Színekről világítástechnikusoknak

Színekről világítástechnikusoknak

Schanda JánosVirtuális Környezet és Fénytani

LaboratóriumPannon Egyetem

Pannon EgyetemVirtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

Mi a szín? észlelet, mely az agyban

keletkezik; színinger, mely a környezetből

érkező, a szemünkbe bejutó elektromágneses sugárzás látható része;

érzéklet, az érzékelő sejtekben kiváltott ingerület.


Színes fények keveréke

Additív színkeverés

Az észlelet a látórendszerünk-ben keletkezik


Színkeverés a monitorban

vörös, zöld, kék fénypor sugárzásánakkeveréke adja a színes fényingert a monitoron.


A szín észlelet Az agyban keletkezik. A színingerek időbeni és térbeni

kölcsönhatása az inger hatását, az észleletet módosítja. Példák: háttér hatása színkontraszt asszimiláció színkülönbség észlelése


Háttér hatása


Színkontraszt


Asszimiláció


A színkülönbség észlelete

A háttér hatása az észlelt színkülönbségre


Színes utókép


Színes utókép


Tematika Az emberi színlátás mechanizmusa A színinger objektív meghatározása

fényforrások színi jellemzése Magasabbrendű színtan

színi adaptáció, áthangolódás; Színvisszaadás; szín megjelenés.


A szem szerkezete


A retina szerkezete


Csapok és pálcikák


Csapok eloszlása a foveában


Normál színlátó


Csapok és pálcikák eloszlása a retinában


A három csap típus színképi érzékenysége

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

350 450 550 650 750

wavelength, nm

log

co

ne

ac

tio

n s

en

sit

ivit

y

L-cone

M-cone

S-cone


Ép színlátás


Antagonisztikus színcsatornák és avilágossági csatorna


Színlátási rendellenességek Dichromát

protanope deuteranope tritanope

Anomális trichromázia protanomalia deuteranomalia tritanomalia

Monochromat csap monochromat pálcika monochromat


1,00 % 0,02 %


1,10 % 0,01 %


0,002 % ? %


A színtévesztés alaptípusaiPro

tan

óp

iaD

eu

tera

nó

pia

Tritanóp

ia


Az ingerület útja a szemtől az agyig


Neurális út - 1

Akromatikus csatorna: L + M csap jel spektrális érzékenység: VM(l)

flicker fotometria kis lépések világosság összehasonlítás jó térbeli felbontás

Gyors észlelés Neuronok a magnocellularis réteghez


Neurális út - 2

Színi csatornák Parvocellularis neurális ingerületvezetés az

ikertestekhez (Lateral Geniculate Nucleus, LGN)

(L+M) < - > S; L < - > M csatorna jel processzálás lasúbb téri felbontás nem nagyon jó


Mezopos fotometria

Fénysűrűség tartomány

10-3 cd/m2 < 3 cd/m2 Csap – pálcika kölcsönhatás Látóélességet a mezopos

tartományban is a foveális látás szabja meg

Világosság értékelés: equivalens fénysűrűség


Szabványos színképi érzékenységi görbék

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

wavelength, nm

rel.

sens

itivi

ty

V(l)

VM(l)

V´(l)

y(l)10


Színinger metrika Színinger-megfeleltetés A CIE (Nemzetközi Világítástechnikai

Bizottság) színinger-mérő rendszerei R,G,B alapszíningerek XYZ színminger metrika

2°-os észlelő 10°-os észlelő

x,y-színinger diagram egyenletes közű színinger-terek


Az additív színegyeztetés

alapkísérlete ö s s z e h a s o n l í t óf é n y f o r r á s o k

v i z s g á l a n d ó f é n y f o r r á s

i n t e n z i t á s t s z a b á l y o z óf é n y r e k e s z


CIE színingermetrika, 1 A színinger-egyenlet feltételei:

2° osztott látómező, központi fixálás, sötét környezet.

Alapszíningerek (megfeleltető, refrencia, primér ingerek, -stimulusok):

vörös (R): 700 nm, 1 cd/m2

zöld (G): 546,1 nm, 4,5907 cd/m2

kék (B): 435,8 nm, 0,0601 cd/m2

C R G B ( ) + ( ) + ( )R G B


Színingermegfeleltető függvények

-0,15-0,10-0,050,000,050,100,150,200,250,300,350,40

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

hullámhossz, nm

rgb

szí

neg

yezt

ető

fg

.

