Wykad 9

(1)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak, prof. uczelni

9. Kolorymetria: wprowadzenie historyczne (poglądy intuicyjne, poglądy empiryczne, modele XIV-XIX-wieczne);

Atlas barw Munsella

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/

Miejsce konsultacji: pokój 27 bud. A-1;

terminy: patrz strona www

(2)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Kolorymetria i widzenie barwne

- Mielicki J. „Zarys wiadomości o barwie” Fundacja Rozwoju

Polskiej Kolorystyki, Łódź 1997

- Felhorski W., Stanioch S. „Kolorymetria trójchromatyczna”

WNT, Warszawa 1973

- Ratajczyk F. Podręcznik „Kolorymetria praktyczna” (w

przygotowaniu)

- Kozłowski T. „Teoria postrzegania barw”

- Pastuszak W. „Trzy spojrzenia na barwę” Wydawnictwo

Lekarskie PZWL Warszawa 2005

- Pastuszak W. „Barwa w grafice komputerowej” PWN Warszawa

2000

(3)

Fotometria i kolorymetria

(4)

Fotometria i kolorymetria

(5)

Fotometria i kolorymetria

Widmo światła białego

400 - 450 nm VIOLET - fiolet 450 - 500 nm BLUE - niebieski 500 - 560 nm GREEN - zielony 560 - 590 nm YELLOW - żółty 590 - 630 nm ORANGE - pomarańczowy 630 - 780 nm RED - czerwony

(6)

Fotometria i kolorymetria

Prof. Paul Schils

http://home.wanadoo.nl/paulschils/index.html

Kolor

[barwa]

jest

swoistą

kombinacją:

fizycznym połączeniem światła,

procesów

fizjologicznych w ludzkim oku oraz nerwach a w

konsekwencji również reakcji na bodźce w

naszym mózgu. Większość ze wspomnianych

powyżej wielkości trudno w zasadzie mierzyć.

(7)

Fotometria i kolorymetria

Elementy procesu obserwacji barwy

Barwę można określać przez opisanie cech charakteryzujących wrażenie,

jakie powstają w umyśle (barwa postrzegana), albo przez

scharakteryzowanie bodźców świetlnych, wywołujących jej wrażenie (barwa psychofizyczna).

(8)

Fotometria i kolorymetria

Historia nauki o świetle. Poglądy intuicyjne

Empedokles

ur-495 B.C. Akragas (Agrigento, Włochy) zm-435 B.C. Peloponez (Grecja)

„Postrzeganie jest możliwe jedynie w sytuacji bezpośredniego zetknięcia narządu zmysłu z przedmiotem”.

Twórca koncepcji czterech żywiołów (i związanych z nimi barw): Biały - Ogień (gorące-suche)

Czarny - Woda (zimne-mokre) Czerwony - Powietrze (mokre-gorące) Pomarańczowożółty - Ziemia (suche-zimne)

(9)

Fotometria i kolorymetria

Demokryt

ur-460 B.C. Abdera zm-370 B.C.

Filozof grecki, główny przedstawiciel starożytnego

materializmu. Ok. 430 p.n.e. ogłosił teorię o

atomistycznej budowie świata, stąd zwany jest ojcem materializmu.

Sformułował teoriopoznawczą koncepcję tzw. idoli tj. „odbitek” obrazów, form, rzeczy przenikających do narządów zmysłowych i umożliwiających poznanie. Sam proces widzenia sprowadzał do swoiście pojętego dotyku, kontaktu oka z „idolami”.

Biały Czarny Czerwony Żółtozielony

(10)

Fotometria i kolorymetria

Platon

ur-424/423 B.C. Ateny zm-348/347 B.C. Ateny

Był w starożytności czołowym przedstawicielem

idealizmu. W kosmologii stał na stanowisku, że świat zbudowany z odwiecznej materii przez Demiurga został urządzony celowo i harmonijnie.

Jego zdaniem jedynym realnym światem jest świat idei, świat materialny zaś jest jedynie jego odbiciem.

Twierdził, że widzenie obrazu odbywa się wskutek światła wydobywającego się z oka ludzkiego.

Biały Czarny Czerwony Błyszczący (!)

