Wykad 15

(1)

Fotometria i kolorymetria

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

15. Pomiary barw (iluminanty i wzorcowe źródła światła; wskaźnik oddawania barw; warianty oświetlenia i odbicia; kula całkująca Ulbrichta; kolorymetria trój- i czterofiltrowa; techniki pomiarowe)

Zastosowanie pomiarów barwy (zakresy chromatyczności świateł sygnałowych, znaków powierzchniowych)

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 Barwa a oświetlenie

Barwy

przedmiotów

są

wynikiem

działania

na

oko

promieniowania, które się od tych przedmiotów odbija lub jest

przez

nie

przepuszczane.

Różny

skład

promieniowania,

powodujący powstawanie barw, jest spowodowany obecnością

substancji,

które

selektywnie

pochłaniają

promieniowanie

elektromagnetyczne (barwniki lub nierozpuszczalne pigmenty).

Skład promieniowania padającego na barwną substancję może być

różny, zależnie od pochodzenia światła, które je oświetla. Przy

określaniu barw przedmiotów należy więc zawsze podawać w

(3)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Źródła i iluminanty

Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa ustaliła różne rodzaje

źródeł światła jakich należy używać przy określaniu cech barwy.

Takie źródła zostały nazwane normalnymi, standardowymi (CIE

Standard Source).

Promieniowania emitowane przez źródło standardowe zostało

nazwane iluminantem normalnym, standardowym (CIE Standard

Illuminant).

Cechą charakteryzującą każdy iluminant normalny jest stały

widmowy rozkład mocy S(



) promieniowania przypadającego na

różne długości fali. Rozkład ten odpowiada rozkładowi mocy

promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze

(4)

Fotometria i kolorymetria

Jako iluminanty normalne CIE zaleciła następujące:

1) Iluminant A – temperatura barwowa 2856K; promieniowanie to daje światło ciepłe, typu WW (Warm White); odpowiada mu promieniowanie żarówki wolframowej; obecnie stosuje się go przy ocenie barw metamerycznych oraz przy określaniu wpływu oświetlenia na zmianę barwy;

2) Iluminant B – temperatura barwowa 4874K; odpowiada mu promieniowanie dzienne bezpośredniego światła słonecznego; jest to również promieniowanie ciepłe (WW) z odcieniem żółtawym; przestał być praktycznie stosowany;

3) Iluminant C – temperatura barwowa 6774K; odpowiada rozproszonemu światłu dziennemu, jak np. światło nieba od strony północnej (dlatego okna w laboratoriach kolorystycznych wychodziły na północ!); daje wrażenie światła zimnego typu CW (Cool White); używany przez długi czas jako podstawa przy wizualnych ocenach barwy.

(5)

Fotometria i kolorymetria

(6)

Fotometria i kolorymetria

Skład roztworu Roztwór B1 Roztwór C1

siarczan miedzi CuSO4.5H2O _2,452g _3,412g mannit C6H8(OH)6 _2,452g _3,412g pirydyna C5H5N _30,0ml _30,0ml woda destylowana _{do 1000ml} _{do 1000ml} Roztwór B2 Roztwór C2 Siarczan amonowo-kobaltowy CoSO4.(NH4)2SO4.6H2O 21,71g 30,58g

siarczan miedzi CuSO4.5H2O _16,11g _22,52g kwas siarkowy d=1,845g/ml _10,0ml _10,0ml woda destylowana _{do 1000ml} _{do 1000ml}

(7)

Fotometria i kolorymetria

4

) Iluminanty dzienne o ogólnym symbolu D_TC – rozkład widmowy odpowiada rozkładowi mocy uśrednionego promieniowania dziennego w różnych porach dnia, przy różnym stopniu zachmurzenia i na różnej szerokości geograficznej (D₆₅ – krajów europejskich); najważniejszym z tego typu iluminantów jest D₆₅ (T_C=6500K).

W szczególnych przypadkach np. w pełnym świetle słonecznym strefy równikowej czy świetle polarnego dnia można stosować inne iluminanty tego typu, np. D₅₅ czy D₇₅; iluminant D₆₅ jest podobny do C, ale wykazuje większy udział mocy w bliskim nadfiolecie, czyli jest bardziej podobny do światła dziennego!

