Upload
phamthuy
View
225
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Geometrická optikaVnímání a měření barev
světlo určitého spektrálního složení vyvolá po dopadu na sítnici oka v mozku subjektivní barevný vjem
fyzikální charakteristika subjektivní vjem
světelný tok subjektivní jas
vlnová délka
čistota
tón barvy
sytost barvy
subjektivní psychofyziologický vjem zprostředkovaný zrakovým orgánemvjem závisí na podmínkách pozorování
Barva
Geometrická optikaVnímání a měření barev
barevné vnímání zprostředkovávají čípky (tzv. fotopickévidění), které mají tři různé orgány citlivé na červenou, zelenou a fialově modrou složku barvy světla
citlivost základních tří orgánů pro vnímání barev je vyjádřena tzv.barevnými podněty
Geometrická optikaBarva světla
závisí pouze na spektrálním složení pozorovaného zářenív praxi existují různé zdroje světla s různým spektrálním složení
LED
zářivka
Geometrická optikaBarva předmětů
závisí na intenzitě světla vyzařovaného tělesem (např. odraženého nebo prošlého záření) a na spektrálním složení světla, kterým je předmět ozařován
)(λR
)(0 λI
)()()( 0 λλ=λ RII
vnímaná barva předmětučervené světlo bílé světlo
Geometrická optikaMíšení barev
zrak nemá schopnost rozlišovat jednotlivé barvy ve složeném světlestejný barevný vjem lze získat kombinací různých světel
Aditivní míšení barev
součtové skládání barev – sčítají se jednotlivé světelné toky a výslednéspektrum záření je poté vnímáno zrakem jako celekmíšením tří základních barev A,B,C lze získat jakoukoliv barvu Xsmícháním doplňkových barev vznikne bílá barva
X = A + B + C X + C = A + B
Geometrická optikaSubtraktivní míšení barev
odečítání barev z dopadajícího spektra zářeníze spektra se odebírají části světelného toku (pomocí spektrální propustnosti T(λ) vhodného barevného filtru nebo různé spektrální odrazivosti R(λ)povrchu předmětů)
λ
)(λT žlutý filtr
zelená barva
modrý filtr
Geometrická optikaMěření barev – systém RGB
aditivního skládání barev lze využít ke kvantifikování barev
barevný vjem může být vytvořen aditivním míšením tří primárních barevných podnětů (R,G,B) o definovaných světelných tocích ΦR , ΦG , ΦBve velmi širokém oboru pozorovacích podmínek
Φ = ΦR + ΦG + ΦB
barevné podněty spektrální barvy
charakterizují plněbarvu
RW
GW
BW
nm700=λR
nm8,435=λB
nm1,546=λG
)(λr
)(λg
)(λbkonst.)( =λrefW
)(, λ≡Φ λ Vrefe
),( 21 λλ∈λ ref
plochybílématně
referenční polemonochromatickásvětla
Geometrická optikaBarevné podněty spektrálních barev - experiment
spektrální složeníbarevného podnětu
RW
GW
BW
nm700=λR
nm8,435=λB
nm1,546=λG
)(λr
)(λg
)(λbkonst.)( =λrefW
)(, λ≡Φ λ Vrefe
),( 21 λλ∈λ ref
plochybílématně
referenční polemonochromatickásvětla
RRmR VWK )(λ=ϕ)(
dd
λ=λ
Φ=ϕ VWK refm
refrefBGRref ϕ+ϕ+ϕ=ϕ
])()()([1)( BGGGRRref
VWVWVWW
V λ+λ+λ=λ
GGmG VWK )(λ=ϕ
BBmB VWK )(λ=ϕ
)( BB VV λ=
Geometrická optika])()()([1)( BGGGRR
ref
VWVWVWW
V λ+λ+λ=λBarevné podněty spektrálních barev
Rref
RR V
WWrC )()(1 λ
=λ⇒= )()()()( λ+λ+λ=λ bCgCrCV BGR
∫∫∫∞∞∞
λλ=λλ=λλ000
d)(d)(d)( bgr
poměr světlosti barev R-G-B: 1:4.6:0.06 poměr zářivých toků R-G-B: 72.1:1.38:1
poměr světlosti barev R-G-B: 1:4.6:0.06 poměr zářivých toků R-G-B: 72.1:1.38:1
Geometrická optika
nm8,435nm1,546nm700 =λ=λ=λ BGR
Měření barev – systém RGB
světlo se dá jednoznačně určit pomocí složek R-G-B (barevné podněty danébarvy)
∫∞
λλλ=0
d)()( WrR
∫∞
λλλ=0
d)()( WgG
∫∞
λλλ=0
d)()( WbB
barevné souřadnice
BGRRr++
=
BGRGg++
=
BGRBb++
=
Geometrická optikaTransformace barevného systému R-G-B
barevný systém R-G-B má tu nevýhodu, že některé souřadnice barev (r,g,b) vycházejí záporné a bílý bod je nesymetricky umístěn v chromatickém diagramu
proto se provádí lineární transformace do systému XYZ, kde jsou všechny souřadnice kladné
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡⋅⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
bgr
zyx
59427,505651,0006010,059070,4113016,175175,17688,2
Geometrická optikaMěření barev – systém CIE 1931
podle normy Mezinárodní osvětlovací komise (CIE 1931, vzniklé na základěměření velkého počtu pozorovatelů, se předpokládá, že oko vnímá třemi základními fyziologickými orgány, jejichž citlivost k barvám je vyjádřena barevnými podněty (trichromatickými členiteli) spektrální barvy vlnovédélky λ
)(λx)(λy
)(λzbarevné podněty spektrálních barev
druhý barevný podnět je roven poměrné světelné
účinnosti záření)()( λ=λ Vy
Geometrická optika
při určování barvy světla se nejprve určí barevné podněty X, Y, Z, kterévytvoří světlo o spektrálním složení W(λ)
barevné podněty (trichromatické složky světla)
∫∞
λλλ=0
d)()( WxX ∫∞
λλλ=0
d)()( WyY ∫∞
λλλ=0
d)()( WzZ
hodnota Y je přímo úměrná celkovému světelnému toku]cd/m[683 2YL =jas barevného podnětu
barevné souřadnice (x,y,z)
barva světla je potom jednoznačně definována pomocí tzv. barevných souřadnic
ZYXXx++
=ZYX
Yy++
=ZYX
Zz++
= 1=++ zyx
Geometrická optikadiagram chromatičnosti
barevné souřadnice (x,y) lze pro přehlednost vynést do tzv. diagramu chromatičnosti (kolorimetrického trojúhelníka)
křivka spektrálních barev
Geometrická optikaVnímání barvy světla odraženého nebo propuštěného
spektrum odraženého resp. prošlého světla se mění a tím se také měníbarevný vjem
barevný vjem poté závisí na spektrálním složení W(λ) zdroje světla a spektrální odrazivosti R(λ) resp. propustnosti T(λ) pozorovaného předmětu
∫∞
λλλλ=0
d)()()( WRxX ∫∞
λλλλ=0
d)()()( WRyY ∫∞
λλλλ=0
d)()()( WRzZ
Geometrická optikaTeplota barvy světla
rostoucí teplota
Druh světla Teplota barvy T [K]
plamen svíčky 1850
40-200 W žárovka 2700-3000
východ Slunce 3200
přímé slunce 5000-5400
měsíční světlo 4100
denní světlo (slunce) 5500-6500
denní světlo (zataženo)
6000-7500
modrá obloha 9000-14000
teplota absolutně černého tělesa, jehož záření má stejnou barvu
Geometrická optikaStandardizované zdroje světla
pro měření barvy odraženého resp. prošlého světla byly standardizovány následující zdroje A, B, C, D, E, D65
A žárovka 300 W
B přímé sluneční světlo
C rozptýlené sluneční světlo
E izoenergetické bílé světlo
D65 průměrné denní světlo
zdroj T [K]
A 2856 K
B 4874 K
C 6774 K
E 5600 K
D65 6500 K
Geometrická optikaBílé (achromatické) světlo
za bílé světlo se nejčastěji považuje světlo zdroje C, D65 nebo izoenergetickésvětlo E o barevných souřadnicích x = 1/3, y = 1/3
převládající vlnová délka
vlnová délka, ve které spojnice bílého bodu s bodem znázorňujícím danou barvu protíná křivku spektrálních barev – udává barevný tón
sytost barvy
vzdálenost bodu X2 znázorňujícího danou barvu od bílého bodu E, vyjádřená v procentech vzdálenosti bílého bodu od spektrálního bodu X1měřené na spojnici uvažovaného bodu s bílým bodem
1X
2X
Geometrická optikaZobrazení barev na obrazovce
při zobrazování barev na nejrůznějších zařízeních (barevné obrazovky, LCD displeje, skenery, tiskárny, apod.) není možné zobrazit všechny možnébarvy, ale pouze určitou část
sRGB barevný prostor