Цвет и колориметрия

July 25, 2015 by admin Комментировать »

В качественном отношении различные световые потоки могут отличаться по цветности, которая задается двумя параметрами: цветовым тоном и чистотой цвета. Цветовой тон определяется длиной волны λ светового излучения, измеряется в нанометрах (нм). Чистота цвета р характеризует разбавленность цвета белым, его насыщенность:

где Φλ — световой поток излучения с длиной волны λ;

Фб — световой поток белого света.

Основные цвета, имеющиеся в природе, представлены в спектре, наблюдаемом при разложении света призмой или дифракционной решеткой.

Принято согласно существующей классификации цветов [117] подразделять спектр на следующие диапазоны (табл. 3-1):

Таблица 3-1

Цвет

Диапазон, нм

Цвет

Диапазон, нм

Фиолетовый

390—450

Желто-зеле-

550-575

ный

Синий

450—480

Желтый

575—585

Голубой

480—510

Оранжевый

585—620

Зеленый

510—550

Красный

620—770

Глаз является спектрально-избирательным приемником светового излучения. Чувствительность его неодинакова к свету с различной длиной волны.

Рис. 3-3. Кривая видности среднеадаптированного глаза.

Если взять одинаковое по мощности спектральное излучение зеленого, красного и синего цветов, то, освещая ими равные площадки, можно увидеть, что зеленая площадка будет казаться более яркой по сравнению с красной и тем более с синей.

Это, конечно, следует обязательно учитывать конструкторам ВОУ. Для создания равного ощущения яркости необходимо увеличить интенсивность синего и красного излучения, причем во столько раз, но сколько раз меньше чувствительность глаза к синему и к красному по сравнению с юленым.

Кривая видности (рис. 3-3) показывает, как меняется спектральная чувствительность глаза в видимом диапазоне (максимум приходится на желто-зеленый цвет с длиной волны 555 им).

За пределами диапазона 390—770 нм электромагнитное излучение (каковым по природе является свет) уже не оказывает на глаз зрительного воздействия, какой бы оно мощностью ни обладало.

Для спектрального излучения в данном участке Δλ световой поток ΔΦ^(в люменах) связан прямо пропорционально с мощностью излучения AFλ (в ваттах):

Для излучения с λ=555 нм kλ =&о = 683 лм/Вт (световой эквивалент мощности). Для остальных λ необходимо ввести поправку: kK=ko νλ · Отсюда

где V% — коэффициент видности (в относительных единицах).

При работе с цветным светом аналогичные поправки следует ввести для определения и освещенности, и яркости.

Для удобства работы с цветным светом вводится классификация цветов.

При смешении крайних в спектре красного и фиолетового цветов мы получим большое количество цветовых оттенков, которых в спектре нет, но часто в природе встречаются: сиреневый, пурпурный, малиновый. Если учесть это, то по^едовательность всех природных чистых цветов можно представить замкнутой, в виде круга, что и используется при графической систематизации цветов. По окружности этого цветового круга располагаются цвета со 100%-ной чистотой, а по радиусу — оттенки одного цветового тона, но с уменьшением чистоты (до О в центре круга, где находится белый).

Более точный цветовой график приведен на цветном рис. 1 (цветные иллюстрации помещены на 2—4 страницах обложки). Здесь в центре, в точке Е (х=1/3, г/= 1/3) находится белый цвет, по контуру (локусу) распределены чистые цвета. Если провести через точку Е прямую линию до пересечения с локусом (периметром графика) в точке, соответствующей λι = 520 нм, то на этой линии расположатся все оттенки этого цвета, но разной чистоты. Если продолжить линию от £ в другую сторону до пересечения с локусом в диаметрально противоположном участке графика, то Яг, соответствующая этой точке локуса, будет определять так называемый дополнительный цвет по отношению к λι. Дополнительные — это такие пары цветов, которые, будучи смешаны, дают белый свет (отметим, в отношении величин Φλ этих цветов должны существовать определенные пропорции).

Факт существования пар дополнительных цветов позволил, кстати, однозначно классифицировать все красно-фиолетовые смеси. Их наделили условно длиной волны λ дополнительных к ним цветов, но с прибавлением штриха — 520′ нм. Какие пары цветов являются дополнительными, необходимо учитывать потому, что при наложении они «съедают», уничтожают друг друга, давая белую смесь.

Графическая систематизация цветов на плоскости убедительно иллюстрирует еще одну закономерность. Если смешивать цвета, например красный и зеленый (В и С на цветном рис. 1), то получится другой цвет — желтый, лежащий на линии ВС (точное положение его на этой линии зависит от соотношения Фкр и Фзел). При этом для зрения абсолютно все равно; получен ли этот желтый цвет смешиванием красного и зеленого или это световое излучение с длиной волны Яжел-

Совмещая это с фактом существования пар дополнительных цветов, можно сделать вывод, что световой поток разных цветов может быть получен смешением каких-либо трех взаимно независимых цветов. Взаимно независимыми называются три цвета, каждый из которых не может быть получен смешением двух других, взятых в любых пропорциях. Если обратиться к графику, их роль могут выполнять любые цвета, лишь бы внутри треугольника, построенного на точках, соответствующих им, находилась точка Е. Этому условию, например, удовлетворяют цвета «красный — зеленый — синий» или «пурпурный — желтый — голубой» и не удовлетворяют «красный — синий — голубой».

