвета см. ниже, стр. 44 и сл.). Иначе говоря, белый является цветом, возникающим при одновременном действии на глаз всех лучей видимого света, взятых в тех количествах, в каких они имеются в спектре дневного освещения.

Однако тот же самый белый цвет можно получить не только этим путем, но и бесконечным числом различных способов. В частности, мы его видим всякий раз, когда на глаз действует свет только двух волн различной длины, если только эти волны выбраны надлежащим образом и входят в состав данного света в определенных количествах (т. е. с определенным отношением лучистой энергии). Как известно, такие пары спектральных носят название дополнительных пар. Понятие дополнительности можно расширить и считать дополнительными по цвету два любых световых потока (может быть, и не монохроматических), которые при смешении их в известных количествах в один поток могут дать поток белого цвета.

Во многих вопросах цветоведения и почти во всей фотометрии белый и серый цвета друг от друга не отличают, так как оценка цвета как белого, так и серого всегда является только сравнительной оценкой. Один и тот же предмет может оцениваться нами как белый или серый в зависимости от того, имеется ли перед глазами другой цвет, более светлый, чем данный, или его не имеется. Так, например, мы считаем бумагу белой, но если провести по ней черту мелом, то бумага будет уже оцениваться как сероватая, а мел – как белый. Если, в свою очередь, сравнить мел с пластинкой, покрытой магнезией, то самый мел покажется серым. Поэтому можно сказать, что серый цвет есть ослабленный (в смысле количества лучистой энергии) белый, оцениваемый по сравнению с этим белым.

Пурпуровые цвета также, как сказано, возникают под действием лишь составного света. Пурпуровые цвета, которые получаются под действием света, состоящего только из самого крайнего красного и самого крайнего фиолетового, называются чистыми пурпуровыми. В зависимости от относительного количества красного и фиолетового в составе цвета, пурпуровые различаются по оттенкам, образуя непрерывный переход от фиолетового к красному. Они как бы замыкают спектр в круг.

В цветоведении чистые пурпуровые цвета, которые с точки зрения физики являются составными, играют почти ту же роль, что и чистые спектральные. Поэтому нередко говорят о спектральном «круге» цветов, как бы включая пурпуровые в число спектральных, что с точки зрения физики было бы неправильным. Однако, ввиду удобств присоединения чистых пурпуровых к чистым спектральным, мы будем в дальнейшем нередко объединять эти цвета.

Как установлено опытом, всякому чистому спектральному (а с включением пурпуровых — и пурпуровому) цвету соответствует один и только один чистый спектральный (или пурпуровый) цвет, являющийся для него дополнительным. В частности, дополнительными к пурпуровым цветам являются зеленые спектральные длиной волны примерно между 495 и 570 mμ. Длина волн цветов, дополнительных к пурпуровым, служит для обозначения пурпуровых цветов, оттенок которых определяется этим путем для чистых пурпуровых со всей необходимой точностью.

Таким образом, мы видим, что уже среди чистых спектральных цвет может различаться в различных отношениях: во-первых, вдоль по кругу (т. е. для чистых спектральных – в зависимости от длины волны), а во-вторых, по количеству света, т. е. по лучистой энергии колебаний. Поэтому говорят о различных свойствах цвета: о «цветовом тоне» — свойстве, зависящем от длины волн, и о «яркости» – свойстве, зависящем от количества лучистой энергии данной длины волны.

Вводя термин «яркость», научная терминология вступает в конфликт с противоречивостью терминологии, употребляемой в обыденной жизни. Если речь идет о цвете источника света, то общеупотребительное выражение «яркость» имеет то же самое значение, как и научный термин, т. е. характеризует количество лучистой энергии. Так мы говорим «яркая лампа», «яркое освещение» в смысле силы света, причем ярким может быть и белый свет.

В отношении же окрашенных предметов слово «яркий» в обыденной речи имеет совершенно другое значение. Так, выражение «яркая окраска» подразумевает, главным образом, чрезвычайно сильную выраженность цветового тона и не применимо, например, к серому. Для белой окраски, впрочем, иногда, хотя и не часто, говорят «яркий» в том же смысле, как и для источников света.

Наоборот, сравнивая два окрашенных предмета, из которых один отражает больше света, чем другой, т. е. фактически дает световой поток большей яркости, мы говорим, что первый окрашен «светлее».

