НАУКА ОБ ИЗМЕРЕНИИ ЦВЕТА (КОЛОРИМЕТРИЯ). Часть 2

В 1976 г. МКО рекомендовала использовать другие модели цветовых про­странств, из которых на практике наиболее распространенным является цветовое пространство CIELAB. Это пространство, по определению МКО, является прибли­зительно равноконтрастным. Оно представляет интерес и для дизайнеров, так как широко используется не только в измерении цвета материалов, но и в компьютерных программах.

Координаты цвета в этом пространстве: L* - светлота, которую можно ин­терпретировать как показатель ощущения яркости, пропорцио­нальная корню кубическому значений координаты цветаY, и координаты a* и b*. Координатаa*описывает изменение цветности от зеленого цвета (ось отрицатель­ных значений координатыa*) до крас­ного (ось положительных значений коорди­натыa*), аb*- изменение цветно­сти от синего (ось отрицательных значений коор­динатыb*) до желтого (ось положительных значений координатыb*) цвета.

Для удобства использования была также предложена модификация модели CIELABпутем трансформации координат цветности из прямоугольной в по­лярные координаты цветового тонаhи насыщенности (C*):

Новые координаты hиC*фактически являются коррелятами рассмотренных ранее психофизических характеристик цвета в виде цветового тона и насы­щенно­сти. На графике, также как цветовой тон и насыщенность, координатаhопределя­ется углом, а координатаC*— радиусом относительно центра ко­ординат, которым является осьL*.

Рис. 54. График цветового пространства CIELABв полярных координатахhиC*

Достоинством цветовой модели CIELAB, определившим ее широкое исполь­зование в колориметрии и промышленности, явилось то обстоятельство, что она эффективно решила проблему представления величины цветовых разли­чий в про­мышленности, а также и то, что описание цвета в этой системе фак­тически моде­лирует процесс представления цвета аппаратом человеческого зрения. Как пока­зали недавние исследования человеческого зрения в процессе визуального воспри­ятия сигнал от палочек и колбочек, возникающий при на­блюдении того или иного цвета, далее трансформируется в три нервных им­пульса, один из которых соответ­ствует сигналу яркости, а два других являются цветоразностными сигналами.

Применение формул цветового различия. Разработанные формулы цветового различия позволяют избежать субъективных визуальных оценок, причины которого разнообразны и полностью неустранимы, и использовать методы объективной коло­риметрии для решения следующих задач:    – установка объективных цветовых допусков и проверка соответствия цвета мате­риала установленным допускам;    – объективная оценка цветоустойчивости материалов;

   – количественная оценка степени метамеризма;    – подбор близких (в пределах установленных различий) цветов из базы данных к испытуемому цвету и сортировка по цвету (разбиение множества образцов цвета на группы с за­данной величиной цветового различия внутри группы).

Самой распространенной формулой определения цветовых различий яв­ляется рекомендуемая МКО формула СIЕLАВ, которая входит во многие оте­чественные и зарубежные стандарты. Часто используют формулу цветовых различийCIELCHи соотносят различия в значениях полярных координатhиC* с визуально наблю­даемыми значениями цветового тона и насыщенности. Общая величина цветового различия, определенная в этих пространствах, одинакова. Но различия в координа­тахa* и b* дают возможность определить: является ли испытуемый цвет более красным, синим, желтым или зеленым, а различия в координатахhиC*- измене­ние его цветового тона и насыщенности по сравнению со стандартным цветом.

В программное обеспечение ряда прибо­ров, кроме этих формул, входит фор­мулаFМС-2(Фриля-МакАдама-Чикке­ринга), которая не является рекомендацией МКО, но дает хорошее согласие инструментальных данных с визуальной оценкой, а такжеформулы СМС (l:с), CIE94 (МКО 94) и формулаСIE DE 2000. Для луч­шей корреляции с визуальной оценкой рекомендуется использоватьформулу СМС (l:с).

