Тема лекций №13. Приборы для измерения цвета

Условия рассматривания. Цветные образцы полиграфической и фотографической про­дукции могут рассматриваться непосредственно глазом или с использованием просмотровых устройств. Они также могут ис­пользоваться для технических целей, например печать с нега­тива на позитив в фотографии. Цветные иллюстрации предназ­начены для рассматривания невооруженным глазом в отражен­ном свете. Поэтому с точки зрения эффективности измеряемых плотностей необходимо знать соответствующие оптимальные условия рассматривания и измерения.

Наиболее удобно рассматривать отпечатки, когда направле­ние зрения перпендикулярно их поверхности. Если иллюстра­ция освещается направленным светом, то свет должен падать под углом 45°, чтобы исключить возможные блики. Выпускают­ся специальные осветительные установки для рассматривания отпечатков в отраженном свете с учетом вышесказанного, а так­же с нормированием уровня освещенности и цветовой темпера­туры (при работе с глянцевыми изображениями или свежеотпечатанными дополнительно устанавливается поляризационный светофильтр, как при рассматривании, так и при измерении). Для рассматривания образцов, «слайдов', в проходящем свете также используются специальные осветительные установки с освещением рассеянным светом определенного уровня яркости и цветовой температуры. В комплект такой аппаратуры обычно добавляют нейтрально-серые рамки определенной плотности для уменьшения фонового освещения и комплект оптических клиньев для визуального контроля.

Классификация способов измерения цвета

В предыдущих разделах способы оценки цвета классифици­ровались в виде систем спецификации и колориметрических си­стем. А как говорили древние философы, чтобы понять что-то, это что-то надо измерить. Чтобы правильно воспроизвести цвет, его необходимо измерить. Необходимо также контролировать процесс тиражирования данного изображения цвета.

В полиграфии, фотографии и других отраслях науки и техни­ки измерение цвета может осуществляться в зависимости от цели двумя способами: колориметрически и денситометрически.

Денситометрические измерения проводят с использованием денситометров, работающих в проходящем или отраженном све­те, а также «оцифровывают» изображение с помощью сканеров. Колориметрические измерения бывают визуальные, фото­электрические, спектральные:

а) первые выполняются с использованием визуального коло­риметра или атласа цветов;

6) вторые выполняются с использованием спектрально-согла­сованного или спектрально-несогласованного фотоэлектричес­кого колориметра;

в) спектральные измерения производятся в автоматическом режиме в спектроколориметре или производится расчет по из­меренной спектральной кривой образца и таблицам для расче­та координат цвета.

Предложенное деление достаточно условно, на самом деле суще­ствуют общие принципы измерения и управления цветом, но для конкретных перечисленных способов существуют некие нюансы.

Прежде чем рассматривать конкретные способы измерения, необходимо вспомнить такие термины, как метамерность и изомерностъ. На этих двух понятиях основана сама возможность воспроизведения и измерения цвета любым способом. Они обычно относятся к получаемым или сравниваемым цветам, при­чем цветам зрительно одинаковым, и еще чаще — к излучениям, вызывающим ощущение одинаковых цветов. Часто (и неправиль­но) понятие «метамерность» относят к окраске предмета и изме­нению цвета этого предмета в зависимости от цветовой темпера­туры освещения. Напомним, что два цвета метамерны. т.е. оди­наковы по цвету, если световые пучки, вызвавшие ощущение оди­наковости этих цветов, различны по спектральному составу Из определения следует, что метамерные цвета необходимо сравни­вать визуально или путем измерения на колориметре.

Если цвета по спектральному составу совершенно одинаковы, то их называют изомерными, например цвета оттисков полигра­фического тиража, напечатанного одной триадой красок.

Цветные денситометры, особенности измерения цветовых величин. Для измерения оптических плотностей в проходящем или в отраженном свете в полиграфии и фотографии используются денситометры трех видов:

а) денситометры для измерения в проходящем свете;

б) денситометры для измерения в отраженном свете:

в) универсальные денситометры для измерения и в проходя­щем, и в отраженном свете.