При сколько-нибудь строгой трактовке вопросов невозможно строить терминологию при наличии таких противоречий; поэтому в качестве основного научного термина слово «яркость» принято в том его значении, в каком оно понимается в фотометрии, т. е. для источников света. В тех же случаях, когда речь заведомо идет о цвете окрашенного предмета, нередко употребляют в качестве вспомогательного термина выражение «светлота». Необходимо, однако, твердо помнить, что в науке о цвете светлота и яркость определяют одно и то же свойство цветового ощущения 1.

Поскольку яркость, с точки зрения физики, характеризует количество света данного состава, яркость нередко называют также «количеством» цвета, а цвета, различающиеся только по яркости, называют цветами качественно одинаковыми, или еще цветами «одинакового типа раздражения» («Farben gleicher Reizart»). Выделение яркости как количества цвета оказывается особенно удобным в измерительной практике.

Цветовой тон и яркость являются исчерпывающими характеристиками только для чистых спектральных цветов. Цвета же, возникающие под действием смешанного света, могут отличаться от чистых спектральных, а также и между собой еще в одном отношении, а именно: быть более белесоватыми (сероватыми) или более близкими к чистым спектральным. Это третье свойство цвета носит название насыщенности и считается достигающим максимального значения для чистых спектральных (или пурпуровых) и равным нулю для цветов ахроматических, т. е. белого и серых.

Основные свойства цвета (цветовой тон, яркость-светлота и насыщенность) для всех цветных оттенков определяются следующими условиями, позволяющими в каждом отдельном случае экспериментально проверить одинаковость или различность данных двух цветов в отношении любого из этих свойств.

Если одним только равномерным для всех длин волн усилением или ослаблением силы света (количества лучистой энергии) можно довести один световой поток по цвету до неотличимости от другого, то оба потока считаются различающимися только в отношении яркости. Вызываемое ими ощущение цвета обладает одинаковым цветовым тоном и насыщенностью. Такие цветовые ощущения называются цветами одинакового типа или качественно одинаковыми.

Световые потоки считаются одинаковыми по цветовому тону, но различными по насыщенности, если посредством прибавления к одному из них известного количества белого цвета можно получить поток, неотличимый по цвету от другого. Тот из цветов, к которому требуется прибавить белый свет, чтобы получить другой, считается более насыщенным 2. Сравнение по насыщенности цветов различного цветового тона чрезвычайно затруднительно и обычно оно не делается.

Таким образом, всякие два цвета можно сравнивать в отношении одинаковости или различия их по цветовому тону.

Если цветовой тон одинаков, цвета можно сравнить по их насыщенности, а если цветовой тон и насыщенность одинакова, цвета можно сравнить по яркости (светлоте). Поэтому-то для сравнения цветов между собой и нет необходимости сравнивать по насыщенности цвета, различные по цветовому тону, или сравнивать по яркости цвета, различающиеся по тону или насыщенности.

Впрочем, иногда приходится встречаться с непосредственным сравнением по яркости (светлоте) цветов, качественно различных (так называемая гетерохромная фотометрия), но это уже совершенно особый метод цветовых измерений (см. стр. 15).

Указанные три свойства цвета – цветовой тон, насыщенность и яркость – являются, с одной стороны, независимыми, так как каждое из этих свойств, как видно из определения, может изменяться независимо от прочих, а с другой стороны, исчерпывающими характеристиками цвета, так как два цвета, равные друг другу одновременно по цветовому тону, насыщенности и яркости (светлоте), неотличимы друг от друга. Последнее является следствием того экспериментального факта, что любой цвет можно подобрать с полной точностью, смешивая между собой белый и какой-либо один чистый спектральный (для пурпуровых – два крайних спектральных) в определенном количестве.

Длина волны спектрального цвета (или длина волны дополнительного для пурпуровых) и количество (т. е. яркость) этого спектрального и белого являются также одной из систем измерения цвета. Зная эти величины, мы будем в состоянии в любое время осуществить данный цвет со всей необходимой точностью, а также произвести проверку, соответствует ли тот или другой цвет предъявленным требованиям. При наличии такого экспериментального метода проверки всякие иные описания цвета становятся излишними.


ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ЦВЕТА И ЦВЕТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Как сказано, получение цвета из спектральных и белого может служить основой для измерения цвета. Однако этот способ не может быть признан наиболее удобным в экспериментальном отношении (в частности потому, что требует разложения света в спектр) или наиболее целесообразным с теоретической точки зрения. Для того чтобы разобраться в существующих способах измерения цвета и узнать способы пересчета показаний одного прибора в показания другого, необходимо остановиться на вопросе о теории цветовых измерений.