Цветоизмерительные приборы. В соответствии с классификацией, установ­ленной изготовителями приборов и приведенной в [52], цветоизмерительные при­боры различаются по: типу измеряемого излучения (отраженный, пропускаемый, испускаемый свет или объединяющие измерения разных видов излучений), усло­виям применения (портативные, настольные (лабораторные), on-line, устанавли­ваемые на производственных линиях), оптической геометрии измерения (с геомет­рией 45/0 и 0/45, геометрией Дифф./0° и 0°/Дифф., геометрией 0/0 и другими, более редкими, многоугловые - гониоспектрофотометры) и способу определения координат цвета. По способу определения координат цвета различают три типа приборов:

• колориметры – приборы для непосредственного измерения координат цвета для ограниченного набора колориметрических условий (источник/ наблюда­тель);

• компараторы – приборы для сравнения цветовых характеристик (отношения ко­ординат цвета) испытуемого образца и близкого к нему по цвету образца сравнения, характеристики которого известны;

• спектрофотометры – приборы, измеряющие спектр отра­жения (пропускания) об­разца и по спектральным данным осуществляющие расчет координат цвета в любых цветовых пространствах для всех возможных сочетаний источ­ник/ наблюдатель. Основное различие между спектрофотометрами и колоримет­рами является прин­ципиальным - колориметры не измеряют спектров. Спек­трофотометры, специально предназначенные для измерения цвета, часто назы­ваютспектроколориметрами.

На отечественном рынке цветоизмерительные приборы(а также камеры для визуального сравнения цвета) представляют фирмы:X-RITE(GretagМасbeth входит в нее),Dataсо1ог,Hunter. Лидирующей является фирмаX-RITE. Они поставляют как портативные, так и стационарные приборы, в том числе, приборы высшего класса по точности и долговременной воспроизводимости результатов, с двухлучевыми оптическими схемами с двумя спектральными анализаторами, типа спектрофотометраСо1ог Еуе 7000 МасbethилиSpectraflash SF 600 Рlus Dataсо1оr. Также имеются приборы для измерения цвета покрытий с металлическим, перламутровым и другими эффектами, типа многоуглового гониоспектрофотометраСо1ог Еуе 740 GL.Приборы различаются по назначению, конструкции, программному обеспечению, стоимости. Постоянно разрабатываются новые приборы.

На рис. 55 представлены спектроколориметры, используемые во ВНИИТЭ и рядом – современные приборы фирмы X-RITE.

(а)(б)

Рис. 55. Спектроколориметры, используемые во ВНИИТЭ: «Радуга-2» (ЧОКБА, СССР), RFC-3 (фирма «OPTON», Германия)? (1973-1995 гг.), COLOR-EYE CE-3100 (Macbeth, США), (1995-2000гг.) (а), современные приборы фирмы X-RITE (б)

На отечественном рынке цветоизмерительные приборы (а также камеры для ви­зуального сравнения цвета) представляют фирмы: X-RITE (в настоящее время ши­роко известная фирмаGretagМасbeth входит в нее),Dataсо1ог,Hunter. Они по­ставляют как портативные, так и стационарные приборы, в том числе, приборы высшего класса по точности и долговременной воспроизводимости результатов, с двухлучевыми оптическими схемами с двумя спектральными анализаторами, типа спектрофотометраСо1ог Еуе 7000 МасbethилиSpectraflash SF 600 Рlus Dataсо1оr. Также имеются приборы для измерения цвета покрытий с металлическим, перла­мутровым и другими эффектами, типа многоуглового гониоспектрофотометраСо1ог Еуе 740 GL.Приборы различаются по назначению, конструкции, программ­ному обеспечению, стоимости.

В последнее время широкое распространение получили спектрофотометры для калибровки мониторов и принтеров. Эти приборы, их программное обеспечение представляют большой интерес для фотографов и дизайнеров и могут помочь им в творческой работе с цветом.

Поскольку восприятие цвета зависит от условий освещения и наблюдения, для визуальной спецификации совершенно необходимым является применение стан­дартных источников освещения. Чаще всего такие источники используют в составе так называемых цветовых камер. Цветовые камеры представляют собой набор стан­дартных источников освещения смонтированных в корпусе, обеспечивающим стан­дартный серый фон наблюдения образца и предотвращающий попадание в поле зрения постороннего «окрашенного» света (рис. 56). Качество самих цветовых камер опре­деляется по индексам цветопередачи используемых в них источниках искусствен­ного дневного света.

(а)(б)

Рис. 56. Цветовая камера с разными источниками света (а), работа с цветом в кабинете SpectraLight (б)

Камеры для визуального сравнения цвета предлагаются в виде портативных, типа Judge II или больших цветовых кабинетов, типа,SpectraLight. КамераSky Lightпозволяет проводить наблюдение образцов с различными эффектами поверх­ности под разными углами (от 10 до 110°) к направлению зеркального отражения.

Стандарт на измерение цвета. Измерение цвета и расчет цветовых различий лакокрасочных материалов и покрытий следует проводить в соответствии с национальными стандартами Российской федерации на колориметрию, части 1, 2, 3 [53-55]. В соответствии с этим стандартом можно проводить измерения цвета любых отражающих материалов, за исключением тех, в которых присутствуют эффекты (типа, металлик, хамелеон и т.п.)

