Подбор прибора для измерения цвета, рекомендации. Относительный контраст печати

методы измерения и количественного выражения цвета. Вместе с различными способами математического описания цвета Ц. и. составляют предмет колориметрии. В результате Ц. и. определяются 3 числа, т. н. цветовые координаты (ЦК), полностью определяющие цвет (при некоторых строго стандартизованных условиях его рассматривания).

Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определённых количеств 3 линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов. Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называют основными цветами (См. Основные цвета); они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). Тогда 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть ЦК данного цвета.

Экспериментальные результаты, которые кладут в основу разработки колориметрической ЦКС, получают при усреднении данных наблюдений (в строго определённых условиях) большим числом наблюдателей; поэтому они не отражают точно свойств цветового зрения (См. Цветовое зрение) какого-либо конкретного наблюдателя, а относятся к т. н. среднему стандартному колориметрическому наблюдателю.

Будучи отнесены к стандартному наблюдателю в определённых неизменных условиях, стандартные данные смешения цветов и построенные на них колориметрической ЦКС описывают фактически лишь физический аспект цвета, не учитывая изменения цветовосприятия глаза при изменении условий наблюдения и по др. причинам (см. Цвет).

Когда ЦК какого-либо цвета откладывают по 3 взаимно перпендикулярным координатным осям, этот цвет геометрически представляется точкой в трёхмерном, т. н. цветовом, пространстве или же Вектором, начало которого совпадает с началом координат, а конец - с упомянутой точкой цвета. Точечная и векторная геометрическая трактовки цвета равноценны и обе используются при описании цветов. Точки, представляющие все реальные цвета, заполняют некоторую область цветового пространства. Но математически все точки пространства равноправны, поэтому можно условно считать, что и точки вне области реальных цветов представляют некоторые цвета. Такое расширение толкования цвета как математического объекта приводит к понятию т. н. нереальных цветов, которые невозможно как-либо реализовать практически. Тем не менее с этими цветами можно производить математические операции так же, как и с реальными цветами, что оказывается чрезвычайно удобным в колориметрии. Соотношение между основными цветами в ЦКС выбирают так, что их количества, дающие в смеси некоторый исходный цвет (чаще всего белый), принимают равными 1.

Своего рода «качество» цвета, не зависящее от абсолютной величины цветового вектора и называется его цветностью, геометрически удобно характеризовать в двумерном пространстве - на «единичной» плоскости цветового пространства, проходящей через 3 единичные точки координатных осей (осей основных цветов). Линии пересечения единичной плоскости с координатными плоскостями образуют на ней равносторонний треугольник, в вершинах которого находятся единичные значения основных цветов. Этот треугольник часто называют треугольником Максвелла. Цветность какого-либо цвета определяется не 3 его ЦК, а соотношением между ними, т. е. положением в цветовом пространстве прямой, проведённой из начала координат через точку данного цвета. Другими словами, цветность определяется только направлением, а не абсолютной величиной цветового вектора, и, следовательно, её можно характеризовать положением точки пересечения этого вектора (либо указанной прямой) с единичной плоскостью. Вместо треугольника Максвелла часто используют цветовой треугольник более удобной формы - прямоугольный и равнобедренный. Положение точки цветности в нём определяется двумя координатами цветности, каждая из которых равна частному от деления одной из ЦК на сумму всех 3 ЦК. Двух координат цветности достаточно, т.к. по определению сумма её 3 координат равна 1. Точка цветности исходного (опорного) цвета, для которой 3 цветовые координаты равны между собой (каждая равна 1 / 3), находится в центре тяжести цветового треугольника.

Представление цвета с помощью ЦКС должно отражать свойства цветового зрения человека. Поэтому предполагается, что в основе всех ЦКС лежит т. н. физиологическая ЦКС. Эта система определяется 3 функциями спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) 3 различных видов приёмников света (См. Приёмники света) (т. н. колбочек), которые имеются в сетчатке (См. Сетчатка) глаза человека и, согласно наиболее употребительной трёхцветной теории цветового зрения, ответственны за человеческое цветовосприятие. Реакции этих 3 приёмников на излучение считаются ЦК в физиологической ЦКС, но функции спектральной чувствительности глаза не удаётся установить прямыми измерениями. Их определяют косвенным путём и не используют непосредственно в качестве основы построения колориметрических систем.

Свойства цветового зрения учитываются в колориметрии по результатам экспериментов со смешением цветов. В таких экспериментах выполняется зрительное уравнивание чистых спектральных цветов (т. е. цветов, соответствующих монохроматическому свету (См. Монохроматический свет) с различными длинами волн) со смесями 3 основных цветов. Оба цвета наблюдают рядом на 2 половинках фотометрического поля сравнения. По достижении уравнивания измеряются количества 3 основных цветов и их отношения к принимаемым за 1 количествам основных цветов в смеси, уравнивающей выбранный опорный белый цвет. Полученные величины будут ЦК уравниваемого цвета в ЦКС, определяемой основными цветами прибора и выбранным опорным белым цветом. Если единичные количества красного, зелёного и синего основных цветов обозначить как (К), (З), (С), а их количества в смеси (ЦК) - К, З, С, то результат уравнивания можно записать в виде цветового уравнения: Ц* = К (К) + З (З) + С (С). Описанная процедура не позволяет уравнять большинство чистых спектральных цветов со смесями 3 основных цветов прибора. В таких случаях некоторое количество одного из основных цветов (или даже двух) добавляют к уравниваемому цвету. Цвет получаемой смеси уравнивают со смесью оставшихся 2 основных цветов прибора (или с одним). В цветовом уравнении это учитывают переносом соответствующего члена из левой части в правую. Так, если в поле измеряемого цвета был добавлен красный цвет, то Ц* = - К (К) + З (З) + С (С). При допущении отрицательных значений ЦК уже все спектральные цвета можно выразить через выбранную тройку основных цветов. При усреднении результатов подобной процедуры для нескольких наблюдателей были получены значения количеств 3 определённых цветов, требующиеся в смесях, зрительно неотличимых от чистых спектральных цветов, которые соответствуют монохроматическим излучениям одинаковой интенсивности. При графическом построении зависимостей количеств основных цветов от длины волны получаются функции длины волны, называемые кривыми сложения цветов или просто кривыми сложения.

Кривые сложения играют в колориметрии большую роль. По ним можно рассчитать количества основных цветов, требуемые для получения смеси, зрительно неотличимой от цвета излучения сложного спектрального состава, т. е. ЦК такого цвета в ЦКС, определяемой данными кривыми сложения. Для этого цвет сложного излучения представляют в виде суммы чистых спектральных цветов, соответствующих его монохроматическим составляющим (с учётом их интенсивности). Возможность подобного представления основана на одном из опытно установленных законов смешения цветов, согласно которому ЦК цвета смеси равны суммам соответствующих координат смешиваемых цветов. Т. о., кривые сложения характеризуют реакции на излучение 3 разных приёмников излучения. Очевидно, что функции спектральной чувствительности 3 типов приёмников в сетчатке глаза человека представляют собой кривые сложения в физиологической ЦКС. Каждой из бесконечно большого числа возможных ЦКС соответствует своя группа из 3 кривых сложения, причём все группы кривых сложения связаны между собой линейными соотношениями. Следовательно, кривые сложения любой из всех 1 возможных ЦКС можно считать линейными комбинациями (см. Линейная зависимость) функций спектральной чувствительности 3 типов приёмников человеческого глаза.

Фактически основой всех ЦКС является система, кривые сложения которой были определены экспериментально описанным выше способом. Её основными цветами являются чистые спектральные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям с длинами волн 700,0 (красный), 546,1 (зелёный) и 435,8 нм (синий). Исходная (опорная) цветность - цветность равноэнергетического белого цвета Е (т. е. цвета излучения с равномерным распределением интенсивности по всему видимому спектру). Кривые сложения этой системы, принятой Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 и известной под название международной колориметрической системы МКО RGB (от англ., нем. red, rot - красный, green, grun - зелёный, blue, blau - синий, голубой), показаны на рис. 1 .