При измерении в проходящем свете измеряемый прозрачный образец помещается между источником света и фотоприемни­ком на измерительный стол и производятся измерения оптичес­кой плотности. Используется формула

При измерении в отраженном свете измеряемый непрозрач­ный образец помещается на белую поверхность, измерения про­изводятся фотометрической головкой, которая освещает обра­зец определенным образом и она же собирает отраженный свет. В этом случае оптическая плотность определяется по формуле

(13.1)

В универсальных денситометрах есть и измерительный стол для измерения и фотометрическая головка для измерения . Общим является блок обработки данных и индикации.

Общая схема условий освещения и наблюдения в колориметрии. Во всех колориметрических приборах, как и в денситометрах соблюдаются определенные структуры световых пучков: пада­ющего на образец и отраженного от него (так называемая гео­метрия измерения). С1Е устанавливает четыре нормы, схематич­но представленные на рис. 13.1. Для краткости их зашифровы­вают дробью: в числителе—условия освещения, в знаменателе — условия наблюдения, 45°/0 — ось освещающего пучка составляет угол 45±5° с нор­малью к поверхности образца. Угол между направлением наблю­дения и нормалью не должен превышать 10°, а угол раскрытия освещающего и наблюдаемого пучков — не более 5°.

0/45° — условия освещения, сформулированные выше, ста­новятся условиями наблюдения, а условия наблюдения — усло­виями освещения.

Рис. 13.1. Схема условий освещения, наблюдения и измерения образца в колориметрии.

Дифф/0—для освещения используют интегральную сферу— внутреннюю поверхность шара, покрытую окисью магния или сульфатом бария и поэтому рассеивающую свет близко к идеаль­ному. Угол между нормалью к измеряемому образцу и осью пучка не должен превышать 10°. Угол раскрытия наблюдаемого пучка не более 5°. Экран, показанный на рисунке, препятствует попа данию на образец или стенку шара прямого отраженного света.

0/дифф—условия освещения, сформулированные выше, ста­новятся условиями наблюдения, а условия наблюдения—усло­виями освещения.

Эти условия должны выполняться при колориметрически или визуальных измерениях цвета.

Рис. 13.2. Примерная схема взаимодействия

При спектрофотометрических измерениях в этих условиях должны измеряться спектральные коэффициенты пропускания, отражения или соответствующие оптические плотности.

Измерение цвета в системах СIЕ имеет особенности. Обычно измерения проводятся в явном или скрытом виде в системе СIЕХYZ, затем пересчитываются по соответствующим формулам в требуемую систему СШ или аппаратно-зависимую RGB. Под термином «аппаратно-зависимая» понимается система основных RGB, используемых в конкретном устройстве. Возможен и обратный порядок действия: измерения в RGB, пересчет в CIEXYZ, а затем—в требуемую систему СIЕ. В этом случае изготовитель устройства разрабатывает математический аппарат по такому пересчету для всех цветностей и светлот Одна из схем измерения приведена на рис. 13.2. аппаратно-зависимых и СIЕ колориметрических систем в полиграфических устройствах управления цветом.

Спектрофотометры, Спектроколориметры, колориметры. Спектрофотометры измеряют спектральные коэффициен­ты пропускания, отражения, спектральные оптические плотности отражения или пропускания. Эти спектральные величины затем могут быть использованы для расчета координат цвета. Измерения могут быть ручные, для каждой длины волны, с автоматической, последовательной разверткой спектра или од­новременные. Величины измерений могут считываться визу­ально, в виде графика или запоминаться микропроцессором в цифровом виде. Принципиальная блок-схема регистрирующего спектрофото­метра приведена на рис. 13.3.

Основной блок спектрофотометра — монохроматор — уст­ройство, разлагающее белый свет в спектр. В основе разложе­ния в спектр лежат три явления: преломление, дифракция, ин­терференция.