(8)

Fotometria i kolorymetria

Coraz częstsze stosowanie do oświetlania wnętrz lamp fluorescencyjnych –

świetlówek – wywołało konieczność uwzględnienia również i tego rodzaju źródeł

światła przy ocenach barw. Odpowiedni dobór luminoforów powoduje ich świecenie o różnym rozkładzie widmowym i temperaturze barwowej. Istnieją więc lampy o rozkładzie mocy wykazującym niedobór promieniowania długofalowego, dające światło fluorescencyjne chłodne CWF (Cool White Fluorescence) oraz lampy o rozkładzie mocy wykazującym niedobór promieniowania krótkofalowego, dające światło fluorescencyjne ciepłe WWF (Warm White Fluorescence).

(9)

Fotometria i kolorymetria

Opracowano również lampy fluorescencyjne „trójbodźcowe”, których ściany są wyłożone luminoforami emitującymi światło fluorescencji o trzech maksimach, odpowiadających barwie niebieskiej (ok. 450nm), zielonej (ok. 540nm) i czerwonej (ok. 610nm). Należą do nich lampy typu TL84 (Philips) i Ultralume (Westinghouse).

(10)

Fotometria i kolorymetria

Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa ustaliła dwanaście

źródeł fluorescencyjnych oznaczonych symbolami F1-F12.

Barwa promieniowania wysyłanego przez te źródła odpowiada

barwie promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych

temperaturach barwowych. Używane są do wizualnego

porównania barw dwóch powierzchni przy zmianie iluminantu

(a więc do ewentualnego stwierdzenia metameryzmu). Takie

zmiany barwy mogą występować szczególnie wyraźnie przy

przejściu od światła dziennego do światła lamp fluoryzujących.

(11)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Wskaźnik oddawania barw



W celu scharakteryzowania źródeł światła pod kątem wierności

oddawania barw, CIE ustaliła tzw. wskaźnik oddawania barw,

CRI (Colour Rendering Index), którym można charakteryzować

każde źródło, a zwłaszcza świetlówki.

 Wyznacza się go przez ilościowe określanie zmiany barwy

odpowiednio dobranych wzorców przy zmianie oświetlenia ze źródła

odniesienia na źródło badane.

 Źródłem odniesienia powinno być źródło o takiej samej lub bardzo zbliżonej chromatyczności (tj. współrzędnych trójchromatycznych x i y) jak źródło badane, ale innym rozkładzie widmowym mocy.

 W przypadku badania źródeł światła, których promieniowanie odpowiada temperaturze barwowej poniżej 5000K (ciepłego) źródłem odniesienia powinno być promieniowanie ciała doskonale czarnego o temperaturze barwowej odpowiadającej promieniowaniu o współrzędnych trójchromatycznych barwy źródła badanego. Natomiast w przypadku badania źródeł o temperaturze barwowej wyższej od 5000K źródłem odniesienia powinien być iluminant dzienny typu D_TC.

(12)

Fotometria i kolorymetria



Jako te specjalne wzorce CIE wybrała 14 barwnych próbek z

układu Munsella, obejmujących najczęściej spotykane barwy.

*

1) jasnoczerwona 7,5R-6/4

*

2) żółta 5Y-6/4

*

3) żółtozielona 5GY-6/8

*

4) jasnozielona 2,5G-6/6

*

5) zielononiebieska 10BG-6/4

*

6) jasnoniebieska 5PB-6/8

*

7) jasnofioletowa 2,5P-6/8

*

8) purpurowa 10P-6/8

*

9) głęboka czerwona 1,5R-4/13

*

10) głęboka żółta 5Y-8/10

*

11) głęboka zielona 4,5G-5/8

*

12) głęboka niebieska 3PB-3/11

*

13) oranżowa jasna 5YR-8/4

(13)

Fotometria i kolorymetria

Szczególny wskaźnik oddawania barwy R

_i

badanego źródła

światła to różnica w postrzeganiu każdej z wzorcowych

barwnych próbek przy zmianie oświetlenia ze źródła odniesienia

na badane. Wartość R

_i

=100 oznacza brak różnicy postrzegania

barwy.