R( )G( )B( )


A színinger-megfeleltetés additív

H a

C r( 1 1) ( ) + g ( ) + b ( )1 1 R G B é s

C r( 2 2) ( ) + g ( ) + b ( )2 2 R G B a k k o r :

C C r r( ( ( ) 1 2 1 2) + ) ( ) + ( g + g ) ( ) + ( b + b ) ( )1 2 1 2 R G B


Additivitás: összetett színkép

R k P r

G k P g

B k P b

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

380 nm

780 nm

380 nm

780 nm

380 nm

780 nm


Additivitás: összetett színkép Leírás integrálok formájában

nm 780

nm 380

nm 780

nm 380

nm 780

nm 380

d)()(

,d)()( ,d)()(

bPkB

gPkGrPkR


X,Y,Z színinger tér: CIE 1931 szabványos színinger-észlelő

1. Az equienergetikus színkép színinger-összetevői azonosak legyenek.

2. A fotometriai információt egyetlen színinger-összetevő, (Y), hordozza (ha sugársűrűséget mértünk, úgy a fénysűrűséget kapjuk). Azaz az Y() = V().

3. Az összes reális színinger színinger-összetevői a színingertér első negyedében feküdjenek, s olyan kicsinyek legyenek, amennyire csak lehetséges.


RGB - XYZ matrix transformáció

B

G

R

Z

Y

X

59427,505651,000000,0

06010,059070,400000,1

13016,175175,176888,2

Az inverse transformació: 0,41846 -0,15866 -0,08283

-0,09117 0,25243 0,01571

0,00092 -0,00255 0,17860


A CIE 1931 színinger-megfeleltető függvények


A színinger-összetevők értéke

A z S ( ) s p e k trá lis e lo s z lá s ú s u g á rz á s

s z ín in g e r -ö s s z e te v ő i:

X k S x Y k S y

Z k S z

( ) ( ) , ( ) ( ) ,

( ) ( )

d d

d

3 8 0 n m

7 8 0 n m

3 8 0 n m

7 8 0 n m

3 8 0 n m

7 8 0 n m

h a k = 6 8 3 lm /W , a k k o r fo to m e tr ia i a d a to k a t

k a p u n k .


Felület/test színingerek mérése Sugársűrűségi tényező (b l)= Lrefl (l)/Lbe (l) Színinger-összetevő:

nm 780

nm 380

nm 780

nm 380

nm 780

nm 380

d)()()(

,d)()()( ,d)()()(

zSkZ

ySkYxSkX

d)()(

1

ySk


Színességi koordináták

ZYX

Zz

ZYX

Yy

ZYX

Xx

, ,

ahol x + y + z = 1


Szín

(inger-)

diagram

vagy

színességi

diagram


CIE 1931 és 1964 szabványos színingermérő észlelők

wavelength, nm

0,00E +00

5,00E -01

1,00E +00

1,50E +00

2,00E +00

2,50E +00

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

x10

y10

z10

x2

y2

z2


MacAdam ellipszisek The CIE x,y

diagram színinger-megkülön-böztetési ellipszisek-kel


Szabványos sugárzáseloszlások


Felület (test) színingerek mérése A visszaverés etalonja:

Tökéletesen visszaverő diffúzor A szórt visszaverési tényező másodlagos etalonjai

Préselt BaSO4 por-tabletta “ halon" fehér etalon

Szabványos mérési geometriák 45°/merőleges irányított visszaverési tényező (reflectance

factor) diffúz/merőleges visszaverési tényező, tükrös komponenst

belemérve/kiküszöbölve merőleges/diffúz, visszaverési tényező, tükrös komponenst

belemérve/kiküszöbölve


CIE 1976 (L*a*b*) szín(inger)tér,

CIELAB színtér

L* 116(Y/Yn)1/3 - 16

a* 500 ( X/Xn)1/3 - (Y/Yn)1/3

b* 200 (Y/Yn)1/3 - (Z/Zn)1/3

ha X/Xn > 0,008856

Y/Yn > 0,008856

Z/Zn > 0,008856


CIE 1976 a,b színinger-különbség és összetevői

Színinger-különbség: Eab (L*)2 + (a*)2 + (b*)21/2

CIE1976 a,b króma: Cab* (a*2 + b*2)1/2

CIE 1976 a,b színezeti szög:

ha arctan (b*/a*)

CIE 1976 a,b színezeti különbség:

Hab* (Eab*)2 - (L*)2 - (Cab*)21/2


Munsell rendszer képe


Az NCS színtér


A Coloroid színtér alakja


Különböző hőmérséklet fogalmak

Valódi hőmérséklet

Sugárzási hőmérséklet

Eloszlási hőmérséklet

színhőmérséklet Korrelált színhőmérséklet


Fényforrások színi jellemzése Fény(forrás) színinger-mérése

színességi koordináták (domináns hullámhossz – gerjesztési

tisztaság) színhőmérséklet korrelált színhőmérséklet

Fényforrás színképe színvisszaadás


Szín

(inger-)

diagram

vagy

színességi

diagram


Korrelált színhőmérséklet Azonos korrelált színhőmérsékletű vonalak

(az u,v-diagramban merőlegesek a Planck görbére)