Рис. 13.3. Принципиальная блок-схема спектрофотометра:

ИС — источник света; М — монохроматор; 0/45 или дифф/0 — способ измерения МКО; Ф — фотоэлемент; Р — графическое представление

Преломление света внутри оптической среды зависит от дли­ны волны (дисперсия света), используется для получения спектра с помощью призм. Дисперсия призменного спектра не ли­нейна, т.е. в разных частях спектра на единицу длины прихо­дится различный интервал длин волн.

Получение спектра связано с преломлением света на тонких пленках с последующей интерференцией, т.е. ослаблением или усилением потока, основанном на волновой теории света. Монохроматоры строят либо на базе набора монохроматических све­тофильтров, которые необходимо поочередно вводить в свето­вой поток, либо на базе интерференционного клина, сразу раз­лагающего поток на спектр. Таким способом можно получить достаточно высокую линейную дисперсию.

Дифракция света — совокупность явлений, обусловленных волновой природой света, наблюдается при его распростране­нии в оптически неоднородных средах. Такие среды создают искусственно, нанося тонкие непрозрачные штрихи или бороз­дки с призменным профилем. Дифракция происходит по при­чине отгибания светом препятствия. Такой удлиненный путь со­здает наложение волн света с последующей интерференцией. В оптике используют множество видов решеток. Для современных компактных колориметров используют голографические решет­ки с большим количеством линий на 1 мм. Дифракционный спектр в рабочей части практически линеен. Нелинейность воз­никает в нерабочей части, на концах спектра.

Спектроколориметры имеют то же строение, что и спект­рофотометры, но в них добавлен блок обработки результатов из­мерения (процессор). В памяти процессора могут содержаться дан­ные о нескольких источниках света, расчеты могут также выпол­няться для различных наблюдателей С1Е 1931 г. и СЕ 1964 г. и т.д.

Применение очень малых, но изготовленных с большой точ­ностью и с высокой линейной дисперсией дифракционных ре­шеток на базе лазерной голографии, использование фотодиод­ных линеек позволили создать компактные спектроколориметры, не содержащие движущихся частей. Такие приборы позво­ляют за доли секунды производить расчеты цветовых коорди­нат с шагом по спектру от 1 до 20 нм. В полиграфии применяют Спектроколориметры компактные или соединенные с персональным компьютером.

Колориметры бывают двух видов: визуальные и фотоэлек­трические (иногда их компактную модификацию называют колориметры-денситометры, особенно если встроена функция денситометрических измерений).

Визуальные колориметры рассматривались в разделе коло­риметрических систем, в основном используются для физиоло­гических измерений в колориметрии.

Фотоэлектрические колориметры бывают двух типов: спек­трально несогласованные и спектрально согласованные.

Спектрально несогласованные колориметры измеряют ко­ординаты цвета непосредственно по количествам основных цветов в смеси. Спектрально согласованные фотоэлектрические колориметры измеряют цвет по спектральному составу излучения, но в отличие от спектрофотометрических измерений оценка спек­трального состава излучения происходит интегрально, как в денситометрах. В результате измерений сразу получаются зна­чения координат цвета. Операция согласования заключается в воспроизведении кривых сложения при помощи корригирую­щих светофильтров или теневых масок. Обычно воспроизводят кривые сложения системы С1ЕХУZ.

Применение теневой маски возможно только в случае раз­ложения света в спектр. Маска физически ограничивает интен­сивности пропускаемых ею монохроматических излучений в соответствии с высотами выреза, т.е. изменяет соотношение лучей в спектре за счет физического перекрытия части лучей из общего потока. Это должно происходить до интегрирующего ус­тройства, например интегрирующего шара.

Измерение при помощи спектрально согласованного колори­метра производят сразу в трех каналах либо, в одном, но с заме­ной светофильтров. В колориметре с тремя (четырьмя) каналами возможна схема измерения без перемещения деталей. В ко­лориметре с одним каналом необходим поворачивающийся диск с набором светофильтров. Это замедляет процесс измерения.

Основная литература (осн. 1 [245-256])

Контрольные вопросы

Какими способами осуществляется техническая измерения цвета?

Какие цвета называют изомерными?

Назовите виды денситометров.

Опишите схему освещения и наблюдения в колориметрии.

Что измеряют спектрофотометром?