Употребляя понятие «смешение цветов», необходимо обязательно указывать, каким чбразом происходит это смешение — по аддитивному (слагательному) или субтрактивному (вычитательному) способу.

Во всех приведенных выше примерах смешение происходит сложением световых потоков, т. е. аддитивным способом. При аддитивном смешении яркость увеличивается, а цветность результирующей смеси зависит только от цветовых характеристик слагаемых потоков.

Принцип субтрактивного смешения поясняется следующим примером. Надо взять стеклянные или пленочные фильтры трех основных цветов — пурпурного, голубого и желтого — и смотреть через них на белый источник (условно его можем считать суммой красного, синего и зеленого цветов). Первый фильтр пропускает пурпурный цвет (красный плюс синий), а дополнительный (зеленый) поглощает. Последующий желтый фильтр поглощает дополнительные к нему синие лучи, и если теперь оставшийся красный свет пропускать и через голубой фильтр (дополнительный к красному), то через него уже ничего не пройдет. Эти три цвета, дававшие при аддитивном смешении белое, при субтрактивном смешении дают черный цвет.

Таким образом, при подобном смешении (в отличие от аддитивного) интенсивность результирующего потока уменьшается, а цветность его зависит, как это видно из примера, и от характеристики фильтра, и от цветовой характеристики света, пропускаемого через фильтр.

В практике воспроизведения светомузыки приходится иметь дело как с аддитивным, так и с субтрактивным смешением цветов.

Поскольку источников света, излучающих окрашенный свет, очень мало (некоторые газоразрядные лампы, лазеры), цветной свет приходится получать с помощью субтрактивного метода, т. е. пропуская через светофильтры. Но так как на практике трудно изготовить фильтры, у которых менялась бы полоса пропускания, при желании получить на экране изображение с меняющимся цветом приходится использовать сложение окрашенных потоков, изменяющихся по интенсивности (т. е. обращаться к аддитивному смешению).

При получении окрашенных потоков света следует учитывать следующий факт. Так как на практике светофильтры не могут обеспечить 100% чистоты, треугольники, составленные из полученных с их помощью цветов, могут охватить лишь часть поверхности цветового графика (см. цветной рис. 1). Для увеличения этой площади и приближения ее границ к локусу приходится строить уже не треугольники цветов, а многоугольники (обозначено пунктиром ABCD).

Поэтому многие конструкторы, отказываясь от смешения далеко лежащих друг от друга цветов (что особенно нежелательно в криволинейной сине-зеленой области графика), не ограничиваются трехцветными источниками света, а подбирают по мере возможности максимальное количество фильтров разных цветов, близких к локусу, и поочередно используют их без особого расчета на возможности аддитивного смешения.

Прежде всего это относится к инструментам, на экране которых цвет организован в фигуры, линии. При работе с бесформным цветом, где он является единственным средством воздействия, из-за необходимости гибкого и свободного управления цветом сохраняется целесообразность обращения к аналитическому решению цветовых многоугольников с последующим моделированием их с помощью электронных и электромеханических устройств.

Это очень трудная задача и не только для радиолюбителей, поскольку нужно добиться изменения цветового тона без изменения чистоты и яркости. Усугубляются трудности и тем, что, кроме особенностей цветового зрения, необходимо учитывать в каждом конкретном случае спектральные характеристики светофильтров и источников света.

Кроме того, при стремлении получить все цвета (включая белый и серые) за счет аддитивного смешения трех основных цветов (как это, положим, принято в цветном телевидении), следует учитывать еще один важный момент. Как уже отмечалось выше, при аддитивном смешении результирующий цвет зависит от того, в каких пропорциях взяты выбранные в качестве основных цвета, например красный — зеленый — синий, причем если взять по 1 лм этих цветовых потоков, получится… отнюдь не белый свет. При такой равной пропорции, оказывается, «побеждает» синий цвет. Его «окрашивающая» способность при смешении цветовых потоков намного выше, чем у красного и тем более у зеленого цвета (этим как бы компенсируется малое значение спектральной чувствительности глаза к синему цвету). К примеру для «тройки» основных по стандарту цветов R (красный) с λ=700 нм, G (зеленый) с λ=546 нм, В (синий) с λ = 435,8 нм белый свет получится лишь при соблюдении пропорции 1:4: 0,06. Для любой другой «тройки» цветов это соотношение будет иным.

В заключение ответим на вопрос, который часто интересует радиолюбителей. Можно ли использовать для окрашивания света эффект Бенхема, когда «цветной свет» получается из мелькающего белого света без использования светофильтров. Эффект заключается в том, что при действии на глаз определенных чередований света наблюдается чисто субъективный феномен появления «кажущихся» цветов. Эту пульсацию света можно получить, смотря на вращающийся белый диск с рядом нескольких радиальных фигур или с помощью безынерционного источника света, управляемого генератором, который формирует соответствующий амплитудный контур этих вспышек света. Уже проводились эксперименты по воспроизведению цвета таким способом на черно-белой телевизионной трубке, появились научные работы и о возможности использования этого эффекта в светомузыке [87]. Но следует разочаровать читателя. Эффект Беихема объясняется в основном небольшой разницей во времени затухания импульса в трех основных цветовых рецепторах глаза. И поэтому получение насыщенных цветов на основе этого эффекта прин ципиально невозможно. К тому же ощущения этих «кажущихся» цветов у разных лиц могут весьма заметно различаться…

Источник: Галеев Б. М., Сайфуллин Р. Ф., Светомузыкальные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Энергия, 1978.— 176 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 968).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты