Типы фотометров

19. Принципиальная схема спектрофотометра.

На рисунках приведены две основные схемы спектрофотометров, измеряющих спектральный апертурный коэффициент отражения данного объекта относительно рабочего стандарта с известной спектральной характеристикой:

Измеряемый образец освещается белым светом. Монохроматор расположен в исходящем потоке. Для улучшения характеристик и точности измерений в современных спектрофотометрах также используются двойные монохроматоры

Измеряемый образец освещается монохроматическим светом.

20. Основные понятия о цвете и цветности. Законы смешения цветов.

Цвет — качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света, а также несветящимися объектами.

Измерить цвет - значит выразить его через какие-то величины и тем самым определить его место во всем многообразии цветов в рамках некоторой системы их определения или математического описания.

Рис.1.11. Приблизительное соответствие между длиной волны излучения и его цветом

Цветочувствительными элементами зрительной системы являются колбочки.

Они содержат три разновидности светочувствительного вещества - иодопсина, кривые спектральной чувствительности которых представлены на рис.1.12.

Эти кривые называют кривыми основных возбуждений. Совокупность колбочек разного типа называют КЗС - приёмниками.

Относительные спектральные чувствительности этих премников обозначают как к _l; з _l; с _l или r _l; g _l; b _l.

Красный, зеленый или синий цвета, которые могут возникать при действии света на каждый из этих приемников в отдельности, называют физиологическими цветами.

При одновременном действии излучения на 2 или 3 КЗС - приемника возникают ощущения всевозможных других цветов.

Гипотеза Юнга-Гельмгольца в настоящее время подтверждена экспериментами.

Законы сложения цветов:

1. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов. Иначе говоря, любой цвет может быть получен при смешении в определенных количествах трех линейно независимых цветов. Три цвета называются линейно независимыми, если ни один из них не может быть получен путем смешения двух других.

2. При непрерывном изменении спектрального состава излучения непрерывно меняется его цвет, т.е. нет обособленных цветов, непереходящих постепенно в другие.

3. Цвет смеси определяется только цветами смешиваемых излучений и не зависит от их спектральных составов. Отсюда вытекает важное следствие: один и тот же цвет может быть получен при смешении излучений разных спектральных составов. Это означает, что можно оперировать со световыми потоками, учитывая их цвета и не рассматривая их спектральные составы. Цвет излучения не определяет спектральный состав излучения, но заданный спектральный состав однозначно определяет цвет излучения.

4. При смешении цветов их количества складываются.

21. Координаты цвета и цветности.

Из законов смешения цветов следует, что, выбирая три каких-либо линейно независимых цвета в качестве основных, можно, смешивая их в различных количествах, получить любой реально существующий цвет.

Пусть R, G и B - основные цвета, количество которых принято за единицу; r', g' и b' - множители, указывающие, сколько взято единичных количеств каждого цвета.

Тогда любой цвет может быть определен выражением

С = r'R + g'G + b'B.

Множители r', g', b' называются координатами цвета, причем необходимо помнить, что они могут принимать и отрицательные значения.

При уравнивании цветов поля сравнения уравниваются как в количественном, так и в качественном отношении.

Количественная оценка определяется соответствующими фотометрическими величинами - Фv, Ev, Mv, Lv.

В качественном отношении цвет характеризуется цветностью, которая определяется относительными величинами, называемые координатами цветности:

r = r' / (r' + g'+ b'); g = g' /(r'+ g'+ b'); b = (b' / r' + g' + b').

Очевидно, что r + g + b = 1.

22. Цветовая система RGB.

Выбор основных цветов этой системы осуществлялся исходя из следующих требований.

1. Выбранные основные должны легко воспроизводиться.

2. Каждый из выбранных основных должен возбуждать по возможности лишь одну группу цветоощущающих рецепторов.

В качестве основных были выбраны излучения:

красное ( = 700 нм), выделяемое красным светофильтром из лампы накаливания;

зеленое ( = 546,1 нм) линия е в спектре ртутной лампы;; синее ( = 435,8 нм) линия g в спектре ртутной лампы.

Цвета этих излучений получили соответственно названия R (red), G (green), В (blue), а колориметрическая система - RGB.

Количественные характеристики основных цветов CIERGB выражают как световыми, так и энергетическими величинами.

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 = 1:4,59:0,06. Эти качества основных получили название яркостных коэффициентов:

Для перехода к энергетическим величинам за единицы количеств основных RGB принимают не яркостные коэффициенты, а яркостные единицы: Эти величины больше яркостных коэффициентов в 680 раз:

Учитывая, что яркости пропорциональны световым потокам, можно считать, что при соотношении световых потоков = 1: 4,59: 0,06 будет также получен белый цвет. Это позволяет выразить количества основных в люменах:

Для определения качественных характеристик цвета пользуются диаграммой цветности rg (или цветовым графиком rg), представляющим сетку прямоугольных координат с нанесенным на нее локусом. Локус замнут линией пурпурных цветов.

Данная диаграмма цветности rg характеризуется следующими колориметрическими свойствами.

1. Белая точка Б имеет координаты (0,33; 0,33).

2. Насыщенность цветов возрастает от белой точки к локусу.

3. На прямой, соединяющей белую точку с локусом, лежат цвета постоянного цветового тона.

4. Локус является границей самых насыщенных (спектральных) цветов.

23 билет.

С качественной стороны цвет можно также характеризовать цветовым тоном и чистотой цвета. Цветовой тон или доминирующая длина волны - Длина волны монохроматического излучения, тождественная измеряемому цвету. Она характеризует цветовой тон цвета С.

Насыщенность цвета С характеризуется колориметрической чистотой цвета р. Она определяет долю того монохроматического излучения, которое обеспечивает в смеси с белым зрительное тождество с рассматриваемым излучением (цветом), вычисляется по формуле:

Р = Ф _λ / (Ф _λ + Ф _E).

(Ф _λ + Ф _E) – заданная цветность.

Бе́лый цвет — так называемый ахроматический цвет, наряду с чёрным и оттенками серого. Дневной солнечный свет, а также свет от источника, испускающего равномерное для всех длин волн видимого спектра электромагнитное излучение, вызывает при попадании на сетчатку здорового глаза человека ощущение белого цвета.

Расположен на диаграмме цветности в точке Е и её окрестности.

Источники белого цвета:

Источники типа А – лампа накаливания. Т = 2855,6 К, длина волны макс = 1,01 мкм

Источники типа В – прямой солнечный свет. Т=4874 К, длина волны макс = 0,59 мкм

Источники типа С - дневной свет. Т=6774 К, длина волны макс = 0,42 мкм

Источники типа Д(65) Т=6504 К, длина волны макс = 0,44 мкм

Ахроматические поверхности:

Поверхности, которые не изменяют цветность освещаемой поверхности.

Ахроматические поверхности обладают свойством отражать лучевой поток одинаково всеми частями видимого спектра. Эти поверхности вызывают ощущение белых, черных и всех промежуточных серых тонов.

24. Цветовая система XYZ. Цветовые расчёты. Удельные координаты.

Цветовая система XYZ:

Одновременно с колориметрической системой RGB была принята еще одна. В качестве основных в ней были выбраны цвета более насыщенные, чем спектральные. В связи с тем что таких цветов в природе нет, их обозначили символами XYZ. К разработке этой колориметрической системы побудил ряд причин, связанных с некоторыми неудобствами при работе с системой RGB.

Одним из недостатков системы RGB является наличие отрицательных координат для целого ряда реальных цветов, что затрудняет расчет цветовых характеристик по спектральным кривым. Другой существенный недостаток системы RGB - необходимость определения всех трех составляющих цвета для определения количественной характеристики цвета - яркости.

В связи с этим в основу построения колориметрической системы XYZ были положены следующие положения:

1) все реальные цвета должны иметь только положительные координаты;

2) яркость должна определяться одной координатой цвета, только [У]= 680 лм;

3) координаты белого цвета должны иметь координаты 0,33; 0,33.

Путем математических преобразований с учетом вышеуказанных требований удалось осуществить переход от реальных цветов RGB к нереальным (сверхнасыщенным) XYZ.

В соответствии со вторым условием построения колориметрической системы XYZ цвета X и Z имеют яркостные коэффициенты, равные нулю принимают равным единице ( = 1). В этом случае формула для расчета яркости В значительно упрощается:

где Y - координата цвета.

Яркостной коэффициент цвета в этом случае определяется координатой цветности (у):

В общем виде уравнение цвета в XYZ записывается следующим образом:

С(или Ц) = X X + Y Y + Z Z.

Переход к уравнению цветности в XYZ осуществляется через m так же, как и в системе RGB:

С=х(Х)+у(У)+z(Z)

В настоящее время стандартная колориметрическая система XYZ является рабочей. Именно в ней проводят непосредственно колориметрические измерения по определению цветовых характеристик (яркости, доминирующей длины волны и чистоты цвета).