Кривые сложения системы МКО RGB имеют отрицательные участки (отрицательные количества основных цветов) для некоторых спектральных цветов, что неудобно при расчётах. Поэтому наряду с системой RGB МКО в 1931 приняла др. ЦКС, систему XYZ, в которой отсутствовали недостатки системы RGB и которая дала ряд др. возможностей упрощения расчётов. Основными цветами (X ), (Y ), (Z ) системы XYZ являются нереальные цвета, выбранные так, что кривые сложения этой системы (рис. 2 ) не имеют отрицательных участков, а координата Y равна яркости (См. Яркость) наблюдаемого окрашенного объекта, т.к. кривая сложения у совпадает с функцией относительной спектральной световой эффективности (См. Спектральная световая эффективность) стандартного наблюдателя МКО для дневного зрения. На рис. 3 показан график цветностей (цветовой треугольник) х, у системы XYZ . На нём приведены линия спектральных цветностей, линия пурпурных цветностей, цветовой треугольник (R ) (G ) (В ) системы МКО RGB, линия цветностей излучения абсолютно чёрного тела и точки цветностей стандартных источников освещения МКО А, В, С и D. Цветность равноэнергетического белого цвета Е (опорная цветность системы XYZ) находится в центре тяжести цветового треугольника системы XYZ. Эта система получила всеобщее распространение и широко используется в колориметрии. Но она не отражает цветоразличительных свойств глаза, т. е. одинаковые расстояния на графике цветностей х, у в различных его частях не соответствуют одинаковому зрительному различию между соответствующими цветами при одинаковой яркости (см. Цветовой контраст).

Создать полностью зрительно однородное цветовое пространство до сих пор не удаётся. В основном это связано с нелинейным характером зависимости зрительного восприятия от интенсивности возбуждения цветочувствительных фоторецепторов (См. Фоторецепторы) (приёмников света в сетчатке глаза). Предложено много эмпирических формул для подсчёта числа цветовых различий (порогов цветоразличения) между разными цветами. Более ограниченная задача - создание зрительно однородного графика цветностей - приблизительно решена. МКО в 1960 рекомендовала такой график u, v, полученный в 1937 Д. Л. Мак-Адамом путём видоизменения графика, предложенного Д. Б. Джаддом (оба - США) на основании многочисленных экспериментальных данных. Для подсчёта числа порогов цветоразличения ΔE между разными цветами в настоящее время (1970-е гг.) по временной рекомендации МКО используется эмпирическая формула Г. Вышецкого:

Описание, приведённое выше, показывает, что цель процесса измерения цвета - определение его ЦК в некоторой ЦКС. Чаще всего это - стандартная колориметрическая система МКО XYZ.

Когда цвет (при объективных Ц. и. всегда имеется в виду цвет окрашенного предмета или источника света (См. Источники света)) представлен спектральным распределением излучения (испускаемого источником, либо отражённого или пропущенного предметом), то для нахождения его ЦК нужно использовать кривые сложения как взвешивающие функции, оценивающие это излучение. Такая оценка может выполняться двумя путями.

Первый путь (т. н. спектрофотометрический метод Ц. и.) состоит в измерении спектрального распределения энергии излучения и последующем расчёте ЦК при перемножении найденной функции спектрального распределения на 3 функции сложения и интегрировании произведений. Если Е (λ) - функция спектрального распределения источника, ρ(λ) - функция спектрального отражения или пропускания предмета, X, Y, Z определяются следующим образом:

(интегрирование проводится в диапазоне длин волн видимого излучения - от 380 до 760 нм ). Практически интегрирование заменяют суммированием через интервал Δλ (от 5 до 10 нм ), т.к. подынтегральные спектральные функции обычно неудобны для интегрирования:

Спектральное распределение излучения и спектральную характеристику отражения (пропускания) измеряют, разлагая свет в спектр, например в Спектрофотометре или Монохроматоре. Кривые сложения задаются в виде таблиц значений удельных координат через 5 или 10 нм. Имеются также таблицы величин Е (λ) и т.д. для стандартных источников света МКО А, В, С, D, представляющих наиболее типичные условия естественного (В, С и D ) и искусственного (А ) освещения.

Второй путь Ц. и. на основе кривых сложения - это анализ излучения с помощью 3 приёмников света (См. Приёмники света), характеристики спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) которых совпадают с кривыми сложения. Каждый такой светоэлектрический преобразователь выполняет действия перемножения 2 спектральных функций и интегрирования произведений, в результате чего на его выходе электрический сигнал равен (при соответствующей калибровке прибора) одной из ЦК. Подобные цветоизмерительные приборы называются фотоэлектрическими (или объективными) колориметрами. Они оценивают результирующее излучение, учитывая как избирательное отражение (или пропускание) несамосветящихся предметов, так и освещение, т. е. прибор «видит» то, что видит глаз. Основной трудностью при изготовлении фотоэлектрических колориметров является достаточно точное «формирование» кривых сложения, для чего обычно подбирают соответствующие Светофильтры. Если прибор предназначен для работы с кривыми сложения x̅, , то наиболее трудно сформировать двугорбую кривую x̅ (рис. 2 ). Обычно каждая из её ветвей формируется отдельно; тогда прибор содержит 4 канала (светофильтра). Иногда в колориметрах используют др. ЦКС, все кривые сложения в которой одногорбые. Один из каналов колориметра одновременно может служить Яркомером. Часто в таких приборах предусматривается расчёт координат цветности. Максимальная точность Ц. и. фотоэлектрическими колориметрами по цветности в координатах х, у составляет от 0,002 до 0,005.

Другой принципиальной возможностью Ц. и. является прямое определение ЦК.

Естественно, что это возможно не всегда, т.к. в общем случае цветовые ощущения возбуждает световое излучение произвольного спектрального состава, а ЦК физически не существует. Прямое измерение ЦК возможно в трёхцветных аддитивных устройствах создания цвета, используемых, например, для воспроизведения цветных изображений. Основные цвета такого устройства определяют ЦКС, и их количества в смеси, дающей некоторый цвет, и есть ЦК этого цвета в ЦКС устройства. Пример такого устройства - трёхцветный Кинескоп, в котором раздельное управление свечениями 3 люминофоров (См. Люминофоры) обеспечивает получение всего множества цветов, цветности которых заключены в пределах цветового треугольника, определяемого основными цветами кинескопа (цветностями свечений люминофоров, см. Цветное телевидение). Для непосредственного измерения количеств 3 основных цветов в цвете смеси, воспроизводимом на экране кинескопа, т. е. ЦК в ЦКС кинескопа, можно использовать фотоэлектрический приёмник излучения с произвольной спектральной чувствительностью, лишь бы она не выходила за пределы видимого спектра. Измерительным прибором, подключенным к такому приёмнику, достаточно поочерёдно замерить интенсивности свечения отдельных люминофоров кинескопа. (При измерении интенсивности свечения красного люминофора «отключаются» лучи, возбуждающие зелёный и синий цвета, и т.д.) Калибровка подобного прибора состоит в снятии его показаний при поочерёдном измерении интенсивностей свечения 3 люминофоров после установки на экране опорного белого цвета, т. е. цвета с опорной цветностью ЦКС кинескопа и максимальной яркостью. В дальнейшем при измерениях разных цветов показания прибора делятся на показания для соответствующих основных цветов при опорном белом цвете. Результаты такого деления и будут ЦК в ЦКС кинескопа. Опорный белый цвет при калибровке устанавливается как можно более точно с помощью др. приборов (спектрофотометра, фотоэлектрического колориметра) или визуально по специальному эталону белого цвета. Точность установки опорного белого цвета при калибровке определяет точность последующих Ц. и. Получить значения ЦК в др. ЦКС (например, международных) можно, пересчитав показания прибора по формулам преобразования ЦК. Для вывода пересчётных формул нужно знать координаты цветности опорного белого цвета и основных цветов данного кинескопа, которые измеряют каким-либо др. методом. Большое преимущество такого непосредственного измерения ЦК по сравнению с Ц. и. при помощи фотоэлектрического колориметра заключается в отсутствии необходимости формировать определённые кривые спектральной чувствительности фотоприёмника. Ц. и. по описанному способу можно выполнять и по полному цвету свечения экрана, без отключения лучей, возбуждающих отдельные люминофоры. В этом случае в приборе должно быть 3 светофильтра с произвольными, но различающимися спектральными характеристиками. В таком приборе каждый отсчёт представляет собой сумму 3 отсчётов однофильтрового прибора для всех 3 отдельных цветных свечений. Чтобы получить значения ЦК по 3 отсчётам трёхфильтрового прибора, используют пересчётную матрицу, элементы которой определяются при калибровке прибора. Калибровка состоит в поочерёдных измерениях каждым из каналов прибора каждого из цветных свечений люминофоров в отдельности после установки на экране опорного белого цвета. Указанный пересчёт, а также переход от ЦК в ЦКС кинескопа к международной ЦКС в приборе описываемого типа может производиться автоматически, с помощью специально встроенной электрической схемы. Т. о. можно получать отсчёты прямо в ЦКС кинескопа или в международной ЦКС.