Методы инструментального определения координат цвета и цветовых различий предназначены для:

а) объективной оценки цвета;

б) объективной оценки цветовых различий между образцами;

в) определения отклонений в цвете при изготовлении окрашенных изделий;

г) объективного описания цветовых изменений, вызванных влиянием атмосферных условий, а также других химических или физических воздействий.

Стандарты устанавливают основные положения, методы определения координат цвета X, Y, Zи расчета координат цветности х, у, координат цветаL^*, a^*, b ^*, формулы расчета различий в цвете, светлоте, цветовом тоне и чистоте (насыщенности) цвета испытуемого образца и образца сравнения, требования к выбору освещения и условий наблюдения образцов с разными видами поверхности (текстурированной, нетекстурированной, с разным блеском), аппаратуре, отбору проб и подготовке образцов для испытания, эталонам отражения, проведению измерений и протоколам испытаний.

При выборе стандартного наблюдателя и стандартного ис­точника в качествепредпочтительныхрекомендуется использовать:

• дополнительную стандартную колориметрическую систему ХYZ МКО 1964 г. (10° наблюдателя), в связи с тем, что10°поле зрения более точно соответ­ствует практическим условиям наблюдения, чем2°(системаХУZ МКО 1931г.). Это поле зрения также устанавливается стандартами на ви­зуальное сравнение цвета ИСО и Российской Федерации;

• стандартный источник света D65, так как его спектральное распределе­ние энергии, по сравнению с источником светаС, лучше соответствует дневному свету, осо­бенно, в ультрафиолетовой области.

Визу­альный метод определения цвета ЛКМустанавлива­етсяГОСТ 29319-92«Мате­риалы лакокрасочные. Метод визуального сравнения цвета» путем прямого применения международного стандартаИСО 3668 -76 «Лаки и краски. Визуальный метод определения цвета кра­сок». Эти требования необходимо знать дизайнерам при проведении визуальной оценки цвета материалов.

Устанавливаются требования к:

• естественному дневному освещению и искусственному освещению в ка­мере для сравнения цвета;

• камерам для визуального сравнения цвета;

• условиям срав­не­ния;

• экспертам;

• испытуемым образцам;

• методике сравнения образцов;

• оценке метамеризма;

• протоколу испытания.

В качестве источника искусственного дневного света рекомендуется ис­пользо­вать стандартный источник света МКО D65, обеспечиваю­щий лучшую воспроизводимость при сравнении цвета, чем ранее использовавшийся источник светаС.

Стандарт допускает использовать естественное или искусственноедневное освещение. Неоднократно повторяется, что «в случае разногласий контрольное испытание всегда проводят при искусственном освещении … с помощью стандартного источника освещения МКО D₆₅, если по согласованию заинтересованных сторон не предусмотрен другой источник света». Это объясняется тем, что «качество естественного дневного света различно и на мнение эксперта могут оказывать влияние окружающие окрашенные предметы», поэтому «для арбитражных целей используют точно контролируемое искусственное освещение в камере для сравнения цвета…На эксперте должна быть одежда нейтрального цвета, а в поле его зрения не должно быть ярких предметов, за исключением испытуемых образцов».

Очень важна цветность окружающего фона: «исходящий дневной свет не должен отражаться от каких-либо интенсивно окрашенных объектов, таких как красная кирпичная сиена или зеленое дерево. Освещение должно быть равномерным в радиусе нахождения панелей и не менее 2000 люкс. Прямого попадания солнечных лучей следует избегать».

Согласно этому стандарту освещенность при искусственном дневном осве­щении должна быть от 1000 до 4000 люкс. Приводятся требования к внутренней поверхности камеры и стола, на котором размещаются сравниваемые образцы: «поверхность камеры общего назначения должна быть окрашена в матовый нейтральный цвет с коэффициентом отраженияоколо 15%».Однако при сравнении светлых и близких к белому цветов, коэффициент отражения поверхности должен быть30%и выше, а для очень темных цветов с целью снижения контраста по яркости внутренняя поверхность камеры должна быть черного цвета и матовой (для исключения бликов).

Чтобы обеспечить соответствующие условия для сравнения цветов, поверхность стола в камере должна быть нейтрального серого цвета с коэффициентом отражения равным (близким) коэффициенту отражения образцов, подлежащих сравнению.