Вводя цветовые измерения, мы тем самым рассматриваем цвет как величину, и нам необходимо установить характер этой величины. Цвет, рассматриваемый как величина, есть величина векторная трех измерений, причем во всех принятых системах измерения цвета абсолютная величина цветового вектора характеризует собою яркость или «количество» цвета, а направление этого вектора в пространстве характеризует «качество» цвета, т. е. его цветовой тон и насыщенность. Самое же важное свойство векторного изображения цвета состоит в том, что цвет светового потока, составленного из двух или нескольких световых потоков, всегда изобразится суммой (равнодействующей) векторов, изображающих цвет складываемых световых потоков.

Полное обоснование законности приложения векторного анализа к цвету завело бы нас слишком далеко, и поэтому оно здесь не излагается.3

Однако следует особенно подчеркнуть строгую доказанность возможности векторного измерения цвета, а в особенности доказанность нашего права рассматривать сложение световых потоков как векторное сложение цветов. Наличие такого доказательства дает возможность использовать некоторые формулы и термины векторного анализа, причем вектор изображает цвет, а знак «+» означает сложение световых потоков соответствующего цвета.

Наиболее важным для цветоведения является установление путем опыта связи между всеми оттенками цвета, которые мы можем видеть, и небольшим количеством твердо фиксированных (основных или стандартных) цветов. Если эксперимент, дающий возможность установить такую связь, известен, то задача экспериментального измерения цвета тем самым будет решена; достаточно лишь фиксировать основные цвета.

Таким экспериментом является так называемое «оптическое смешение цветов», называемое также «сложением цветов». Определением оптического смешения может служить следующий пример. Предположим, что два потока света (слагаемые) действуют на глаз одновременно (например, оба потока сливаются в один, как это происходит с отдельными монохроматическими лучами в сложном свете), образуя в пределах оптической системы глаза единый поток, состоящий из суммы всех спектральных, входящих в состав каждого из слагаемых. Оптическое смешение устанавливает связь между цветами слагаемых потоков света в условиях их раздельного действия и цветом смешанного света. Полученный цветовой результат называют суммою цветов смешиваемых потоков света.

Поскольку тот или иной новый цветовой оттенок чаще всего приходится получать, смешивая не световые потоки, а краски различных цветов, постоянно приходится встречаться со стремлением установить связь между цветом смешиваемых красок и цветом получаемого результата. Однако в этом случае никакой однозначной связи между цветами вообще не существует. Чрезвычайно многочисленные опыты показывают, что один только цвет смешиваемых красок вообще не дает возможности сказать с какой бы то ни было точностью, каков будет цвет смеси. Иначе говоря, смешиваемые краски в двух различных случаях могут быть совершенно неотличимыми по цвету, а цвета смеси — различными. Цвет смеси красок зависит не только от цвета смешиваемых красок, но и от целого ряда оптических свойств этих красок, которые могут быть совершенно различными даже для красок, не отличимых друг от друга по цвету.

Правда, нередко указывают на существование известной, казалось бы, закономерной связи между цветами и при смешении красок, хотя бы, например, на то, что смесь желтой и синей краски дает зеленый цвет. Но, во-первых, зеленые цвета получаются в отдельных случаях очень различными, так как под словом «зеленый» мы подразумеваем самые различные цвета, а, во-вторых, имеются красители, которые дают при смешивании совершенно неожиданные результаты. Так, например, ярко-желтый краситель тартрацин и голубовато-синий (Вlau G), если их взять в небольших количествах, дают, как обычно, ярко-зеленый цвет, при большей же концентрации — красно-коричневый, а при рассматривании на просвет – даже ярко-красный. Если полученную от смешения этих красителей в небольшом количестве ярко-зеленую краску наложить на слой голубовато-синей краски, то она даст опять-таки красно-коричневый цвет.

Таким образом, мы можем сказать, что смешение красок между собой (его называют субтрактивным или механическим смешением) не устанавливает никакой определенной связи между цветами, но существенно зависит от целого ряда оптических свойств смешиваемых красителей 4.

Наоборот, оптическое смешение удовлетворяет следующему закону, проверенному на огромном количестве опытов: цвет, получаемый в результате оптического смешения, единственным образом и с полной точностью определяется только цветом слагаемых потоков света 5.

