Как понять результаты колориметра?

0

Для чего служит колориметр?

Колориметр (от лат. color – цвет и от греч. metreo – измеряю) – прибор для измерения характеристик цвета света (не путать с калориметром – прибором для измерения количества теплоты). Существуют колориметры двух типов. Трёхцветные колориметры служат для количественного выражения цвета в виде набора трёх чисел – основных компонентов цвета. Они представляют собой интенсивности световых потоков трёх основных цветов (красный, зелёный, синий), дающих при их смешении цвет, неотличимый от измеряемого. Результаты фиксируются на трёх шкалах колориметра.

Здесь должен быть рисунок
В простейшем колориметре, называемом диском Максвелла, смешение основных цветов происходит при быстром вращении трёхцветного диска и восприятии глазом образовавшегося смешанного цвета. Регулировкой размера каждой цветной части диска добиваются, чтобы при его вращении воспринимаемый цвет не отличался от цвета образца, помещённого в центр диска.

   Здесь должен быть рисунок

В наши дни более распространены колориметры, в которых смешение цветов осуществляется освещением белой поверхности тремя световыми потоками с различными цветовыми характеристиками, а вклад каждого потока в получаемый цвет регулируется изменением его интенсивности. Описанный колориметр, а также диск Максвелла, относятся к так называемым визуальным колориметрам. Их достоинства – простота измерений. Недостаток – субъективная оценка наблюдателем тождества цветов, которая может зависеть от особенностей зрения наблюдателя (см. фото справа).

Здесь должен быть рисунок
Концентрационные колориметры используют для определения концентраций веществ в их окрашенных растворах, образующихся в результате специально проводимых химических реакций. Действие таких колориметров основано на зависимости степени поглощения света определённой длины волны (то есть определённого цвета) от концентрации того или иного вещества в растворе. Поглощение света в исследуемой жидкости сравнивается с поглощением в эталонном растворе (с известным содержанием компонента), после чего по известному в оптике закону Бугера-Ламберта-Бера рассчитывается измеряемая концентрация анализируемого вещества. Точность таких измерений чрезвычайно высока: погрешность не превосходит 0,01-0,001 моль/литр.

Рассмотрим внутреннее устройство и принцип действия колориметра фотоэлектрического концентрационного КФК-2 (см. предыдущее фото) более подробно. Он предназначен для измерения светопропускания, оптической плотности и концентрации окрашенных растворов и рассеивающих смесей в области спектра 315-980 нм. Оптическая схема этого фотоколориметра представлена на чертеже.

Свет от малогабаритной лампы (1) проходит последовательно через систему линз со щелью (2,3,4,5) теплозащитный (6), нейтральный (7) и цветной (8) светофильтры, ограждаюющие стёкла (9,11), а между ними – специальный сосуд (оптическую кювету) с исследуемым раствором (10) и попадает на улавливающий фотоэлемент (12), создающий слабый или сильный фототок в зависимости от количества попадающего на него света. Смена сосудов с эталонным и исследуемым растворами в этом колориметре производится лаборантом вручную, а измерение светопропускания производится косвенно – по показаниям миллиамперметра.

   Концентрационные колориметры могут быть не только селективными, когда из белого света лампы конкретный (один) цвет выделяется светофильтром, но и спектральными, когда белый свет лампы разлагается призмой в спектр, проходит через кювету с исследуемым раствором и «считывается» фотоэлементом. Во втором случае могут использоваться три отдельных фотоэлемента с цветными светофильтрами (соответствующими основным цветам) или же один фотоэлемент, перед которым последовательно устанавливаются три светофильтра.

Фотоэлектрические колориметры различных типов применяются в химических лабораториях для измерения концентраций различных веществ и/или примесей в них, а также в промышленности для контроля цвета источников света (ламп, осветителей), оттеночных красителей и красок, оптических светофильтров и/или отражающих материалов, экранов цветных телевизоров и/или мониторов и многих-многих других изделий.

Основное преимущество колориметра - его простота и низкая цена. Но как следствие низкой цены, светофильтры, используемые в этих колориметрах, имеют очень далеки от идеальных характеристики (функции, описывающие возможности светофильтров, существенно отличаются от CIE standard observer color matching functions), а это может приводить к существенным ошибкам измерений. Эти ошибки можно как-то минимизировать за счет 3х3 XYZ matrix (матрицы коррекции). Заводские матрицы коррекции является или в самом колориметре, или в драйвере колориметра.

Для колориметра i1 Display 2 производитель указывает только два вида поддерживаемых мониторов (две матрицы коррекции): LCD, CRT, но не уточняет технологии изготовления LCD-мониторов и тип подсветки жидких кристаллов LCD-монитора.