Визуально сравниваемые образцы цвета должны быть размером не более 150´100 мм и не менее 120´50 мм.Рассмот­рение образца такого размера захва­тывает полезрения 10° и выше, обеспечи­вая тем самым более высокую корре­ляцию результатов визуальной и инстру­ментальной оценок.

Приведена методика сравнения цветов:образцы следует располагать рядом, при этом они или соприкасаются или заходят один на другой в одной плоскости на расстоянии приблизительно 500 мм от глаз. Обращается внимание на необхо­димость время от временименять образцы местами для обеспечения большей точности сравнения.Образцы следует осматривать под углом зрения, который обеспечиваетминимальные различия в блеске. Например,взгляд должен попадать на поверхность почти перпендикулярно, чтобы зеркальное отражение от об­разцов не попадало в глаза.

Чтобы избежать искаженного восприятия цвета вследствие утомления глаза, пастельные или оттеночные цвета не следует оценивать сразу жепосле интенсивных цветов. Если при сравнении ярких, интенсивных цветов невозможно провести быструю оценку, эксперт должен перевести взгляд на несколько секунд на нейтральное серое поле, прежде чем перейти к дальнейшему сравнению. Качество визуального анализа значительно снижается при длительной непрерывной работе. Поэтому в работе каждого эксперта должны быть частые перерывы на несколько минут. Экспертов следует выбирать с осторожностью, так как «значительное число людей неправильно воспринимают и различают цвета», поэтому эксперты должны проходить тесты (Фарнсворта или на аномалоскопе).

Что важно, в этом стандарте так же, как и в стандарте на измерение цвета, указывается на необходимость оценки метамеризма. В приложении к стан­дарту содержится информация о метамерных соответствиях. Такое явление как метамеризм может оказать негативное влияние на результаты визуальной и инструментальной оценок соответствия цвета сравниваемых образцов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Метамеризм. Существует явление, которое имеет большое значение при оценке соответствия двух образцов цвета при разных источниках освещения или двумя разными экспер­тами. Это явление метамеризма, при котором два цвета, так называемая метамерная пара, при данных условиях освещения и для данного на­блюдателя обнаруживают равенство или сильное сходство, но при изменении осве­щения или наблюдателя показывают различие в цвете (рис. 57).. Например, одному наблюда­телю два предмета могут показаться одинаковыми по цвету, а для другого они бу­дут различными даже при том же самом источнике освещения. Либо не сохраня­ется ра­венство двух цветов для одного и того же наблюдателя при переходе к дру­гому ис­точнику освещения.

Рис. 57. Иллюстрация явления метамеризма

Понятие метамеризма свя­зано с двумя и более образцами и их сравнением ме­жду собой. Многие ошибочно считают метамеризмом свойство одного образца ме­нять свой цвет при смене источника освещения. Однако это свойство называется цветовым непостоянством (color inconstancy). Цветовое непостоянство отражает за­висимость цвета од­ного образца от смены источника освещения, а метамеризм - из­менение сте­пени соответствия друг другу двух и более образцов при смене источ­ника ос­вещения (или наблюдателя).

Оба явления, метамеризм и цветовое не­постоянство, являются следствием того, что при визуальном наблюдении на цвет исследуемых объектов влияет цвет­ность источника освещения или различие в восприятии цвета наблюдателей, а в расчете координат цвета принимает участие кривая спектрального распределения энергии источника освеще­ния и несколько различающиеся функции стандартных колори­метрических наблюдателей. Из этого следует, что при смене источника ос­вещения образец может изменить свои координаты цвета, а у метамерной пары рав­ные коор­ди­наты становятся неравными.

Степень метамеризма показывает, насколько сильно будут различаться мета­мерные образцы при смене источника освещения. Количественным вы­ражением является индекс метамеризма MI, опре­деляющий ожидаемое отклонение цвета испытуемого образца от стандартного, которое наступит при изменении осве­щения или наблюда­теля. Он равен цветовому различию ΔЕ между ко­ординатами цвета метамерной пары при замене источника освещения. Индекс цве­тового непо­стоянства – это различие между координатами цвета одного образца при разных ис­точниках освещения.

Индекс метаме­ризма относится к двум конкретным условиям наблюде­ния; обычно используют ус­ловия D65/10 (дневной свет/десятиградусный наблюдатель) и А/10 (лампа накаливания/десятиградусный наблюдатель): MI = ΔЕ (D65/10) + ΔЕ (А/10).

* Психофизика – наука, изучающая взаимоотношения между физически измеряемыми стимулами и ощущениями, вызываемыми этими стимулами.