Только благодаря справедливости этого закона мы можем говорить, что оптическое смешение устанавливает однозначную связь между цветами. Далее, оказывается, что связь между цветами, устанавливаемая оптическим смешением, удовлетворяет всем так называемым основным аксиомам сложения.

На этом основании мы имеем право поставить условием для векторного изображения цвета, чтобы равнодействующей двух векторов, изображающих любые два цвета, всегда был вектор, изображающий цвет, получаемый из этих цветов в результате их оптического смешения. Само оптическое смешение называется поэтому сложением цветов, а его цветовой результат — суммою слагаемых цветов.

Более того, исходя из понятия суммы цветов, мы можем однозначно определить понятие разности двух цветов. Эта разность является тем цветом, который, будучи прибавлен к вычитаемому цвету, даст уменьшаемый цвет. Цвет-разность изобразится при векторном изображении цвета вектором-разностью.

Следует заметить, что хотя до сего времени не известно такого эксперимента, который давал бы непосредственно разность двух цветов, но, тем не менее, разность двух цветов всегда является вполне определенным цветом. С помощью оптического сложения мы можем проверить, является ли тот или иной цвет разностью двух других или нет.

Несмотря на отсутствие экспериментальной параллели вычитанию цветов, введение понятия разности цветов чрезвычайно полезно и даже необходимо при цветовых измерениях и расчетах.

Наконец, пользуясь понятием суммы цветов, можно определить и понятие произведения отвлеченного числа (скаляра) на цвет. Определение этого понятия исходит из того, что произведение вектора на целое число мы получаем многократным сложением равных по величине и направлению векторов. Затем определение распространяется путем обобщения вообще на любые численные множители.

При сложении одинаковых по цвету световых потоков (например, путем сложения потоков, тождественных и по спектральному составу) мы имеем изменение одной только яркости цвета (см. стр. 6). Поэтому легко видеть, что произведением цвета на число будет цвет, который мы получим из данного, если лучистую энергию всех входящих в его состав чистых спектральных умножим на соответствующее число. Так, например, если какая-либо цветная поверхность освещена каким-либо источником света, то приближение или удаление источника будет производить изменение цвета поверхности, характеризуемое умножением этого цвета на величину, обратную квадрату расстояния от поверхности до источника. Понимая под яркостью количество цвета при умножении какого-либо цвета на число (например, цвета А на число а), очень часто говорят, что цвет А взят в «количестве» а. Всякий цвет, взятый в количестве единицы, равен самому себе.

Пользуясь этими определениями, можно записывать результаты опытов оптического сложения в виде формул, применяемых для векторов. Так, например, формула

2А + В = 4С, (1)

где большими буквами обозначены какие-то определенные цвета, имеет следующее реальное значение: световой поток, полученный смешением потока цвета А, сила света которого удвоена, со световым потоком цвета В, ослабленным в три раза, неотличим по цвету от светового потока С, взятого в четверном количестве. Такого рода формулы, которые можно находить непосредственно из опыта, носят название «цветовых уравнений».

Так как сложение цветов удовлетворяет всем основным аксиомам алгебраического сложения, то цветовые уравнения обладают всеми свойствами обычных алгебраических уравнений. Мы можем, не нарушая равенства, переставлять слагаемые, умножать обе части уравнения на любое число, делить на любое число, отличное от нуля, собирать подобные члены, складывать и вычитать уравнения, делать подстановку из одного уравнения в другое, переносить члены из одной части равенства в другую с обратным знаком.

Пользуясь этими преобразованиями, можно, найдя из опыта несколько цветовых уравнений, получить из них как следствие целый ряд новых цветовых уравнений, которые при опытной проверке всегда оказываются справедливыми. В частности, все перечисленные нами преобразования дают возможность решать как отдельные цветовые уравнения, так и системы уравнений относительно любого из входящих в них цветов, т. е. позволяют с помощью линейной формулы выразить один цвет через другие. Например, решая уравнение (1) последовательно относительно трех входящих в него цветов, мы можем выразить каждый из них через два других:

А =2С, В = 12С – 6А, С=

Все эти три уравнения эквивалентны цветовому уравнению (1).