Fényforrások színi jellemzése Fény(forrás) színinger-mérése

színhőmérséklet korrelált színhőmérséklet

Színvisszaadás Az észlelt felület-szín függ a

megvilágító színképi teljesítményeloszlásától

színi áthangolódás: von Kries törvény, Bradford transzformáció, leírás az észleletet követő színrendszerben


Színi áthangolódás - 1




Két sugárzó színképe, melyek színingerpontja azonos

Spetrális teljesítményeloszlás

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

hullámhossz, nm

rel.

telje

sítm

ény


A két sugárzó színpontja és a velük megvilágított minta színpontjai

0.328

0.330

0.332

0.334

0.336

0.338

0.340

0.342

0.300 0.350 0.400

x

y

D65

3-line


Színvisszaadási index

Minták színmegjelenése összehasonlítva ideális fényforrással

történő megvilágítás alatt látható színmegjelenéssel Ideális fényforrás, a vizsgálandóval azonos korrelált

színhőpmérsékletű: 5000 K alatt: Planck sugárzó 5000 K felett nappali (Daylight, természetes) sugárzáseloszlás

Minták: 8 + 5 Munsell színminta von Kries színi áthangolódás Színinger-különbség U*,V*,W* térben

Ri =100-DEi, Ra = S(Ri )/8, i= 1 ... 8


A színvisszaadás számítás folyamatábrája

Ref.illuminant

Test

source

Equal

CCT

test sourceU*V*W* transf.

Test smpls.

illum.

test smpl.

CIE

XYZ

Test smpls.

illum.

ref. illum.

XYZ

U*V*W*

Colour

diff.

Chrom.

adapt.

CRA

CRI

A színvisszaadás aktuális kérdései Színhűség: legkisebb eltérés az

egyes színeknél a referencia fényforrás alatt látott színtől

Preferált színvisszaadás: A látvány legyen kellemes, „természetes”, „élénk”


Főbb színvisszaadási modelek CIE 13.3: jelenlegi szabvány nCRI: színhűséget leíró model CQS (Color Quality Scale):

színminőséget leíró skála, preferenciát is figyelembe vesz: nagyobb telítettség kedvező, túlzottan sárgás vagy kékes fehér színt bünteti


69

Kísérleti módszerek Doboz kísérlet:

színhűség

Kísérleti szoba: színpreferencia

nCRI

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Colour shift in CAM02-UCS space - Full set (200)(o:- reference, Open end:- tested)

aM'

bM'

2 x 90 minta:• Nagy és kis

színállandósággal• + 4x20 bőr szín• CIECAM02

színmegjelenési model

• Négyzetes átlagolás• Nem-lineáris DE-Ri

transzformáció

Színpreferencia vizsgálatok

Abszolút preferencia természetes tárgyak esetén

Relatív preferencia lépek esetén

Kérdések: élénkség természetessé

g preferencia

fényforrás Megvilágí-tás, lux

L-00 Incandescent 721

L-01 RGB-LED 716

L-02 CFL 684

L-03 Ph-LED 682

L-04 P/L LED-bulb 690

Preferencia: természetes tárgyak

Naív és szakértő észlelők

Preferencia kísérleteke

Kérdések: természet

es élénk preferált

Naturalness, all

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

L-00 L-01 L-02 L-03 L-04

light source

visu

al s

core

Vividness, all

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

L-00 L-01 L-02 L-03 L-04

light source

visu

al s

core

Tárgyaktól való függés: portré virágok gombolyago

k


Világosság - fénysűrűség viszony A fénysűrűség nem a világosság

korrelátuma Fénysűrűség csak az akromatikus

világosságot írja le Ware-Covan korrekció:L** = log(L) +C

C=0.256 - 0.184y - 2.527 xy + +4.656x3y + 4.657xy4


Azonos fénysűrűség által keltett világosság észlelet


CIECAM02 modell

Bemenő mennyiségek: Jel színinger összetevői Megvilágító színinger összetevői Fehér pont Y színinger összetevője Háttér fénysűrűsége Környezet jellemzői: világos,

félhomályos, sötét


CIECAM02 modell

Kimenő mennyiségek: Színezeti szög / quadráns Relatív világosság (korrelátum) Világosság (korrelátum) Telítettség (korrelátum) Chroma Színgazdagság


Összefoglalás Fényforrás jellemzők:

Színinger-koordináták Színhőmérséklet Korrelált színhőmérséklet Színvisszaadási index

Tervezni kell Fénysűrűségre Világosságra Színvisszaadásra


Jövőkép

Fotometria, mely figyelembe veszi a Feladatot Látótérben lévő többi tárgyat Optimalizál a hasznos és káros

hatások között (láthatóság, észlelhetőség, káprázás stb.)

Képfeldolgozó fotométerek és színmegjelenést leíró berendezések

Documents

Színekről világítástechnikusoknak