Для колориметра i1 Display Pro производитель указывает тип подсветки жидких кристаллов LCD-монитора: CCFL, Wide Gamut CCFL, White LED, RGB LED, OLED, Plasma, Projector, RG Phosphor, но не указывает технологию изготовления LCD.

Но поскольку точность калибровки / профилирования зависит от спектральных характеристик первичных цветов монитора (display primaries), а для каждого монитора эти характеристики могут быть разные (даже для мониторов одной модели), ни заводская матрица коррекции не может быть идеальной для всех мониторов.

Мониторы отличаются: 1) технологии изготовления LCD-мониторов (IPS, PLS, PVA, MVA, TN + film); 2) типом подсветки жидких кристаллов LCD-монитора (CCFL, Wide Gamut CCFL, White LED, RGB LED, GB LED, MG LED); 3) управляющей электроникой; 4) индивидуальными различиями (другие спектральные характеристики блока подсветки жидких кристаллов дисплея, другие пользовательские настройками в меню монитора и т.д.).

К сожалению, производители колориметров не учитывают все эти особенности. Точность колориметра можно повысить только с помощью спектрофотометра.

Спектрофотометр используется для определения цвета путем замера спектральных данных.

Для разложения света на спектр спектрофотометр X-Rite i1 PRO содержит голографическую дифракционную решетку, а для замера спектра - массив фотодиодов (до 128 фотодиодов). Шаг спектральных измерений 10 нанометров. Спектрофотометр X-Rite i1 PRO измеряет уровень энергии каждой длины волны для диапазона: 380-730 нанометров (380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600 , 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730).

Итак, на выходе из спектрофотометра получим спектральные данные (Spectral Power Distribution curve).

Cпектральни данные передаются программному обеспечению спектрофотометра. Программное обеспечение сопоставляет Spectral Power Distribution curve и CIE standard observer color matching functions (цветные возможности человеческого зрения описывают теоретические кривые, называются CIE standard observer color matching functions), и вычисляет тристимульни значение CIE XYZ.

Перед началом работы спектрофотометр X-Rite i1 PRO калибруется по специальной "референсной" керамической пластинке (которая размещается на специальной подставке).

Color Rendering Index (CRI) - индекс цветопередачи, коэффициент цветопередачи.

Определяется как мера степени отклонения цвета объекта, освещенного данным источником света, от его цвета при освещении эталонным источником света такой же цветовой температуры.

Стандартизированные углы обзора: CIE 1931 2 °; CIE 1964 10 °; Stiles and Birch 1955 2 °; Judd and Voss 1978 2 °; Shaw and Fairchild 1997 2 °.

DeltaE - единица измерения различия между двумя цветами, расстояние между двумя цветами, рассчитанная в трехмерном рабочем пространстве CIELAB. Есть несколько формул deltaE. Стандартная - deltaE (CIE1976). Другие формулы: deltaE (CIE1994), deltaE (CIE2000), deltaE CMC (1: 1), deltaE CMC (2: 1).

3D LUT В некоторых новых профессиональных мониторах EIZO, NEC, LaCie, Quato вместо обычного 1D LUT может использоваться 3D LUT, что дает определенные преимущества. 3D LUT можно создавать для некоторых программ. В отличие от традиционного 1D LUT (где фактически используется три отдельных LUT: один для Red, один для Green, и один для Blue) в 3D LUT используется единая трехмерная внутренняя таблица коррекции цветов. 1D LUT может контролировать только gamma, RGB balance (grey scale) и white point. Но не может контролировать цветовой охват монитора или какие нелинейные атрибуты монитора (например saturation). 3D LUT позволяю точно контролировать gamma, RGB balance (grey scale) и white point, но кроме этого способен контролировать нелинейные атрибуты монитора (например saturation) и способен привести монитор в целевой цветового пространства.

Стандартизированные углы обзора: CIE 1931 2 °; CIE 1964 10 °; Stiles and Birch 1955 2 °; Judd and Voss 1978 2 °; Shaw and Fairchild 1997 2 °.

DeltaE - единица измерения различия между двумя цветами, расстояние между двумя цветами, рассчитанная в трехмерном рабочем пространстве CIELAB. Есть несколько формул deltaE. Стандартная - deltaE (CIE1976). Другие формулы: deltaE (CIE1994), deltaE (CIE2000), deltaE CMC (1: 1), deltaE CMC (2: 1).

3D LUT В некоторых новых профессиональных мониторах EIZO, NEC, LaCie, Quato вместо обычного 1D LUT может использоваться 3D LUT, что дает определенные преимущества.