Понятие цветового уравнения как устанавливаемого из опыта линейного соотношения между цветами, позволяет очень просто сформулировать экспериментально найденный закон Грассмана, на котором основаны все измерения цвета:

Для любых четырех цветов всегда существует связывающее их линейное соотношение, причем это соотношение будет единственным, если только какие-либо три цвета из этих четырех не связаны линейными соотношениями, причем; с другой стороны, можно найти бесчисленное множество троек цветов, которые никаким линейным соотношением не связаны.

Пользуясь законом Грассмана, мы можем легко указать способ измерения цвета, на основе которого строится большинство цветовых измерительных приборов.

Для установления определенной системы (в частности и единиц) измерения выберем какие-либо три линейно независимых цвета, которые согласно второй половине закона Грассмана существуют. Будем называть эти цвета единичными или основными и обозначать буквами и

Пусть мы имеем любой четвертый цвет X, тогда, согласно закону Грассмана, для четырех цветов ,и X существует одно и только одно линейное соотношение, которое всегда можно найти из опыта. Записав это соотношение в форме, разрешенной относительно X, мы получим формулу вида:



(2)

где — какие-то три вполне определенные числа, определяемые из опыта. Эти три числа и являются численными характеристиками цвета в трехцветной системе измерения ,. В дальнейшем мы будем употреблять для этих чисел термин «координаты цвета».

Из закона Грассмана непосредственно следует, что всякому цвету соответствуют в данной измерительной системе три вполне определенных числа, находимых из опыта, и никаких других чисел из опыта получиться не может, а с другой стороны, очевидно, что не может существовать двух различных цветов, для которых все три числа были бы одинаковыми. Иначе говоря, в указанной системе измерения любой цвет описывается исчерпывающе и непротиворечиво.

Трехцветный метод измерения цвета получает особую наглядность, если воспользоваться векторным изображением цветов.

Три единичных цвета должны изобразиться с помощью трех векторов, причем, вследствие линейной независимости этих цветов, соответствующие три вектора не должны лежать в одной плоскости 6.

Выберем эти три вектора в остальном совершенно произвольного направления (в частности, можно их взять взаимно перпендикулярными), но по длине равными единице, и будем считать, что эти векторы изображают три выбранных единичных цвета. После этого нетрудно изобразить вектором в пространстве любой цвет вообще. В самом деле, из цветового уравнения (2), связывающего данный цвет X с тремя единичными, легко видеть, что соответствующий цвету Х вектор является суммою трех векторов, по направлению совпадающих с единичными, а по абсолютной величине (если, как условлено, длина единичных векторов принята равной единице) равным коэффициентам цветового уравнения. Отсюда мы получаем геометрическое значение чисел, которыми измеряется цвет по трехцветному методу.

Численные характеристики цвета выражают собою абсолютную величину компонент цветового вектора по направлению векторов единичных цветов, причем длина компонент выражена по отношению к длине соответствующих единичных векторов.

Иначе говоря, трехцветное измерение цвета сводится к разложению цветового вектора по трем заданным направлениям, т. е. к тому способу, который более всего принят в теоретической механике для численной характеристики векторов в пространстве.

Указанный способ измерения цвета позволяет в максимально простой форме установить связь между физическим (спектральным) составом света и его цветом. Эта связь между объективным физическим явлением и нашим цветовым ощущением имеет в науке о цвете чрезвычайно большое значение. В частности, эта связь является решающей в вопросе о цвете предметов в условиях того или иного освещения, в вопросе о цвете смеси красок и т. д.

Чтобы установить эту связь, найдем из опыта цветовые уравнения, связывающие цвет монохроматических (чистых спектральных) световых потоков различных длин волн и три выбранные нами единичные цвета. Так как для полного определения цвета чистого спектрального необходимо знать не только длину его волны, но и яркость, то положим, что яркость эта будет той, которую имеет каждый из спектральных в свете какого-либо источника света. На практике обычно берут либо средний солнечный спектр, либо спектр «дневного света» (см. ниже «стандарт белого света»), либо спектр с равномерным распределением энергии (см. Резолюцию I Международной светотехнической комиссии, стр. 61),


страница 1 страница 2 ... страница 5 страница 6
скачать файл

Смотрите также:
Работа Н. Д. Нюберг «Измерение цвета и цветовые стандарты»
1869.7kb. 6 стр.

Измерения игрового мира. Физическое измерение
151.4kb. 1 стр.

Лицо выражает личность конкретного человека, наделенного уникальной структурой индивидуально-психологических особенностей
98.86kb. 1 стр.

© kabobo.ru, 2017