(11)

Fotometria i kolorymetria

Arystoteles

ur-384 B.C. Stagira (Chalcidice Grecja) zm-322 B.C. Chalcis (Euboea Grecja)

Uważał, że nieokreślony ruch, który odbywa się od przedmiotu do oka, ulega zmianie przy przejściu przez ciało przeźroczyste. Twierdził także, że wzrok nie postrzega światła, tylko barwę przedmiotu, „bo światło jest aktem rzeczy przeźroczystej jako przeźroczystej”. Według Arystotelesa światło nie jest substancją, tylko „obecnością ognia lub czegoś w tym rodzaju w materii przeźroczystej”.

Uważał, że każda barwa powstaje w wyniku modyfikacji barwy białej, prowadzącej do otrzymania barwy czarnej.

(12)

Fotometria i kolorymetria

Tarcza (dysk) Benhama

INTERLUDIUM

(13)

Fotometria i kolorymetria

Tarcza (dysk) Benhama

(14)

Fotometria i kolorymetria

Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne

Alhazen

ur-965 Al-Basra (Irak) zm-1038 Kair (Egipt)

Abu Ali Hasan Ibn al-Hajsam, Ibn al-Hajtam

ثيهلا نب نسحلا نب نسحلا ،يلع وبأ

- nazywany jest ojcem optyki geometrycznej; - według tradycji wynalazca soczewki;

- wykonuje również lustro paraboliczne. - wynalazca camera obscura;

- zajmował się również naturą światła, załamywaniem i rozszczepianiem promieni słonecznych, tęczą oraz efektem halo;

- jako pierwszy opisywał części oka i próbował wyjaśnić proces widzenia; wysunął hipotezę, że świecące obiekty emitują promienie świetlne, które wpadają do oka i stymulują widzenie;

- wykazał, że promienie padający i odbity znajdują się w tej samej płaszczyźnie;

- zaobserwował, że barwy na obracającej się tarczy są odbierane jako jedna barwa, będąca ich mieszaniną.

(15)

Fotometria i kolorymetria

Giovan(ni) Battista della Porta

(Giambattista)

ur-1535 Vico Equense zm-1615 Neapol (Włochy)

Już jako młody chłopiec zbudował camera obscura, używając w jej otworze przesłony oraz soczewkę.

Główne dzieło: ”Magiae naturalis sive de miraculis rerum

naturalium”, 1558

Zajmował się m.in. fizjologią oka i teorią widzenia. Stwierdził, że elementem wrażliwym oka jest... soczewka, a nie siatkówka!

(16)

Fotometria i kolorymetria

Aron Sigfrid Forsius

ur-1550 (Finlandia) zm-1637

Jako pierwszy w roku 1611 stworzył system porządkowania barw. Jego system przedstawiał pięć barw: czerwony, niebieski, zielony, żółty, oraz szary: od białego do czarnego.

(17)

Fotometria i kolorymetria

Franciscus Aguilonius

ur-1567 zm-1617

Flamandzki jezuita; matematyk, fizyk i architekt. Stworzył najstarszy system używający pięciu barw: czerwonej, żółtej, niebieskiej, białej i czarnej, które jako pierwszy nazwał „kolorami prostymi”.

François d'Aguilon

Ilustracja autorstwa Rubensado dzieła "Opticorum libri sex philosophis juxta ac mathematicis utiles„ autorstwa François d'Aguilon. Demonstruje powstawanie rzutu.

(18)

Fotometria i kolorymetria

Robert Fludd

Robertus de Fluctibusur ur-1574 Bearsted (Milgate?) zm-1637 Londyn

Doktor medycyny, filozof, pisarz, zajmował się studiowaniem ludzkiej psychiki. Wyznawca nauk różokrzyża i alchemik, członek królewskiego kolegium fizyków.

Po raz pierwszy opublikował koło barw, składające się z pięciu kolorów: niebieski, zielony, czerwony i dwa rodzaje żółtego. Oprócz tego występowały w nim biały i czarny.

(19)

Fotometria i kolorymetria

Athanasius Kircher

ur-1601 Turyngia (Niemcy) zm-1680 Rzym (Włochy)

Jezuita, teoretyk muzyki i matematyk. Stworzył ciekawą konstrukcję kosmologiczną, gdzie ruch planet przyrównywany był do ruchu skarabeusza (!)