3D LUT можно создавать для некоторых программ.

В отличие от традиционного 1D LUT (где фактически используется три отдельных LUT: один для Red, один для Green, и один для Blue) в 3D LUT используется единая трехмерная внутренняя таблица коррекции цветов.

1D LUT может контролировать только gamma, RGB balance (grey scale) и white point. Но не может контролировать цветовой охват монитора или какие нелинейные атрибуты монитора (например saturation).

3D LUT позволяю точно контролировать gamma, RGB balance (grey scale) и white point, но кроме этого способен контролировать нелинейные атрибуты монитора (например saturation) и способен привести монитор в целевой цветового пространства.

European Color Initiative (ECI) - Европейская комиссия по цвету. ECI была основана в 1996 году в городе Гамбург (Германия) по инициативе издательств Bauer, Burda, Gruner + Jahr и Springer.

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V. - Ассоциация исследований печатных технологий. Имеет собственный исследовательский институт. Находится в городе Мюнхен (Германия). Gamma (гамма) - параметр контролирует скорость, с которой яркость теней нарастает от черного до белого. Определяет каким будет изображение: темнее или наоборот, светлее. Влияет на кажущуюся контрастность изображения.

International Color Consortium (ICC) - Международный консорциум по цвету. Разработал описание стандарта для цветовых профилей. Учредители: Adobe, Agfa, Apple, Kodak, FOGRA, Microsoft, Silicon Graphics, Sun Microsystems, Taligent. Впоследствии консорциум расширился и сейчас насчитывает более 60 участников.

ISO (The International Organization for Standardization) - международная организация по стандартизации.

Метамеризма - явление, когда два разных по спектру цветовых образца (два метамерные цвета) воспринимаются одинаково (как один цвет) при данном осветители. При другом осветители эти же два метамерные цвета будут выглядеть как различные цвета. Индекс метамеризму - численная оценка цветовой различия между двумя различными по спектру цветовыми образцами (двумя метамерными цветами), при изменении осветителя.

Optical Brightening Agent Оптический отбеливатель, Optical Brightening Agent (OBA) - добавка, добавляются в бумагу для повышения визуальной белизны бумаги. OBA поглощает ультрафиолетовую (УФ) составляющую света, падающего на бумагу, и возвращает световую энергию уже в фиолетово-синей части спектра. Человеческий глаз это небольшое "подсинивание" воспринимает как настоящий белый.

Tone stability Стабильность цветового тона (tone stability) - явление, когда один и тот же цветовой образец при различных условиях освещения имеет разный цвет (с учетом адаптации).

UGRA (Swiss Center of Competence for Media and Printing Technology) - швейцарская организация, уже более 50 лет проводит исследования и разрабатывает стандарты для полиграфической промышленности.

Включить мооозги! =)

Колориметр трёхцветный, прибор для измерения цвета в одной из трёхмерных колориметрических систем, то есть в системе, в которой предполагается, что любой цвет может быть представлен как результат оптического сложения определённых количеств трёх цветов, принимаемых в ней за основные.

В визуальных колориметрах эти количества — так называемые координаты цвета — подбираются наблюдателем так, чтобы получить цвет, неотличимый на глаз от измеряемого цвета Ц. Результаты подбора фиксируются на измерительных шкалах К. В простейшем визуальном К. — диске Максвелла — оптическое смешение основных цветов происходит во времени, при быстром попеременном восприятии их наблюдателем одного за другим. Внешнее кольцо этого диска разделено на 3 сектора. Регулировкой величины каждого сектора, окрашенного в один из основных цветов, добиваются того, чтобы при быстром вращении диска воспринимаемый цвет кольца не отличался от цвета образца, помещаемого в центр диска. Более распространены визуальные К., в которых оптическое смешение осуществляется в пространстве — одновременным освещением белой поверхности тремя световыми потоками различной цветности; вклад в получаемый цвет каждого потока регулируется изменением его интенсивности. Оптическая схема одного из лучших К. этого типа (системы Л. И. Дёмкиной) приведена на.

Результаты измерений могут быть представлены в виде Ц = к'К + з'З + + с'С, где к', з', c' — считываемые по шкалам координаты Ц в системе основных цветов прибора К, З и С (обычно красного, зелёного и синего). Зная к', з' и c', можно рассчитать координаты и в любой другой трёхмерной колориметрической системе (с др. основными цветами); для этого достаточно знать координаты цветов К, З и С в этой другой системе. Чаще всего К. градуируют для пересчёта результатов измерений в международную систему XYZ.