ЦК определяют также при Ц. и. визуальными колориметрами. Наблюдатель, регулируя количества 3 основных цветов такого прибора, добивается зрительного тождества цвета смеси этих цветов и измеряемого цвета. Затем вместо последнего измеряют цвет смеси. А её ЦК есть просто количества основных цветов колориметра, отнесённые к количествам этих же цветов, входящих в смесь, которая даёт опорный белый цвет ЦКС колориметра. Измерить количества основных цветов в визуальном колориметре ещё легче, чем в цветном кинескопе. Достаточно прочесть показания 3 шкал, отградуированных по раскрытию щелей, пропускающих световые потоки соответствующих цветов к полю сравнения. Т. о., при использовании визуальных колориметров измеряется не непосредственно цвет образца, а его метамер - цвет смеси трёх основных цветов колориметра. Процесс зрительного уравнивания двух цветов служит при этом для получения такого метамера цвета образца, ЦК которого можно легко измерить. Достоинством визуального колориметрирования является высокая точность Ц. и. Недостатком - то, что получаемые результаты действительны для конкретного (выполняющего зрительное уравнивание двух цветов), а не для стандартного наблюдателя. Кроме того, этим методом трудно измерять цвета не отдельных образцов, а предметов.

Принцип зрительного сравнения измеряемого цвета с цветом, ЦК которого известны или могут быть легко измерены, используется также при Ц. и. с помощью цветовых атласов. Последние представляют собой наборы цветных образцов в виде окрашенных бумаг, которые систематизированы в определённом порядке. При сравнении с измеряемым цветом подбирается образец из атласа, наиболее близкий к нему. Измеренный цвет получает наименование этого образца в соответствии с принятой в данном атласе системой обозначений. Для выражения его в международной ЦКС все образцы атласа заранее измеряются в этой системе при определённом освещении. Измеряемые цвета желательно наблюдать при том же освещении. Цветовые атласы позволяют измерять цвета предметов, а не только специальных образцов, но дискретность набора цветов в атласе снижает точность измерений, которая дополнительно понижается из-за того, что условия зрительного сравнения здесь хуже, чем при визуальном колориметрировании. В СССР используют цветовые атласы Рабкина и ВНИИМ, в США широкое распространение получили измерения по атласу Манселла (Мензелла). Ц. и. с помощью цветовых атласов являются прикидочными и могут с успехом производиться там, где большая точность не нужна или где неудобно применять др. методы.

Выражение цвета в определённой ЦКС, т. е. при задании его ЦК (или яркости и координат цветности), универсально и наиболее употребительно. Но прибегают и к др. способам количественного выражения цвета. Примером может служить только что описанное выражение цвета в системе какого-либо цветового атласа. Ещё один такой способ - выражение цвета через его яркость, преобладающую длину волны и колориметрическую чистоту цвета. (Последние два параметра характеризуют цветность.) Достоинство этого способа заключается в близком соответствии 3 перечисленных параметров цвета привычным субъективным его характеристикам (см. Цвет) - соответственно светлоте, цветовому тону и насыщенности.

Было бы очень удобно характеризовать цветность одним числом. Но её двумерность требует для её выражения в общем случае двух чисел. Лишь для некоторых совокупностей цветностей (линий на графике цветностей) можно использовать одномерное выражение. Первая такая совокупность - чистые спектральные цвета и чистые пурпурные цвета, цветности которых определяются значениями преобладающей длины волны. Второй совокупностью, для которой возможно одномерное выражение, являются цветности излучения абсолютно чёрного тела (См. Абсолютно чёрное тело), используемые для характеристики источников освещения с цветностями свечения, близкими к цветности белого цвета. Величина, определяющая положение точки на линии цветностей излучения чёрного тела (и цветности упомянутых источников), - Цветовая температура, т. е. температура в градусах Кельвина абсолютно чёрного тела, при которой оно имеет данную цветность.

Лит.: Гуревич М. М., Цвет и его измерение, М. - Л., 1950; Кривошеев М. И., Кустарев А. К., Световые измерения в телевидении, М., 1973; Нюберг Н. Д., Измерение цвета и цветовые стандарты, М., 1933; Wright W. D., The measurement of colour, 3 ed., L., 1964; Wyszecky G., Stiles W. S., Color science, N. Y., 1967.

А. К. Кустарёв.

Предназначаются для определения параметров траекторий летательного аппарата - координат, вектора скорости, углового положения в пространстве и др. Для В. и. используются...

Энциклопедия техники

- см. ЕДИНИЦЫ МЕР и ВЕСОВ...

Научно-технический энциклопедический словарь

- color mutants - ...

Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь

- высокоточные астр. и геод. измерения, выполняемые для определения размеров Земли. Длины дуг меридианов и параллелей измеряют геод. методами, а геогр...

Естествознание. Энциклопедический словарь

- "... - измерения, проводимые в процессе топографо-геодезических работ..."

Лекция 8 НАУКА ОБ ИЗМЕРЕНИИ ЦВЕТА (КОЛОРИМЕТРИЯ)

«Если Вы умеете измерить цвет, Вы можете его контролировать»

Руководство по цвету фирмы X-RITE

«.. что касается колориметрии, то я сейчас не представляю себе жизни без нее. Такая наука одна на свете: она не может без живого человека, ведь главный измерительный прибор, изначальный инструмент колориметрии – это наш глаз.»

Е.Н. Юстова

Наука о цвете из-за входящих в нее художественных и эстетических аспектов не может разрабатываться как строго научная дисциплина.Полное право называться точной наукой может входящая в нее частная дисциплина – колориметрия (наука об измерении цвета). Э то дисциплина на стыке физики, математики, биологии, физиологии, психологии. В ней приходится работать одновременно в двух направлениях: изучать и глаз, и цвет. Колориметрия– единственная физико-математическая дисциплина, которая изначально построена на ощущениях. Все приборы, работающие в рамках этой науки, тестируются глазами. Главный измерительный прибор колориметрии– это человеческий глаз, в котором рождается цвет.

Физиком Эрвином Шредингером был введен термин «метрика цвета», который обозначает учение о взаимном количественном выражении цветов.

Низшая метрика цвета осуществляется при помощи оценки тождественности цветов с применением цветовых уравнений,высшая -путем оценки цветовых различий или тождественности отдельных цветовых характеристик.

Ниже даются строгие определения колориметрических терминов .

Цвет (психофизический * ); цвет в колориметрии – трехмерная векторная величина, однозначно характеризующая группу излучений, визуально неразличимых в колориметрических условиях. Определяется координатами цвета в одной из стандартных колориметрических систем МКО

Колориметрическая система – система количественного выражения цвета, основанная на возможности воспроизведения данного цвета путем аддитивного смешения трёх выбранных цветовых стимулов. Понятие «колориметрическая система» относится к системам RGB, XYZ МКО 1931 г. и XYZ МКО 1964 г. В широком смысле термин «система координат» или просто «система» может относиться к производным системам количественного выражения цвета, базирующихся на трех выбранных цветовых стимулах колориметрических систем.

Координаты цвета – количества трех основных цветов, необходимые для получения колориметрического равенства с измеряемым цветом.Измерить цвет– это определить три координаты цвета.

Цветовое различие (визуальное) – различие между двумя цветами, каким его видит человеческий глаз. Описывается в терминах субъективных цветовых характеристик: светлее, темнее, насыщеннее, краснее, зеленее, желтее и т.д.

Цветовое различие D Е – обозначение общего цветового различия между цветами. Определяется расстоянием между двумя точками, представляющими цветовые стимулы в выбранном цветовом пространстве. Описывает величину (размер, степень, количество в порогах) различия между цветами и не дает качественного представления о его природе. Качественное представления дают различия в компонентах цветового различия.

Порог цветоразличения – наименьшее воспринимаемое глазом различие в цвете. В значительной степени зависит от условий наблюдения.

Цветовое пространство – трехмерное пространство для геометрического представления воспринимаемых или психофизических цветов.

Цветовое пространство CIE 1976 ( L * a * b *) – трехмерное приблизительно равноконтрастное цветовое пространство, полученное построением в прямоугольных координатахL *, a *, b * , однозначно связанных с координатамиXYZ в системе МКО. КоординатаL * характеризует светлоту, координатаa * - содержание красного или зеленого цвета, координатаb * - содержание желтого или синего цвета. В этом пространстве цвет может также определяться полярными координатамиL *, C *, h , гдеC * коррелирует с насыщенностью, аh (угол цветового тона)-с цветовым тоном. Равнозначное обозначение- CIELAB .

Формула цветового различия CIE 1976 ( L * a * b *): DE СМС( l : c ) – служит для расчета общего цветового различия между двумя цветами с известными координатамиL *, C *, h , Обозначение( l : c ) относится к коэффициентам коррекции для светлоты и насыщенности. При отношенииl : c = 1:1 формула предназначена для расчета воспринимаемых цветовых раздичий, при отношенииl : c = 2:1 – для определения приемлемых цветовых различий. Обозначение-СМС (1:1) иСМС (2:1).

Дин Джадд и Гюнтер Вышецки не преувеличивали, когда писали о том, что «удовлетворяющее покупателя производство предметов потребления... может быть осуществлено только с привлечением в широком объеме методов цветового контроля. Ц ветовые измерения являются неотъемлемой составной частью современной деловой жизни » .

Если в начале прошлого века Генри Форд мог представить покупателю свою последнюю модель лимузина «любого цвета, при условии, что он черный», то от 2.500 цветовых оттенков автокрасок, имеющихся во всей Европе в 1970 г., их число к концу века превышало 20.000. Из года в год к ним добавляется несколько сот новых цветовых оттенков. «Банки цветов» отдельных фирм содержат сотни и тысячи цветов, на каждый из которых имеется отработанная рецептура с использованием технологии и материалов данной фирмы. Но работа с таким большим числом образцов цвета, с их воспроизведением в материале, невозможна без использования современных технологий и науки о цвете. Чтобы эффективно использовать цвет, его обязательно нужно держать под строгим контролем. Если вы умеете измерять цвет, вы можете его контролировать, сообщать и передавать информацию о цвете в виде величины коэффициента отражения (спектральные данные) и в виде значений координат цвета.

Компьютеризированные системы расчета рецептур и подгонка цвета с помощью спектрофотометров и компьютерных программ – это стратегия большинства крупных фирм, выпускающих и использующих окрашенные материалы.

Для того, чтобы владеть современными технологиями, связанными с измерением и преобразованием цвета, например, в компьютерах, сканерах и принтерах, также необходимо знание колориметрии.

Для чего нужны цветовые измерения в промышленности? В первую очередь они необходимы для того, чтобы определить, соответствует или нет цвет окрашенной продукции норме, то есть, это – объективный метод контроля цвета при выпуске или приемке окрашенной продукции . Они необходимы для:

аттестации цвета, то есть, в качестве цветовой меры эталонов (контрольных образцов цвета) и цветовых различий между допускаемыми отклонениями на цвет материала;

объективного сравнения с цветом выпускаемого или поставляемого материала в арбитражных случаях; сравнения с образцами цвета других фирм, международных атласов, картотек, каталогов цветов;

оценки цвета образцов по объективным колориметрическим характеристикам;

в автоматизированных системах расчёта рецептур для воспроизведения эталонного цвета и в автоматизированных процессах производства окрашенных материалов;

объективного определения степени изменения цвета (эталонов, материалов) в процессе хранения и использования на протяжении срока действия. Степень изменения определяется по значениям цветовых различий D Е .

Разработка и стандартизация методов измерения цвета .

В основе современных методов измерения цвета лежат законы Грассмана и аддитивное сложение цветов. Грассман сформулировал свои знаменитые три закона, которые в настоящее время цитируются в разных формулировках. Их можно выразить в виде основного общего закона: «Светоадаптированный трихроматический глаз оценивает падающее на него излучение по трем не зависящим друг от друга спектральным функциям воздействия (сложения) линейно и постоянно, причем объединяет эти отдельные воздействия в неразрывное суммарное воздействие (стимул)».

По-отдельности законы можно сформулировать как закон трехмерности , закон непрерывности, закон аддитивности. Излучения, которые кладутся в основу системы цветовых измерений, называют основными стимулами . При графическом построении зависимостей количеств основных цветов от длины волны получаются функции длины волны, называемые функциями сложения цветов или просто кривыми сложения. Функции сложения цветов (кривые сложения) характеризуют стандартного колориметрического наблюдателя (три стандартные кривые спектральной чувствительности трех разных «фотоприемников» человеческого глаза).

Подлинному прогрессу в области измерения цвета способствовала возникшая в 20-ые годы прошлого века потребность в технических измерениях и характеристиках цвета окрашенной продукции. Особенно остро встала проблема инструментальной оценки цвета нефти в США, которая продавалась по цвету, а визуальная оценка при нестандартных условиях определения то и дело приводила к разногласиям. Подобные проблемы возникали и в текстильной промышленности, особенно при поставках текстиля для военных ведомств, а также в лакокрасочной и других отраслях. Необходимость использования объективных методов контроля цвета промышленной продукции привела к созданию и стандартизации колориметрических систем. Создание спектрофотометра (поставлен фирмой «Дженерал электрик» на мировой рынок в 1930 г.) и принятие на заседании VIIIсессии МКО (Международнаяй комиссия по освещению) в 1931г.стандартных условий измерения цвета: функций сложения цветов, стандартных излучений А, В и С и стандартной геометрии освещения/наблюдения положили начало промышленному использованию цветовых измерений.Стандартная колориметрическая система XYZ МКО 1931 г., установленная стандартамиМКО иИСО , стала основой цветовых измерений во всем мире.

Система спецификации цвета МКО во многих случаях оказывается весьма полезной и используется практически во всех применениях цветовых измерений. Однако для успешного ее применения необходимо знать ее возможности и ограничения.