Ogólny wskaźnik oddawania barwy R

_a

to średnia dla pierwszych

ośmiu próbek. Przyjęto taki sposób obliczania wskaźników

szczególnych R

_i

, aby wartość wskaźnika uśrednionego ogólnego

R

_a

wynosiła 50 dla światła ciepłego typu WWF iluminantu F4 w

odniesieniu do iluminantu A (żarówki).

Wskaźniki oddawania barwy przy sześciu pozostałych wzorcach pokazują, które barwy ulegają większej lub mniejszej zmianie przy przejściu od iluminantu odniesienia do oświetlania badanym źródłem.

(14)

Fotometria i kolorymetria

Wskaźnik ogólny R_a powyżej 90 wskazuje na bardzo dobre właściwości oddawania barwy przez określone źródło światła. Może się jednak zdarzyć, że wskaźnik ogólny będzie wysoki jako wielkość średnia, natomiast wskaźniki szczegółowe przy określonych barwach mogą mieć niskie wartości. Dlatego przyjęto podawanie oprócz wskaźnika R_a

wielkości wskaźników R_i dla ostatnich sześciu barw.

Dwie lampy o tych samych wskaźnikach oddawania światła R_a i R_i w stosunku do jednego źródła odniesienia, mogą wykazywać znacznie większe różnice między sobą, jeśli na wykresie chromatyczności promieniowania ciała doskonale czarnego punkty odpowiadające ich chromatyczności będą leżały po dwóch stronach tej krzywej.

Ważny jest więc też kierunek zachodzących zmian barwy. Można go określić poprzez podanie parametrów a i b charakteryzujących barwę w układzie Lab. Taki system charakteryzowania źródeł światła proponuje Philips.

(15)

Fotometria i kolorymetria

(16)

Fotometria i kolorymetria

(17)

Fotometria i kolorymetria

Ostatecznie, dokładna charakterystyka każdego iluminantu

powinna obejmować:

*

- najbliższą temperaturę barwową T

_C

;

*

- widmowy rozkład mocy S(λ);

*

- współrzędne trójchromatyczne x i y;

*

- wskaźniki oddawania barwy R

_a

i R

_i

;

*

- kierunek przesunięcia barwy;

*

- charakter światła: chłodne, dzienne, ciepłe.

Widmowy rozkład mocy iluminantu S(λ), potrzebny do obliczania składowych trójchromatycznych barwy obserwowanej w świetle tego iluminantu, jest najczęściej tajemnicą producentów źródeł normalnych oraz właścicieli programów komputerowych do obiektywnego pomiaru barw...

(18)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Zasady pomiarów kolorymetrycznych

Pomiary barw polegają na ilościowym jednoznacznym określeniu

cech promieniowania elektromagnetycznego wpadającego do

oka i wywołującego wrażenie barwne. Cechy te powinny

odpowiadać barwom postrzeganym są więc ich cechami

psychofizycznymi. Powodem określania barw przez pomiar

właściwości promieniowania, które je wywołuje, jest brak

praktycznych możliwości ilościowego, wyrażanego w liczbach,

charakteryzowania samych wrażeń barwnych powstających w

mózgu.

(19)

Fotometria i kolorymetria

Podstawą ilościowego oznaczania cech promieniowania jest

ustalenie jego składowych trójchromatycznych X, Y i Z to jest

ilościowego stosunku fikcyjnych barw (X), (Y) i (Z), w jakim

zmieszane ze sobą w sposób addytywny odpowiadałyby barwie

postrzeganej, wywołanej przez to promieniowania. Składowe te

oblicza się ze wzorów:

   











k



x

X

Y



k





_

y



   









Z



k





_

z

   









   













y

k

100

(czyli: Y=100 z definicji)

() oznacza względny widmowy rozkład mocy promieniowania

wpadającego do oka.

Może to oznaczać wprost widmowy rozkład promieniowania badanego źródła S() albo iloczyn tegoż przez współczynnik odbicia R() lub

(20)

Fotometria i kolorymetria

Współczynniki k dla normalnych iluminantów o znanym

rozkładzie mocy S(



) i znanych względnych składowych

trójchromatycznych x(



) (y, z) mają wartość stałą. Ich wartość

zależy tylko od liczby kroków w sumowaniach (dla



=1nm są

po prostu równe 1).

Pomiar składowych trójchromatycznych sprowadza się więc do

wyznaczenia współczynników odbicia R(



) lub transmisji

obiektu T(



) w odstępach co 1, 5, 10 lub 20 nm, a następnie ich

wymnożeniu przez iloczyny S(



)



x(



) (y, z). Praktyka wykazała, że

w przypadku barw powstających w wyniku działania iluminantów

o widmie ciągłym wystarczy stosowanie odstępów co 20 nm.

(21)

Fotometria i kolorymetria

Widmowy współczynnik odbicia R(



) to stosunek strumienia

odbitego od badanej powierzchni



_R

(



) do strumienia odbitego

od ciała doskonale rozpraszającego światło, tzw. doskonałego

rozpraszacza



_W

(



) :

 

_{ }



W R

R





Rozpraszacz doskonały charakteryzuje się widmowym stopniem odbicia

()=1 a rozpraszanie światła zachodzi izotropowo, tzn. ma jednakową

wartość we wszystkich kierunkach.

Stopień odbicia (reflektancja) to stosunek strumienia odbitego

(R) do padającego (O):

 

_{ }

 





0





R

(22)

Fotometria i kolorymetria

Rozpraszaczem doskonałym może być

powierzchnia

pokryta

warstwą

idealnej bieli. Bardzo zbliżone do

idealnej bieli są powierzchnie pokryte

warstwą

sproszkowanego

i

sprasowanego siarczanu baru (BaSO

₄

,

biel barytowa) lub tlenku magnezu

(MgO, magnezja palona).

Przy pomiarach współczynnika odbicia jako odniesienia można używać dowolnego wzorca bieli, np. mlecznego matowego szkła, ale trzeba znać jego stopień odbicia.

(23)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Warianty oświetlenia i odbicia

Badaną próbkę można oświetlać światłem całkowicie rozproszonym lub światłem

skupionym, bądź też oświetleniem pośrednim, w którym promieniowanie światła

padającego mieści się w stożku o pewnym kącie rozwarcia 2α. Zwykle rozumie się przez skupione światło o kącie rozwarcia mniejszym niż 10˚. Światło skupione może tez padać na barwną powierzchnię pod różnym kątem do normalnej. Podobne warunki rozchodzenia się światła charakteryzują promieniowanie odbite.

Światło rozproszone oznacza

się symbolem d (diffuse),

światło stożkowe symbolem

c (conical) a światło skupione symbolem Θ, oznaczającym kąt, jaki wiązka tworzy z normalną do powierzchni odbijającej.

(24)

Fotometria i kolorymetria

Rozróżnia się dziewięć wariantów oświetlenia i odbicia:

*

1) skupione-skupione:

Θ

₁

/Θ

₂

*

2) skupione-stożkowe:

Θ/c

*

3) skupione-rozproszone:

Θ/d

*

4) stożkowe-skupione:

c/Θ

*

5) stożkowe-stożkowe:

c

₁

/c

₂

*

6) stożkowe-rozproszone:

c/d

*

7) rozproszone-skupione:

d/Θ

*

8) rozproszone-stożkowe:

d/c

*

9) rozproszone-rozproszone:

d/d

(25)

Fotometria i kolorymetria

W przypadkach światła odbitego w sposób skupiony, a więc w

wariantach d/Θ, c/Θ i Θ

₁

/Θ

₂

obliczony współczynnik odbicia R

odpowiada współczynnikowi luminancji



badanej barwy. W

takich warunkach porównuje się bowiem wiązki odbite tylko w

kierunku

obserwatora

(urządzenia)

bez

uwzględnienia

promieniowania rozproszonego.

Do pomiarów promieniowania odbitego w sposób rozproszony od barwnej powierzchni stosuje się urządzenie zwane kulą całkującą (kulą Ulbrichta). ZNAMY?!

(26)

Fotometria i kolorymetria

W praktyce przy pomiarach odbicia zaleca się stosować głównie

trzy z wymienionych wariantów geometrii oświetlenia i

obserwacji:

(27)

Fotometria i kolorymetria

2) Wariant Θ/d. Najczęściej próbka jest oświetlana prostopadle, a więc 0/d. Odmianą tego wariantu jest 8/d (lub ~0/d) – próbka oświetlona jest pod kątem nie większym niż 10˚ (zwykle 8˚) od normalnej do jej powierzchni i obserwowane jest promieniowanie rozproszone. Odmiana ta ma na celu możliwość wyeliminowania lustrzanego odbicia – przy kącie padania 8˚ można po drugiej stronie próbki, również pod kątem 8˚ umieścić tzw.

pułapkę lustrzanego odbicia w postaci czarnej płytki, pochłaniającej padające

(28)

Fotometria i kolorymetria

3) Wariant d/Θ polega na oświetleniu próbki światłem rozproszonym z kuli całkującej i obserwowaniu światła odbitego prostopadle do badanej powierzchni (d/0). Odmianą tego wariantu jest d/8 – obserwowanie pod kątem 8˚ do normalnej, przy czym po drugiej stronie normalnej, pod tym samym kątem, umieszczona jest płaska biała płytka.

(29)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Pomiary transmisyjne

W przypadku wyznaczania składowych trójchromatycznych barwy ciał

przepuszczających światło, należy zmierzyć widmowy współczynnik

przepuszczania światła T() (transmisji). Określa się go jako stosunek

strumienia światła przepuszczanego przez badany obiekt _T() do

strumienia światła przepuszczanego przez wzorzec _W() całkowicie

przepuszczający:

 

_{ }



W T

T





Zwykle wzorcem jest takie samo ciało, lecz nie zabarwione. W przypadku barwnych roztworów jest to np. pusta kuweta; wzorcem takim może być też płytka szklana o znanym stopniu przepuszczania.

(30)

Fotometria i kolorymetria

Spotykane w praktyce warianty oznaczania współczynnika

transmisji:

1) Wariant 0/0. Stosowany przy badaniu ciał przezroczystych, nie rozpraszających światła.

2) Wariant 0/d. Ciało oświetla się wiązką prostopadłą a obserwuje się promieniowanie przepuszczone, rozproszone w kuli Ulbrichta. Odmianą tego wariantu jest użycie pułapki pochłaniającej, eliminującej światło przechodzące na wprost.

(31)

Fotometria i kolorymetria

3) Wariant d/d. Badane światło oświetla się promieniowaniem rozproszonym w kuli całkującej i obserwuje (mierzy) również w kuli Ulbrichta.

(32)

Fotometria i kolorymetria

W przypadku określania barw kolorowych świateł konieczny jest pomiar względnego widmowego rozkładu mocy promieniowania wysyłanego przez te światła przypadające w jednakowych odstępach długości fali. Najwygodniej porównać widmowe współczynniki remisji badanego promieniowania i promieniowania znanego iluminantu przy odbiciu od tego samego wzorca bieli, obliczone w tych samych warunkach geometrycznych.

W przypadku źródeł promieniowania barwnego o charakterze ciągłym dokonuje się pomiarów remisji co 10 a nawet 20nm. Przy bardziej dokładnych pomiarach stosuje się odstępy co 5 nm, rzadziej co 2 lub 1 nm – przy źródłach o promieniowaniu o charakterze wąskich, ostro zarysowanych pasm (np. lampy jarzeniowe).

(33)

Fotometria i kolorymetria

KOLORYMETRIA TRÓJFILTROWA I CZTEROFILTROWA

Wszystkie metody określania barw polegają na pomiarze

widmowego współczynnika remisji (odbicia) R(



), transmisji

T(



) lub widmowego rozkładu mocy S(



) w całym zakresie

widma widzialnego. Wymagają one aparatury pozwalającej

uzyskać światło monochromatyczne i są dość czasochłonne.

Prostsza

metoda

polega

na

znalezieniu

filtrów

przepuszczających światło o widmowych współczynnikach

przepuszczania

T(



),

które

odpowiadają

względnym

widmowym

składowym

trójchromatycznym.