(20)

Fotometria i kolorymetria

Richard Waller

R. Waller, «A catalogue of simple and mixt colours», Philosophical Transactions of the Royal Society, XVI, 1686

Jego kwadrat barw był ostatnim krokiem w dziedzinie „teorii barw” przed serią eksperymentów Newtona i jego sposobem uporządkowania barw podstawowych na podstawie spójnej koncepcji fizycznej. Ważne natomiast, że było to zakończenie starych teorii które twierdził, że barwy powstają na wskutek dodania „ciemności” do światła białego – później teorie te ożywiał z wielkim zapałem niejaki J. W. Goethe…

(21)

Fotometria i kolorymetria

Sir Izaak Newton

ur-1642 Woolsthorpe (Anglia) zm-1727 Londyn (Anglia)

Newton badał właściwości barw i ich

związek ze światłem. Ówcześnie

twierdzono, że barwy powstają na skutek modyfikacji światła, które stanowi barwę białą w czystej postaci. Twierdzenie to stało się powodem przeprowadzenia przez Newtona serii doświadczeń, w których wąską wiązkę światła, przepuścił przez pryzmat.

(22)

Fotometria i kolorymetria

Sir Izaak Newton

Newton obserwując efekty tego doświadczenia na

zaciemnionej ścianie pokoju zauważył, że

promień światła przechodzący przez pryzmat

ulega załamaniu a poszczególne barwy

(23)

Fotometria i kolorymetria

Sir Izaak Newton

Wynikiem tego doświadczenia było wyróżnienie pasma sąsiadujących barw: czerwonej, pomarańczowej, żółtej, zielonej, niebieskiej, indygo i fioletowej, które Newton przedstawił w postaci koła barw.

Światło jest niejednorodną mieszaniną, w skład, której wchodzą podstawowe barwy składowe. Jest to założenie stanowiące podstawy teorii o addytywnym mieszaniu barw.

(24)

Fotometria i kolorymetria

Tobias Mayer

ur-1723 Marbach, Württemberg zm-1762 Göttingen

Niemiecki matematyk i astronom

T. Mayer, «De affinitate colorum commentatio», Göttingen 1775

Stworzył trójkąt barw operując

trzema podstawowymi kolorami:

cinnabar, massicot i azurite, gdzie

każda barwa powstawała ze

zmieszania bazowego koloru z co najmniej 1/12 innego koloru. Czerń i

biel traktowane były jako

przedstawienie światła lub

ciemności, służąc do rozjaśnienia bądź przyciemnienia barwy.

(25)

Fotometria i kolorymetria

Interludium:

(26)

Fotometria i kolorymetria

Moses Harris

ur-1730 zm-1788

Angielski naturalista, entomolog, rytownik

Zajmował się badaniem prac Isaaca Newtona i na ich podstawie stworzył kołowy diagram barw. Diagram zawiera 360 kolorów powstałych w wyniku

mieszania trzech pigmentów:

czerwonego, niebieskiego i żółtego. Te

trzy barwy nazwał podstawowymi.

Opisał więc subtraktywne dodawanie barw.

(27)

Fotometria i kolorymetria

Johann Heinrich Lambert

ur-1728 Mülhausen Alzacja zm-1777 Berlin

Szwajcarsko-niemiecki matematyk, astronom, fizyk, filozof

Stworzył siedmiopoziomową piramidę barw: w najniższym trójkącie znajdują się najciemniejsze, a ponad nimi coraz jaśniejsze odcienie. System tworzony był na potrzeby barwiarzy.

(28)

Fotometria i kolorymetria

Ignaz Schiffermüller

ur-1727 Austria zm-1806

Koło barw, oparte na 4 kolorach: czerwonym, niebieskim, zielonym i żółtym, podzielone na 12 segmentów. (blue, sea-green, green, olive-green, yellow, orange-yellow, fire-red, red, crimson, violet-red, violet-blue and fire-blue).

(29)

Fotometria i kolorymetria

James Sowerby

ur-1757 zm-1822

Angielski naturalista i ilustrator

J. Sowerby, «A New Elucidation of Colours, Original, Prismatic, and Material: Showing their Concordance in Three Primitives, Yellow, Red, and Blue: and the Means of Producing, Measuring, and Mixing Them: with Some Observations on the Accuracy of Sir Isaac Newton», London 1809.