Функции сложения цветов (кривые сложения) МКО 1931 г. Они характеризуютстандартного колориметрического наблюдателя (три стандартные кривые спектральной чувствительности трех разных «фотоприемников» человеческого глаза) при малых углах поля зрения (<4°). Первоначально данные были получены путем усреднения экспериментов Гилда и Райта по уравниванию наблюдателями спектральных цветов в поле зрения 2° с помощью суммы трех цветов R , G , B (красный, зеленый, синий) с длиной волны 700, 546,1 и 435,8 нм. Однако из-за отрицательных значений части функции r (λ) ее нельзя использовать для аддитивного сложения цвета.

(а)
(б)

Рис. 50. Кривые сложения цветов стандартного колориметрического наблюдателя, полученные на основе данных опытов Гилда и Райта (а), кривые сложения цветовx(λ), y(λ), z(λ) для стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1931 г. (б)

Для того чтобы избежать отрицательных значений кривых сложения, они были подвергнуты линейному математическому преобразованию, в результате чего были получены кривые сложенияx (λ), y (λ), z (λ) (рис. 50), которые известны как кривые сложения цветов стандартного колориметрического наблюдателяМКО 1931 г. В новой системе основные цветаX , Y , Z являются нереальными (воображаемыми, гипотетическими) цветами.

Стандартный колориметрический наблюдатель МКО 1964 г. Несмотря на то, что система МКО 1931 г. была официально признана во всем мире, у нее имелся ряд недостатков.

Новые кривые сложения были найдены на основе многочисленных опытов, выполненных Стайлсом, Бёрчем и Сперанской. Полученные кривые сложения были названы кривыми сложения дополнительного стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1964 г. Угол поля зрения при уравнивании цветов был равен не 2° (как в первоначальных экспериментах), а 10°, что соответствует восприятию цветовых полей большего размера. Например, для площади диаметром 3,5 см на расстоянии 1 м, угол зрения равен точно 2°, а диаметром 17,5 см - 10°(рис. 51).

Рис. 51. Различие между двумя стандартными наблюдателями МКО

МКО приняла решение рекомендовать к использованию обе системы кривых сложения. Когда оценивают большие по размеру цветовые образцы, используют кривые сложения для дополнительного стандартного колориметрического наблюдателя 1964 г. (десятиградусного наблюдателя).

Оптическая геометрия измерения. При измерении цвета МКО рекомендует использовать четыре типа оптической геометрии освещения/наблюдения: 0/45; 45/0; 0/Дифф; Дифф./0 (рис. 52).

Рис. 52. Стандартные геометрии МКО

Первая цифра означает угол между нормалью к поверхности образца и направлением освещения образца, вторая – угол между нормалью и направлением наблюдения.

В современных приборах с геометрией 45/0 и 0/45 для снижения влияния на результат измерения фактуры поверхности образца и положения образца относительно прибора используют кольцевые осветители (источники) либо освещение образца из нескольких направлений.

Геометрии, обозначаемые Дифф./0°и 0°/Дифф., используют для максимально равномерного освещения образца в интегрирующей оптической сфере, обычно покрытой изнутри сульфатом бария илиSpectralon Ò .

Стандартные излучения и стандартные источники света. МКО предложила несколько стандартных колориметрических излучений, которые были обозначены латинскими буквамиA ,B ,C ,D ,E иF . Стандартные излучения МКО – это значения относительной мощности излучения в интервале от 300 до 830 нм с шагом 1или 5 нм. Стандартные излучения воспроизводят при помощи стандартных источников света – реальных источников света, спектральное распределение энергии которых в той или мере аппроксимирует одно из стандартных излучений.

В качестве характеристики цветности излучения источников света используется цветовая температура. Внедренные МКО стандартные источники освещения характеризуются следующими значениями цветовой температуры:А (свет лампы накаливания) – 2856 К,В (солнечный свет) – 4874 К,С (рассеянный дневной свет) – 6774 К.

Набор стандартных источников среднедневного света D имеет диапазон коррелированных цветовых температур от 4000К до 7500К. Данные спектрального распределения излученияD были определены путем усреднения данных многочисленных измерений спектра дневного света выполненных в различных районах Великобритании, Канады и США. Для различных целей было определено несколько спектральных распределений источникаD для различных значений цветовой температуры:D50 ,D55 ,D60 ,D65 ,D70 ,D75, соответственно, с коррелированными цветовыми температурами 5000 K, 5500 K, 6000 K, 6500 K, 7000 K, 7500 K. ИсточникD65 следует считать наиболее универсальным, поскольку он наиболее точно аппроксимирует среднедневной свет. ИсточникD50 принят в качестве стандартного в полиграфии, поскольку лучше всего подходит для характеристики изображения, напечатанного стандартными типографскими красками на бумаге. ИсточникD55 принят в качестве стандартного в фотографии: лампы с цветовой температурой 5500 К используются в просмотровом оборудовании для слайдов и эту цветовую температуру имеет свет лампы-вспышки.

Излучение Е - источник излучения, имеющий равноэнергетический (не меняющийся с изменением длины волны) спектр, с цветовой температурой 5460К. Соответствует гипотетическому идеальному источнику белого света Реально не существует в природе и используется в колориметрии только в расчетных целях. Его координаты цветности: x = 1/3, y = 1/3 обозначаются на графике цветности МКО точкой, называемой точкой белого цвета.

РазличныеизлученияF представляют собой излучение наиболее распространенных люминесцентных ламп. Например,F 11 – узкополосное излучение в трех длинах волн люминесцентной лампы белого света с коррелированной цветовой температурой 4000 К. Эта лампа (TL 84 Philips ) широко используется в колориметрии, благодаря ее распространению в освещении, связанному с высокой световой эффективностью и высоким индексом цветопередачи.

Таким образом, измерить цвет – значит определить три характеристики в одной из стандартных колориметрических систем при стандартных условиях освещения и наблюдения. Такими характеристиками, которые позволяют однозначно определить цвет, являются, например, координаты цветаX, Y, Z или координаты цветностиx, y и координата цветаY , численно равная коэффициенту яркости (или отражения, ρ), в системе XYZ МКО 1931 или 1964гг. Они являются основными. От этих характеристик можно перейти к характеристикам цвета в других цветовых пространствах, используемых для определения цвета и цветовых различий.

Другие модели цветовых пространств . Одним из существенных недостатков цветового пространстваXYZ МКО являлось то обстоятельство, что одинаковым изменениям координат цвета не соответствуют равнозначные изменения цветовых ощущений. Иначе говоря, разница между двумя цветами, находящимися в одной области графика, не так ощутима, как точно такая же разница между двумя соседними цветами, находящимися в другой области графика. Области порогов изменения цветности, границы которых для среднего наблюдателя соответствуют областям визуально одинаковой цветности, на графике xy МКО 1931 г. имеют форму не окружностей, а эллипсов разного размера с разным наклоном осей. Эти эллипсы так и называются эллипсами Мак Адама (рис. 53), который первым столь наглядно представил неравномерность цветового пространства системыXYZ.

Рис. 53. Эллипсы Мак Адама, нанесенные на график МКО 1931 г. (для наглядности представления эллипсы увеличены в 10 раз). Эти эллипсы приблизительно соответствуют пределам областей визуально одинаковой цветности для стандартного наблюдателя.

В дальнейшем были предложены различные проективные преобразования графика xy МКО, которые позволили бы получить равноконтрастный цветовой график. Почему это так необходимо? Для того, чтобы можно было оценить различия между цветами. Понятиецветового различия ΔЕ было введено для объективной оценки цветового соответствия стандартного и испытуемого образцов, определяемого какрасстояние между координатами цвета в соответствующих цветовых пространствах.

В 1976 г. МКО рекомендовала использовать другие модели цветовых пространств, из которых на практике наиболее распространенным является цветовое пространство CIELAB . Это пространство, по определению МКО, является приблизительно равноконтрастным. Оно представляет интерес и для дизайнеров, так как широко используется не только в измерении цвета материалов, но и в компьютерных программах.

Координаты цвета в этом пространстве: L * - светлота, которую можно интерпретировать как показатель ощущения яркости, пропорциональная корню кубическому значений координаты цветаY , икоординаты a* и b* . Координатаa* описывает изменение цветности от зеленого цвета (ось отрицательных значений координатыa* ) до красного (ось положительных значений координатыa* ), аb* - изменение цветности от синего (ось отрицательных значений координатыb* ) до желтого (ось положительных значений координатыb* ) цвета.

Для удобства использования была также предложена модификация модели CIELABпутем трансформации координат цветности из прямоугольной в полярные координаты цветового тонаh и насыщенности (C* ):

Новые координаты h иC* фактически являются коррелятами рассмотренных ранее психофизических характеристик цвета в виде цветового тона и насыщенности. На графике, также как цветовой тон и насыщенность, координатаh определяется углом, а координатаC* - радиусом относительно центра координат, которым является осьL* .

Рис. 54. График цветового пространства CIELAB в полярных координатахh иC*

Достоинством цветовой модели CIEL AB , определившим ее широкое использование в колориметрии и промышленности, явилось то обстоятельство, что она эффективно решила проблему представления величины цветовых различий в промышленности, а также и то, что описание цвета в этой системе фактически моделирует процесс представления цвета аппаратом человеческого зрения. Как показали недавние исследования человеческого зрения в процессе визуального восприятия сигнал от палочек и колбочек, возникающий при наблюдении того или иного цвета, далее трансформируется в три нервных импульса, один из которых соответствует сигналу яркости, а два других являются цветоразностными сигналами.

Применение формул цветового различия. Разработанные формулы цветового различия позволяют избежать субъективных визуальных оценок, причины которого разнообразны и полностью неустранимы, и использовать методы объективной колориметрии для решения следующих задач: – установка объективных цветовых допусков и проверка соответствия цвета материала установленным допускам; – объективная оценка цветоустойчивости материалов;

– количественная оценка степени метамеризма; – подбор близких (в пределах установленных различий) цветов из базы данных к испытуемому цвету и сортировка по цвету (разбиение множества образцов цвета на группы с заданной величиной цветового различия внутри группы).

Самой распространенной формулой определения цветовых различий является рекомендуемая МКО формула СIЕLАВ, которая входит во многие отечественные и зарубежные стандарты. Часто используют формулу цветовых различийCIELCH и соотносят различия в значениях полярных координатh иC* с визуально наблюдаемыми значениями цветового тона и насыщенности. Общая величина цветового различия, определенная в этих пространствах, одинакова. Но различия в координатахa* и b* дают возможность определить: является ли испытуемый цвет более красным, синим, желтым или зеленым, а различия в координатахh иC* - изменение его цветового тона и насыщенности по сравнению со стандартным цветом.

В программное обеспечение ряда приборов, кроме этих формул, входит формулаFМС-2 (Фриля-МакАдама-Чиккеринга), которая не является рекомендацией МКО, но дает хорошее согласие инструментальных данных с визуальной оценкой, а такжеформулыСМС (l:с), CIE 94 (МКО 94) и формулаС IE DE 2000 . Для лучшей корреляции с визуальной оценкой рекомендуется использоватьформулуСМС (l:с) .

Цветоизмерительные приборы. В соответствии с классификацией, установленной изготовителями приборов и приведенной в , цветоизмерительные приборы различаются по: типу измеряемого излучения (отраженный, пропускаемый, испускаемый свет или объединяющие измерения разных видов излучений), условиям применения (портативные, настольные (лабораторные), on-line, устанавливаемые на производственных линиях), оптической геометрии измерения (с геометрией 45/0 и 0/45, геометрией Дифф./0° и 0°/Дифф., геометрией 0/0 и другими, более редкими, многоугловые - гониоспектрофотометры) и способу определения координат цвета. По способу определения координат цвета различают три типа приборов:

колориметры – приборы для непосредственного измерения координат цвета для ограниченного набора колориметрических условий (источник/ наблюдатель);

компараторы – приборы для сравнения цветовых характеристик (отношения координат цвета) испытуемого образца и близкого к нему по цвету образца сравнения, характеристики которого известны;

спектрофотометры – приборы, измеряющие спектр отражения (пропускания) образца и по спектральным данным осуществляющие расчет координат цвета в любых цветовых пространствах для всех возможных сочетаний источник/ наблюдатель. Основное различие между спектрофотометрами и колориметрами является принципиальным - колориметры не измеряют спектров . Спектрофотометры, специально предназначенные для измерения цвета, часто называютспектроколориметрами.

На отечественном рынке цветоизмерительные приборы (а также камеры для визуального сравнения цвета) представляют фирмы:X - RITE (GretagМасbeth входит в нее),Dataсо1ог ,Hunter . Лидирующей является фирмаX - RITE . Они поставляют как портативные, так и стационарные приборы, в том числе, приборы высшего класса по точности и долговременной воспроизводимости результатов, с двухлучевыми оптическими схемами с двумя спектральными анализаторами, типа спектрофотометраСо1ог Еуе 7000 Масbeth илиSpectraflash SF 600 Рlus Dataсо1оr . Также имеются приборы для измерения цвета покрытий с металлическим, перламутровым и другими эффектами, типа многоуглового гониоспектрофотометраСо1ог Еуе 740 GL. Приборы различаются по назначению, конструкции, программному обеспечению, стоимости. Постоянно разрабатываются новые приборы.

На рис. 55 представлены спектроколориметры, используемые во ВНИИТЭ и рядом – современные приборы фирмыX - RITE .

(а)
(б)

Рис. 55. Спектроколориметры, используемые во ВНИИТЭ: «Радуга-2» (ЧОКБА, СССР), RFC-3 (фирма «OPTON», Германия)? (1973-1995 гг.), COLOR-EYE CE-3100 (Macbeth, США), (1995-2000гг.) (а), современные приборы фирмыX - RITE (б)

На отечественном рынке цветоизмерительные приборы (а также камеры для визуального сравнения цвета) представляют фирмы: X - RITE (в настоящее время широко известная фирмаGretagМасbeth входит в нее),Dataсо1ог ,Hunter .Они поставляют как портативные, так и стационарные приборы, в том числе, приборы высшего класса по точности и долговременной воспроизводимости результатов, с двухлучевыми оптическими схемами с двумя спектральными анализаторами, типа спектрофотометраСо1ог Еуе 7000 Масbeth илиSpectraflash SF 600 Рlus Dataсо1оr . Также имеются приборы для измерения цвета покрытий с металлическим, перламутровым и другими эффектами, типа многоуглового гониоспектрофотометраСо1ог Еуе 740 GL. Приборы различаются по назначению, конструкции, программному обеспечению, стоимости.

ЛЕКЦИЯ 4 ЭСТЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства материалов, характеризующие эстетику восстановления. Факторы, влияющие на эстетическое восприятие восстановительного материала. Субъективные и объективные методы оценки эстетических свойств.

В предыдущих разделах были представлены физико-химические и физико-механические свойства стоматологических материалов, которые имеют большое значение для восстановления структур зубочелюстной системы, способных длительное время воспринимать и выдерживать функциональные нагрузки в среде полости рта. Другой важной задачей восстановительной стоматологии является воспроизведение внешнего вида натуральных зубов.

В последние годы эстетика в стоматологии приобрела приоритетное значение. В связи с этим стали активно проводиться научные исследования, изучающие влияние состава и технологии применения материалов на их эстетические показатели.

Врач видит и может сравнивать цвета зуба и эталона расцветки, потому что на эти объекты падает свет от источника освещения (рис. 4.1).

К показателям, которые характеризуют эстетические свойства восстановительных материалов, относят цвет, полупрозрачность, блеск поверхности и флуоресценцию.

Собственный цвет любого предмета или объекта, как присущее ему свойство, представляет собой результат взаимодействия данного объекта со светом от источника освещения. Материал приобретает цвет в результате отражения одной части и поглощения другой части спектра падающего на него света.

Напомним, что свет - форма электромагнитной энергии, которую может воспринимать глаз человека. Глаз воспринимает свет длиной

Рис. 4.1. Схема определения внешнего вида искусственной коронки наблюдателем

волны приблизительно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (темно-красный). Свет в указанном спектральном диапазоне часто называют видимым светом. Комбинация длин волн, содержащаяся в луче света, отраженном от поверхности предмета, определяет то свойство, которое мы называем цвет. Поверхность, которая имеет синий цвет, отражает только синюю часть и поглощает все остальные цвета спектра освещающего ее света. Поверхность белого цвета отражает все длины волн спектра падающего на нее света. Объект черного цвета полностью поглощает весь световой спектр и не отражает ничего.

Полупрозрачность (степень прозрачности) или просвечиваемость зависит от количества света, которое может пропускать предмет. Предметы с высокой прозрачностью кажутся более светлыми. Чем прозрачнее материал, тем больше на его цвет и внешний вид будет влиять фон или подложка. Прозрачность снижается с увеличением степени рассеяния света в материале.

Блеск поверхности - оптическое свойство, придающее поверхности глянцевый зеркальный вид. Неблестящая и глянцевая поверхности отличаются соотношением зеркального и диффузного (рассеянного) отражения света. Блеск можно охарактеризовать количеством зеркально отраженного от поверхности света, который падает на нее в виде пучка параллельных лучей. Для зеркального отражения соблюдается закон: угол падения света равен углу его отражения. Когда луч света, падаю-

щий на поверхность предмета, рассеивается, поверхность воспринимается как матовая, неблестящая или шероховатая. Блеск поверхности уменьшается с увеличением степени рассеивания падающего луча света. Яркий блеск связан с совершенной гладкостью поверхности, которую обычно называют зеркальной.

Флуоресценцией называется излучение или эмиссия предметом света длиной волны, отличающейся от длины волны света, падающего или освещающего данный предмет. Флуоресцентное излучение прекращается сразу после прекращения освещения способного к флуоресценции предмета. Естественные зубы флуоресцируют в диапазоне голубого света под воздействием ультрафиолетового облучения.

На каждый из показателей эстетики, с точки зрения наблюдателей, таких, как стоматолог, зубной техник и пациент, влияют:

1) освещение и, следовательно, осветитель (источник света);

2) собственные оптические свойства восстановительного материала, которые определяют характер взаимодействия света от осветителя с материалом;

3) восприятие полученного результата наблюдателем. Характеристика источника света чрезвычайно важна при оценке

цвета, потому что интенсивность света на определенных длинах волн оказывает непосредственное влияние на спектр света, отраженного предметом, который рассматривает наблюдатель. Для более четкой характеристики цвета обязательно следует указать, при каком освещении был определен этот цвет. В восстановительной стоматологии лучше применять источники света, которые позволяют создать освещение, близкое к дневному. Именно в таких условиях пломбы и протезы будут выглядеть как при естественном освещении.

Человеческий глаз - самый чувствительный прибор для восприятия цвета и сравнения цветовых различий. Определение цвета с его помощью происходит в результате действия так называемого цветового стимула, получающего информацию от клеток сетчатки глаза (палочек и колбочек). Восприятие цвета индивидуально, сравните, например, восприятие цвета художника и человека с нарушением цветового зрения. Встречается такое нарушение зрительного восприятия, как цветовая слепота - неспособность различать цвета.

Для объективной оценки цвета, а также других эстетических характеристик восстановительных материалов необходимо использовать стандартные условия наблюдения и аппаратурные методы измерений

с помощью спектрофотометров и колориметров. Эти приборы должны выдавать результаты наблюдений или измерений цвета в понятной универсальной форме, не зависящей от вида и конструкции прибора. Для этой цели предложены несколько систем измерения цвета. Рассмотрим некоторые из них, наиболее интересные для применения в восстановительной стоматологии.

Цветовая система Манселла (Munsell) включает три координаты:

Цвет - основная характеристика, определяющая наблюдаемый цвет предмета, связанный со спектром света, отраженного предметом;

Светлота - характеризует цвет как светлый или темный, если этот показатель имеет невысокое значение, восстановленный зуб кажется серым и неживым;

Насыщенность - мера интенсивности (насыщенности) цвета. Например, если приготовить водный раствор метиленового синего концентрацией 0,1%, то насыщенность цвета раствора будет меньше, чем у раствора того же красителя концентрацией 1%.

Цветовая система X, Y, Z основана на спектральных характеристиках, выражающих величину коэффициента отражения на определенной длине волны. В ее основе физические, оптические характеристики цвета, но она не очень удобна для практического использования в оценке цвета стоматологических материалов.

Цветовая система CIE I*a*b* также включает определение спектра отраженного от предмета света и величину коэффициента отражения в системе X, Y, Z. Из полученных физических параметров X, Y, Z рассчитываются более удобные величины L*, a*, b*. Преимущество данной системы в том, что ее можно представить в виде трехмерного цветового пространства, хорошо согласующегося с визуальным восприятием цветов, а единицы измерения каждого цвета просты для понимания (рис. 4.2).

Чтобы определить цвета натуральных зубов и подобрать восстановительный материал, близкий по цвету и общей эстетической характеристике, в стоматологической клинической практике применяют стандартные шкалы цветов. Их называют стандартными или эталонными расцветками зубов. Эти расцветки должны охватывать цветовое пространство, соответствующее всем возможным оттенкам натуральных зу-

Рис. 4.2. Система измерения цвета CIE L*a*b* в виде трехмерного цветового пространства

бов. Хотя в сфере цветового пространства, охваченного системой CIE L*a*b*, область цветовых оттенков (см. рис. 4.2), соответствующая цветам зубов, очень невелика, стоматологические расцветки должны логичным образом разделять это пространство на ряд цветов. Образцы расцветок следует выполнять с учетом природы восстановительного материала, для которого они предназначены.

деятельности человека. Наиболее востребованной данная опция бывает в производственных областях, имеющих дело с цветной продукцией. Также важно измерение цвета в полиграфии и покрасочных мастерских.

Цветометрия позволяет контролировать соответствие цветов обрабатываемой продукции и поставляемого сырья назначенным стандартам, упорядочивает используемые тона и оттенки в единую базу данных для всех партнеров, занятых в процессе. В многокрасочной печати она обеспечивает одинаковый результат реализации проекта на различных материалах, используемых в качестве подложки. Отрасли, где рабочий процесс основан на использовании смесевых красок, применяют колориметрию для тестирования составляющих элементов и создания формул смешения красок.
Оценка качества цветов необходима не только на производственных или печатающих предприятиях, она востребована и в менее масштабных процессах: для дизайнерских или художественных работ, калибровки принтеров, настройки мониторов или телевизоров.
В зависимости от специализации работ и целевой направленности, используются различные типы измерительных приборов и приспособлений.

Спектрофотометры

Количественная оценка цвета является фундаментальным принципом работы для данного типа приборов. Принцип включает следующие измеряемые характеристики:

Собственно цвет (оттенок). Оценивается по длине волны излучаемого или отраженного от поверхности света. Единицей измерения является нанометр (нм).
Чистота тона (насыщенность). Показывает уровень расхождения со спектральным прототипом, выраженный количеством присутствующего белого тона. Чем больше белого, тем меньше насыщенность.
Отражающая способность (яркость). Показывает разницу между падающим и отраженным светом, обусловленную количеством черного тона в образце.

Результаты выдаются в системе цветовых координат Lab, XYZ, HSB и других, олицетворяющих основы цветометрии.
Чтобы произвести измерение цвета спектрофотометром у образцов с блестящими, металлическими или перламутровыми эффектами на производственном месте, требуется мультиугловая портативная версия прибора (например, X-Rite MA9X). Она же годится и для текстурных поверхностей (ткани, пористые материалы). Для ровных матовых поверхностей в тех же условиях годится обычная портативная модель (Ci6X или SP6X).

Для более сложных измерений в лабораторных условиях необходим стационарный прибор со сферическим методом измерений (Color Eye 7000 или Ci7800).
Чтобы откалибровать принтер, нужна специальная модель устройства, например, SpyderPrint. Для компьютерного дисплея, проектора, цифровой камеры - комплект i1Publish Pro 2. Настроить цвета на телевизоре высокой четкости поможет Spyder4TV HD.
В полиграфии помимо спектрофотометров используются денситометры, оценивающие плотность слоя наносимой на основу краски.

Просмотровые кабинки

Если специфика работ позволяет обходиться визуальной оценкой цветовых характеристик изделий, то можно приобрести такую кабинку (типа The Judge II), обеспечивающую просмотр под различными типами освещения.

Цветовые измерения

Когда ЦК какого-либо цвета откладывают по 3 взаимно перпендикулярным координатным осям, этот цвет геометрически представляется точкой в трёхмерном, т. н. цветовом, пространстве или же Вектор ом, начало которого совпадает с началом координат, а конец - с упомянутой точкой цвета. Точечная и векторная геометрическая трактовки цвета равноценны и обе используются при описании цветов. Точки, представляющие все реальные цвета, заполняют некоторую область цветового пространства. Но математически все точки пространства равноправны, поэтому можно условно считать, что и точки вне области реальных цветов представляют некоторые цвета. Такое расширение толкования цвета как математического объекта приводит к понятию т. н. нереальных цветов, которые невозможно как-либо реализовать практически. Тем не менее с этими цветами можно производить математические операции так же, как и с реальными цветами, что оказывается чрезвычайно удобным в колориметрии. Соотношение между основными цветами в ЦКС выбирают так, что их количества, дающие в смеси некоторый исходный цвет (чаще всего белый), принимают равными 1.

Когда цвет (при объективных Ц. и. всегда имеется в виду цвет окрашенного предмета или источника света (См. )) представлен спектральным распределением излучения (испускаемого источником, либо отражённого или пропущенного предметом), то для нахождения его ЦК нужно использовать кривые сложения как взвешивающие функции, оценивающие это излучение. Такая оценка может выполняться двумя путями.

Спектральное распределение излучения и спектральную характеристику отражения (пропускания) измеряют, разлагая свет в спектр, например в Спектрофотометр е или Монохроматор е. Кривые сложения задаются в виде таблиц значений удельных координат через 5 или 10 нм. Имеются также таблицы величин Е (λ) и т.д. для стандартных источников света МКО А, В, С, D, представляющих наиболее типичные условия естественного (В, С и D ) и искусственного (А ) освещения.

Второй путь Ц. и. на основе кривых сложения - это анализ излучения с помощью 3 приёмников света (См. Приёмники света), характеристики спектральной чувствительности (См. Спектральная чувствительность) которых совпадают с кривыми сложения. Каждый такой светоэлектрический преобразователь выполняет действия перемножения 2 спектральных функций и интегрирования произведений, в результате чего на его выходе электрический сигнал равен (при соответствующей калибровке прибора) одной из ЦК. Подобные цветоизмерительные приборы называются фотоэлектрическими (или объективными) колориметрами. Они оценивают результирующее излучение, учитывая как избирательное отражение (или пропускание) несамосветящихся предметов, так и освещение, т. е. прибор «видит» то, что видит глаз. Основной трудностью при изготовлении фотоэлектрических колориметров является достаточно точное «формирование» кривых сложения, для чего обычно подбирают соответствующие Светофильтр ы. Если прибор предназначен для работы с кривыми сложения x̅, , то наиболее трудно сформировать двугорбую кривую x̅ (рис. 2 ). Обычно каждая из её ветвей формируется отдельно; тогда прибор содержит 4 канала (светофильтра). Иногда в колориметрах используют др. ЦКС, все кривые сложения в которой одногорбые. Один из каналов колориметра одновременно может служить Яркомер ом. Часто в таких приборах предусматривается расчёт координат цветности. Максимальная точность Ц. и. фотоэлектрическими колориметрами по цветности в координатах х, у составляет от 0,002 до 0,005.

Другой принципиальной возможностью Ц. и. является прямое определение ЦК.

Естественно, что это возможно не всегда, т.к. в общем случае цветовые ощущения возбуждает световое излучение произвольного спектрального состава, а ЦК физически не существует. Прямое измерение ЦК возможно в трёхцветных аддитивных устройствах создания цвета, используемых, например, для воспроизведения цветных изображений. Основные цвета такого устройства определяют ЦКС, и их количества в смеси, дающей некоторый цвет, и есть ЦК этого цвета в ЦКС устройства. Пример такого устройства - трёхцветный Кинескоп , в котором раздельное управление свечениями 3 люминофоров (См. Люминофоры) обеспечивает получение всего множества цветов, цветности которых заключены в пределах цветового треугольника, определяемого основными цветами кинескопа (цветностями свечений люминофоров, см. Цветное телевидение). Для непосредственного измерения количеств 3 основных цветов в цвете смеси, воспроизводимом на экране кинескопа, т. е. ЦК в ЦКС кинескопа, можно использовать фотоэлектрический приёмник излучения с произвольной спектральной чувствительностью, лишь бы она не выходила за пределы видимого спектра. Измерительным прибором, подключенным к такому приёмнику, достаточно поочерёдно замерить интенсивности свечения отдельных люминофоров кинескопа. (При измерении интенсивности свечения красного люминофора «отключаются» лучи, возбуждающие зелёный и синий цвета, и т.д.) Калибровка подобного прибора состоит в снятии его показаний при поочерёдном измерении интенсивностей свечения 3 люминофоров после установки на экране опорного белого цвета, т. е. цвета с опорной цветностью ЦКС кинескопа и максимальной яркостью. В дальнейшем при измерениях разных цветов показания прибора делятся на показания для соответствующих основных цветов при опорном белом цвете. Результаты такого деления и будут ЦК в ЦКС кинескопа. Опорный белый цвет при калибровке устанавливается как можно более точно с помощью др. приборов (спектрофотометра, фотоэлектрического колориметра) или визуально по специальному эталону белого цвета. Точность установки опорного белого цвета при калибровке определяет точность последующих Ц. и. Получить значения ЦК в др. ЦКС (например, международных) можно, пересчитав показания прибора по формулам преобразования ЦК. Для вывода пересчётных формул нужно знать координаты цветности опорного белого цвета и основных цветов данного кинескопа, которые измеряют каким-либо др. методом. Большое преимущество такого непосредственного измерения ЦК по сравнению с Ц. и. при помощи фотоэлектрического колориметра заключается в отсутствии необходимости формировать определённые кривые спектральной чувствительности фотоприёмника. Ц. и. по описанному способу можно выполнять и по полному цвету свечения экрана, без отключения лучей, возбуждающих отдельные люминофоры. В этом случае в приборе должно быть 3 светофильтра с произвольными, но различающимися спектральными характеристиками. В таком приборе каждый отсчёт представляет собой сумму 3 отсчётов однофильтрового прибора для всех 3 отдельных цветных свечений. Чтобы получить значения ЦК по 3 отсчётам трёхфильтрового прибора, используют пересчётную матрицу, элементы которой определяются при калибровке прибора. Калибровка состоит в поочерёдных измерениях каждым из каналов прибора каждого из цветных свечений люминофоров в отдельности после установки на экране опорного белого цвета. Указанный пересчёт, а также переход от ЦК в ЦКС кинескопа к международной ЦКС в приборе описываемого типа может производиться автоматически, с помощью специально встроенной электрической схемы. Т. о. можно получать отсчёты прямо в ЦКС кинескопа или в международной ЦКС.