Światła

przepuszczone przez te filtry będą miały barwy czerwoną F

_X

,

(34)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Kolorymetria trój- i czterofiltrowa

Ze względu na specyficzny charakter krzywej x() (dwie gałęzie) trzeba używać dwóch filtrów F_X1 i F_X2.

Ze względu na podobieństwo części krótkofalowej x() do wykresu z() stosuje się w praktyce trzy filtry: F_X1 (część długofalowa filtru F_X), F_Y i F_Z. Techniki takie nazywane są metodą kolorymetrii trójfiltrowej lub

czterofiltrowej i są one mniej

dokładne od metod spektrofotometrycznych.

(35)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Techniki pomiarowe

TECHNIKI POMIAROWE

Przyrządy służące do pomiarów współczynników przepuszczania (transmisji) T lub odbicia (remisji) R należą do dwóch zasadniczych grup: Do pierwszej należą trójbodźcowe filtrowe kolorymetry i

fotokolorymetry.

Drugą stanowią dokładniejsze spektrokolorymetry.

Obydwa typy przyrządów opierają się na pomiarach porównawczych, polegających na określeniu stosunku strumienia promieniowania przepuszczonego przez badane ciało przezroczyste lub odbitego od barwnej powierzchni do strumienia takiegoż promieniowania przepuszczonego przez substancję wzorcową lub od niej odbitego. Stosunek tych strumieni oznacza się za pomocą detektorów.

Jako detektory promieniowania używane są obecnie głównie fotodiody

półprzewodnikowe, najczęściej krzemowe. W starszych typach przyrządów

spotykało się detektory w postaci diod lampowych (fotopowielaczy) lub

(36)

Fotometria i kolorymetria

Warianty oświetlenia światłem monochromatycznym i odbicia w

kolorymetrach filtrowych.

(37)

Fotometria i kolorymetria

MONOCHROMATORY

Używane z spektrofotometrach: pryzmatyczne, z siatką dyfrakcyjną. Światło wpadające do monochromatora jest światłem skupionym za pomocą kolimatorów. Do budowy kolimatorów używa się zarówno soczewek jak i zwierciadeł – te ostatnie są korzystniejsze ze względu na

(38)

Fotometria i kolorymetria

(39)

Fotometria i kolorymetria

SPEKTROFOTOMETRY SKRÓCONE (ABRIDGED)

Stosowane są również spektrofotometry skrócone (abridged), w których monochromatorami są filtry interferencyjne. Przez odpowiedni dobór filtrów można promieniowanie widmowe rozłożyć na szereg wąskich pasm wykazujących maksimum przepuszczania przy różnych długościach fali. Zwykle dzieli się promieniowanie widmowe na dwa obszary: 400-500nm i 500-700 nm za pomocą dwóch równoległych filtrów. Promieniowanie każdego z obszarów przepuszcza się przez zestaw filtrów interferencyjnych na fotodiody. Filtry interferencyjne tworzą dwa równoległe układy matryc, nałożonych na dwie matryce diod.

(40)

Fotometria i kolorymetria

Pomiary porównawcze światła odbitego od badanej próbki i od

substancji wzorcowej mogą się odbywać na dwa sposoby:

1) Wiązka promieniowania białego pada najpierw na badaną próbkę, a promieniowanie odbite podlega monochromatyzacji i analizie, a następnie wiązkę kieruje się na wzorzec i dokonuje podobnej monochromatyzacji i analizy – system jednowiązkowy.

2) Wiązka promieniowania jest rozdzielona na dwie, z których jedna oświetla badaną próbkę, a równocześnie druga oświetla wzorzec –

system dwuwiązkowy. Ten system z kolei ma dwa warianty:

- „dual beam” – oddzielny układ fotodiod dla promieniowania odbitego od próbki i od wzorca;

(41)

Fotometria i kolorymetria

Dwuwiązkowe instrumenty do pomiaru barw produkowane są

przez wszystkie znane firmy: szwajcarski Datacolor, amerykański

Kollmorgan, i Hunterlab, japońska Minolta, niemiecki Lange.