Prekursor idei Thomasa Younga – o istnieniu trzech receptorów w oku…

(30)

Fotometria i kolorymetria

Thomas Young

ur-1773 Milverton zm-1829 Londyn Angielski fizyk

Jako pierwszy w 1801 roku ogłosił hipotezę o istnieniu trzech typów receptorów w oku (czerwonych, zielonych i niebieskich) odpowiedzialnych za widzenie barwne. Young rozumował, że sprowadzenie nieskończonej ilości prostych drgań świetnych do małej ilości barw wynika z fizjologicznego mechanizmu siatkówki, a nie jak przypuszczano przed nim, z właściwości samego światła.

(31)

Fotometria i kolorymetria

Johann Wolfgang von Goethe

ur-1749 Frankfurt zm-1832 Weimar

W swoich teoriach Goethe jest oponentem Newtona. Różnica ich poglądów wynikała z dwóch odmiennych sposobów mieszania barw. Newton mieszał kolorowe światło, natomiast

Goethe barwniki. Goethe uważał, że

mieszanina wszystkich kolorów nie daje koloru białego, jak twierdził Newton, a czarny. Sposób takiego mieszania obecnie nazywany jest mieszaniem substraktywnym.

(32)

Fotometria i kolorymetria

Phillip Otto Runge

ur-1777 Wolgast zm-1810 Hamburg Niemiecki malarz

Jego sposób porządkowania barw

przypomina siatkę kartograficzną kuli ziemskiej. Kolory najbardziej nasycone, stanowiące barwy naturalne, znajdują się na równiku, a granice między nimi

stanowią południki. Na jednym z

biegunów znajduje się kolor biały, a na drugim kolor czarny. Na równoleżnikach są rozłożone kolory o tym samym nasyceniu.

(33)

Fotometria i kolorymetria

James Clerk Maxwell

ur-1831 Edynburg zm-1879 Cambridge

Szkocki fizyk i matematyk

Maxwell odkrył, że kolorową fotografię można wykonać za pomocą czerwonych, niebieskich i zielonych filtrów optycznych. Pierwszą fotografię barwną zaprezentował w 1861 roku.

Trójkąt Maxwella to nadal opis jakościowy (trzy cechy barwy: tint, shade, hue), a nie kolorymetria. Jest to tylko opis zasady mieszania barw, który można wyjaśnić w sposób wektorowy.

(34)

Fotometria i kolorymetria

Hermann Ludwig Ferdinand

von Helmholtz

ur-1821 Poczdam

zm-1894 Charlottenburg

Niemiecki lekarz, fizjolog, fizyk i filozof

Ulepszył wyidealizowane modele

porządkowania barw swoich poprzedników. Posegregował odpowiednie fragmenty koła w obwody, jakie odpowiadają tym barwom, w ten sposób utworzył trójkąt barw, podobny do utworzonego 100 lat później przez

Międzynarodową Komisję Oświetleniową

(35)

Fotometria i kolorymetria

Hermann Ludwig Ferdinand

von Helmholtz

- Zauważył, że barwy, znajdujące się naprzeciw siebie są barwami dopełniającymi się.

- Jako pierwszy dokonał rozróżnienia na addytywne i substraktywne mieszanie barw. Podał też kilka praw z tym związanych np. przy mieszaniu barw addytywnych wzrasta jasność, a w przypadku barw substraktywnych spada, przy łączeniu barw sąsiadujących powstaje kolor pośredni.

- Jako pierwszy podał trzy cechy barwy, używane do dziś: kolor, nasycenie i jasność.

- Sformalizował teorię widzenia barwnego, potwierdzając hipotezę Younga o istnieniu trzech rodzajów receptorów. Teoria ta otworzyła drzwi do rozwoju kolorymetrii.

(36)

Fotometria i kolorymetria

Johann Friedrich Wilhelm von Bezold

ur-1837 Munich zm-1907

Niemiecki fizyk i meteorolog

W 1874 roku wprowadza kolorowy stożek, oparty na barwach: czerwonej, zielonej i

niebieskiej jako barwach podstawowych.

Wyraźnie podkreśla zależność obserwowanej długości fali od luminancji.