Dwuwiązkowe są również precyzyjne spektrofotometry do

pomiaru krzywych absorpcji światła przez roztwory, takich

producentów jak: Beckmann, Pye Unicam, Hilger, Hardy, Zeiss.

Dwuwiązkowe układy stosowane są również w fotokolorymetrach

trójbodźcowych, wymagających tylko trzech lub czterech

detektorów (niemiecki fotokolorymetr Langego „Microcolor”).

(42)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Zastosowanie pomiarów barwy

ZASTOSOWANIE POMIARÓW BARWY

Ustalono dopuszczalne granice tolerancji barw mogących mieć zastosowanie przy nadawaniu informacji kodem barwowym. Pierwsze zalecenia międzynarodowe ustalające granice tolerancji barw sygnałowych opracowano przez Komitet Roboczy Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej w 1959 r. Na zaleceniu tym oparte są normy wielu krajów (w tym norma PN-68/N-02320).

*

zakresy chromatyczności świateł sygnałowych.

(43)

Fotometria i kolorymetria

ZASTOSOWANIE POMIARÓW BARWY

Pewność rozpoznania nie dla wszystkich barw jest jednakowa.

Uznano zatem, że w każdym z układów, bez względu na liczbę

barw, powinny występować, jeżeli to tylko możliwe, dwie barwy

najbardziej rozróżnialne przez oko normalne, mianowicie

czerwona i zielona.

W układach trójbarwnych przewidziano jako trzecią barwę

pośrednią: jest nią bądź barwa żółta, bądź biała, bądź też

dowolnie obrana w zakresie obejmującym obie te barwy razem.

(44)

Fotometria i kolorymetria

Wreszcie w układach czterobarwnych przewidziano jako barwy

trzecią i czwartą barwy białą i żółtą – w tym przypadku muszą

być one rozróżniane. Aby to umożliwić z większych odległości

konieczne jest odpowiednie odsunięcie granicy obu tych barw

oraz wprowadzenie dodatkowego sposobu ułatwiającego to

zadanie.

Można mianowicie nadawać oba światła równocześnie, jako sąsiadujące z sobą części sygnału dwubarwnego (tzw. barwy

odróżnialne), bądź też nadawać je kolejno, jako następujące po sobie

(barwy skodowane). Natomiast rozróżniać te barwy, gdy występują one niezależnie jedna od drugiej (barwy rozróżnialne) można tylko z dostatecznie małej odległości.

(45)

Fotometria i kolorymetria

Im mniej barw w układzie sygnałowym, tym bezpieczniejsze

jego działanie. Dlatego ich liczba powinna być możliwie

najmniejsza, a dla barw głównych w żadnym razie nie

większa od czterech.

Przykład: barwy świateł stosowane w żegludze!

statek o długości większej niż 50 m o ograniczonej zdolności manewrowej, posuwający się po wodzie, widziany od dziobu i stanowiący przeszkodę w żegludze, którą należy mijać z prawej strony. a) statek o napędzie mechanicznym lub statek

żaglowy, w drodze, widziany od rufy;

b) statek o napędzie mechanicznym o długości mniejszej niż 7 m i prędkości

mniejszej niż 7 węzłów, w drodze;

c) statek żaglowy o długości mniejszej niż 7 m, w drodze;

d) statek o długości mniejszej niż 50m, stojący na kotwicy;

e) statek o długości mniejszej niż 100 m, stojący n a kotwicy, widziany od dziobu

(46)

Fotometria i kolorymetria

Granice tolerancji barw sygnałowych ustalono na podstawie

kompromisu

między

postulatem

dostatecznej

rozpoznawalności odcienia (która jest tym lepsza, im barwa

bardziej nasycona) a postulatem dostatecznego natężenia

oświetlenia na oku.

Jeśli zmniejszenie światłości sygnału związane jest nierozłącznie ze zwężeniem granic zakresu dopuszczalności, to celowe może być zastosowanie barwy leżącej w węższym polu tolerancji. Takie barwy

ograniczone były również wprowadzone do zaleceń międzynarodowych.

W ten sposób mogliby bowiem korzystać z sygnałów nie tylko normalni trichromaci, ale także i deuteranomale a nawet deuteranopi.