W. von Bezold, «Die Farbenlehre in Hinblick auf Kunst und Kunstgewerbe», Braunschweig 1874

(37)

Fotometria i kolorymetria

Nicholas Ogden Rood

ur-1831 Dunbury (Connecticut) zm-1902 Manhattan

Amerykański fizyk

N. O. Rood, «Modern Chromatics with Application to Art and Industry», Chicago 1879;

Rood wyróżnił trzy cechy barwy: purity (czystość), luminosity (jasność) i hue (odcień). Jako artysta–amator i członek American Watercolor Society wygłaszał odczyty, popularyzując teorię barw,

zwłaszcza wśród impresjonistów i

(38)

Fotometria i kolorymetria

Atlasy kolorów

Albert Henry Munsell

ur.-1858 Boston zm.-1918 Brookline

Amerykański malarz i profesor sztuki

Pierwsza wersja atlasu ukazała się w roku 1905, kolejna jej modyfikacja 10 lat później pod nazwą używaną do dziś jako „The Munsell Book of

Colour”. Jego twórca sklasyfikował wszystkie barwy, jakie można

uzyskać przez mieszanie pigmentów, według trzech cech: odcienia, nasycenia i jasności. Atlas ten jednak NIE obejmuje wszystkich barw dostrzeganych przez człowieka.

(39)

Fotometria i kolorymetria

Atlasy kolorów. Albert Henry Munsell

Albert Munsell założył, że wszystkie sąsiadujące ze sobą pola w całej przestrzeni barw cechuje ta sama różnica barw ΔE.

(40)

Fotometria i kolorymetria

Trzy cechy barw Munsella:

TO NIE SĄ DEFINICJE!

- odcień (kolor, ton) H (Hue) – znajduje się na kole barw,

podzielonym na 10 głównych segmentów wyznaczonych przez

barwy Red, Yellow, Green, Blue, Purple oraz ich barwy

pośrednie YR (pomarańczowy), GY (jasnozielony), BG (cyjan), PB

(fiolet), RP (róż), te z kolei podzielone są na 10 mniejszych. W

ten sposób koło obejmuje 100 odcieni.

- nasycenie C (Chroma) – określające czystość barwy. Barwy

najbardziej nasycone znajdują się na zewnątrz bryły, a najmniej

nasycone w środku.

- walor V (Value) (jasność lub jaskrawość) – mówiąca o zmianie

jasności barwy, przyjmuje wartości z przedziału [0, 10], znajduje

się na pionowej osi układu.

(41)

Fotometria i kolorymetria

(42)

Fotometria i

kolorymetria

Atlas dostępny jest w dwóch wariantach. Jeden obejmuje 1490 próbek z materiału błyszczącego, a drugi 1270 z materiału matowego. Barwy

atlasu Munsella są

umieszczone na tle szarym, odbijającym 20% padającego światła białego.

(43)

Fotometria i kolorymetria

Początek układu tonów stanowi

czerwień (R) a kolejność przebiega w

kierunku zgodnym z ruchem

wskazówek zegara. Tony barw zostały tak wybrane, że naprzeciw siebie leżą odcienie barw dopełniających: R-BG; YR-B, Y-PB; YG-P, G-RP. Kąty

między poszczególnymi barwami

zostały podzielone na dziesięć i ponumerowane w ten sposób, że liczba 5 przypada na ton podstawowy, a liczby 0-5 i 5-10 odpowiadają barwom o odcieniach przesuniętych w stronę barw sąsiednich. W ten

sposób powstała możliwość

(44)

Fotometria i kolorymetria

(45)

Fotometria i kolorymetria

Trzy cechy barw Munsella:

- odcień (kolor) H (z ang. Hue) - nasycenie C (z ang. Chroma) - walor V (z ang. Value)

(46)

Fotometria i kolorymetria

Na osi cylindra umieszczono

wartości waloru V

podzielone na 10 stopni,

odpowiadające jasności

barw. Liczba 1 odpowiada barwie czarnej a 10 białej.

Wartości chromy C

umieszczone zostały na

promieniach idących od

środka cylindra. Skala

chromy na promieniach jest

dwukrotnie mniejsza niż

(47)

Fotometria i kolorymetria

Barwy achromatyczne na osi układu określa się literą N i dodaną liczbą, oznaczającą walor.