Jeżeli występuje istotna konieczność stosowania innej barwy w układzie, a więc niebieskiej lub fioletowej, to może ona być użyta, jednakże tylko jako barwa dodatkowa przy obserwacji ze stosunkowo niewielkiej odległości (porty, tereny kolejowe) i przy niezbyt silnym oświetleniu otoczenia.

(47)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności świateł układu sygnałowego

Zakresy chromatyczności świateł

układu sygnałowego ujęto w

dwojaką formę: równań algebraicznych i współrzędnych punktów przecięcia linii granicznych w układzie x,y oraz

(48)

Fotometria i kolorymetria

(49)

Fotometria i kolorymetria

(50)

Fotometria i kolorymetria

Ograniczenie użycia sygnałów niebieskich spowodowane małą

ich światłością oraz niepewnym ich rozpoznaniem z większych odległości zmusza do zmniejszenia zasięgu tych sygnałów do ok. 1 km.

(51)

Fotometria i kolorymetria

Również sygnały fioletowe nie mogą mieć większego zasięgu, gdyż przy małym rozmiarze kątowym (20'-30') wywołują szybko zmęczenie oka, co utrudnia ich obserwację a występująca zwykle przy tym świetle krótkowzroczność utrudnia ogniskowanie bodźca na siatkówce. Wadą filtrów fioletowych stosowanych ze źródłami żarowymi jest mała światłość sygnału (dla otrzymania dostatecznego nasycenia filtry muszą pochłonąć ok. 249/250 promieniowania żarówki!). Zaletą sygnałów fioletowych jest natomiast to, że światło ich jest rozpoznawalne nawet przy małym natężeniu oświetlenia na siatkówce, niewiele wyższym od progu fotopowego.

(52)

Fotometria i kolorymetria

ZAKRESY CHROMATYCZNOŚCI ZNAKÓW POWIERZCHNIOWYCH

Powierzchniowe barwy bezpieczeństwa; znaki powierzchniowe stosowane w lotnictwie cywilnym; znaki sygnałowe w transporcie i komunikacji (znaki drogowe!).

Postrzeganie znaku jest co prawda

łatwiejsze (niż świateł sygnałowych) wobec małego zasięgu obserwacji, natomiast jego luminancja jest znacznie mniejsza.

Przekazywanie informacji znakiem powierzchniowym polega nie tylko na symbolice barw ale również kształcie tablicy, dodatkowym rysunku, napisie, symbolu.

Niektórzy specjaliści skłonni są nawet przyznać barwie role drugorzędną w nadawaniu informacji – tym niemniej powszechnie uznaje się potrzebę międzynarodowego ustalenia rodzaju odcieni i określenia pól chromatyczności oraz współczynników luminancji znaków sygnałowych.

(53)

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Zastosowanie pomiarów barwy - zakresy chromatyczności znaków powierzchniowych

Zasadnicza różnica między sygnałem świetlnym a sygnałem

powierzchniowym ruchu w transporcie publicznym polega na

sposobie oświetlenia.

W sygnale świetlnym wbudowane źródło ma ustalony skład

widmowy, natomiast w sygnale powierzchniowym źródłem

światła jest: w porze dziennej naturalne światło nieboskłonu lub

słońca (można przyjąć je jako źródło C); w porze nocnej zaś

nieokreślone bliżej źródło, którym jest reflektor pojazdu,

oświetlenie otoczenia bądź specjalne źródło oświetlające znak.

(54)

Fotometria i kolorymetria

Chromatyczność sygnału powierzchniowego, która przy jednym ze źródeł znajduje się wewnątrz pola tolerancji, może się zmienić przy innym źródle na tyle, że znajdzie się ona na zewnątrz tego pola.

Jednakże badania wykazały, że przy oświetleniu wybranego zestawu próbek barwnych źródłem A i alternatywnie źródłem C wygląd barwny każdej z tych próbek przy każdym źródle jest podobny, jeżeli oko obserwatora jest przystosowane do barwy źródła oświetlającego.

Barwy subiektywne są zatem znacznie bardziej zbliżone, niż można by przypuszczać z porównania chromatyczności próbki przy oświetleniu każdym z tych źródeł.

(55)