Geometrická optika Vnímání a měření barev světlo určitého spektrálního složení vyvolá po dopadu na sítnici oka v mozku subjektivní barevný vjem fyzikální charakteristika
subjektivní vjem
světelný tok
subjektivní jas
vlnová délka
tón barvy
čistota
sytost barvy
Barva subjektivní psychofyziologický vjem zprostředkovaný zrakovým orgánem vjem závisí na podmínkách pozorování
Geometrická optika Vnímání a měření barev barevné vnímání zprostředkovávají čípky (tzv. fotopické vidění), které mají tři různé orgány citlivé na červenou, zelenou a fialově modrou složku barvy světla
citlivost základních tří orgánů pro vnímání barev je vyjádřena tzv.barevnými podněty
Geometrická optika Barva světla závisí pouze na spektrálním složení pozorovaného záření v praxi existují různé zdroje světla s různým spektrálním složení
LED
zářivka
Geometrická optika Barva předmětů závisí na intenzitě světla vyzařovaného tělesem (např. odraženého nebo prošlého záření) a na spektrálním složení světla, kterým je předmět ozařován I ( λ ) = I 0 (λ ) R (λ ) R (λ )
I 0 (λ ) vnímaná barva předmětu
červené světlo
bílé světlo
Geometrická optika Míšení barev zrak nemá schopnost rozlišovat jednotlivé barvy ve složeném světle stejný barevný vjem lze získat kombinací různých světel Aditivní míšení barev součtové skládání barev – sčítají se jednotlivé světelné toky a výsledné spektrum záření je poté vnímáno zrakem jako celek míšením tří základních barev A,B,C lze získat jakoukoliv barvu X smícháním doplňkových barev vznikne bílá barva X=A+B+C
X+C=A+B
Geometrická optika Subtraktivní míšení barev odečítání barev z dopadajícího spektra záření ze spektra se odebírají části světelného toku (pomocí spektrální propustnosti T(λ) vhodného barevného filtru nebo různé spektrální odrazivosti R(λ) povrchu předmětů) modrý filtr
T (λ)
žlutý filtr
zelená barva
λ
Geometrická optika Měření barev – systém RGB aditivního skládání barev lze využít ke kvantifikování barev barevný vjem může být vytvořen aditivním míšením tří primárních barevných podnětů (R,G,B) o definovaných světelných tocích ΦR , ΦG , ΦB ve velmi širokém oboru pozorovacích podmínek Φ = ΦR + ΦG + ΦB λ R = 700 nm
monochromatická světla
barevné podněty spektrální barvy
WR
r (λ )
referenční pole
λ ref ∈ (λ1 , λ 2 )
g (λ )
WG
Wref (λ) = konst.
λ G = 546,1 nm
b (λ )
WB charakterizují plně barvu
matně bílé plochy
λ B = 435,8 nm
Φ eλ ,ref ≡ V (λ )
Geometrická optika Barevné podněty spektrálních barev - experiment λ R = 700 nm
monochromatická světla
WR
matně bílé plochy
referenční pole
r (λ )
λ ref ∈ (λ1 , λ 2 )
g (λ )
WG
Wref (λ) = konst.
λ G = 546,1 nm
b (λ ) spektrální složení barevného podnětu
Φ eλ ,ref ≡ V (λ )
WB λ B = 435,8 nm
ϕ R = K mWR (λ )VR ϕG = K mWG (λ)VG
ϕref = ϕ R + ϕG + ϕ B
ϕref =
dΦ ref dλ
= K mWref V (λ)
ϕ B = K mWB (λ)VB
VB = V (λ B )
V (λ ) =
1 [WR (λ )VR + WG (λ )VG + WG (λ )VB ] Wref
Geometrická optika Barevné podněty spektrálních barev
C R = 1 ⇒ r (λ ) =
WR (λ ) VR Wref
V (λ ) =
1 [WR (λ )VR + WG (λ )VG + WG (λ )VB ] Wref
V ( λ ) = C R r ( λ ) + CG g ( λ ) + C B b ( λ ) ∞
∞
∞
0
0
0
∫ r ( λ ) dλ = ∫ g ( λ ) dλ = ∫ b ( λ ) dλ
poměr světlosti barev R-G-B: 1:4.6:0.06 poměr zářivých toků R-G-B: 72.1:1.38:1
Geometrická optika Měření barev – systém RGB světlo se dá jednoznačně určit pomocí složek R-G-B (barevné podněty dané barvy) ∞ R = ∫ r (λ )W (λ ) dλ 0
∞
G = ∫ g (λ )W (λ ) dλ 0 ∞
B = ∫ b (λ)W (λ) dλ 0
barevné souřadnice
R R+G + B G g= R+G+ B B b= R+G+ B r=
poměr světlosti barev R-G-B: 1:4.6:0.06 poměr zářivých toků R-G-B: 72.1:1.38:1
λ R = 700 nm λ G = 546,1 nm λ B = 435,8 nm
Geometrická optika Transformace barevného systému R-G-B barevný systém R-G-B má tu nevýhodu, že některé souřadnice barev (r,g,b) vycházejí záporné a bílý bod je nesymetricky umístěn v chromatickém diagramu proto se provádí lineární transformace do systému XYZ, kde jsou všechny souřadnice kladné ⎡ x ⎤ ⎡2,7688 1,75175 1,13016 ⎤ ⎡ r ⎤ ⎢ y⎥ = ⎢ 1 ⎥ ⋅ ⎢g ⎥ 4 , 59070 0 , 06010 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ z ⎥⎦ ⎢⎣ 0 0,05651 5,59427 ⎥⎦ ⎢⎣ b ⎥⎦
Geometrická optika Měření barev – systém CIE 1931 podle normy Mezinárodní osvětlovací komise (CIE 1931, vzniklé na základě měření velkého počtu pozorovatelů, se předpokládá, že oko vnímá třemi základními fyziologickými orgány, jejichž citlivost k barvám je vyjádřena barevnými podněty (trichromatickými členiteli) spektrální barvy vlnové délky λ
barevné podněty spektrálních barev
z (λ) y (λ) x (λ)
druhý barevný podnět je roven poměrné světelné účinnosti záření y (λ ) = V (λ )
Geometrická optika barevné podněty (trichromatické složky světla) při určování barvy světla se nejprve určí barevné podněty X, Y, Z, které vytvoří světlo o spektrálním složení W(λ) ∞
∞
X = ∫ x (λ )W (λ ) dλ
Y = ∫ y (λ )W (λ ) dλ
0
0
∞
Z = ∫ z (λ )W (λ ) dλ 0
hodnota Y je přímo úměrná celkovému světelnému toku L = 683Y [cd/m 2 ]
jas barevného podnětu
barevné souřadnice (x,y,z) barva světla je potom jednoznačně definována pomocí tzv. barevných souřadnic x=
X X +Y + Z
y=
Y X +Y + Z
z=
Z X +Y + Z
x + y + z =1
Geometrická optika diagram chromatičnosti barevné souřadnice (x,y) lze pro přehlednost vynést do tzv. diagramu chromatičnosti (kolorimetrického trojúhelníka)
křivka spektrálních barev
Geometrická optika Vnímání barvy světla odraženého nebo propuštěného spektrum odraženého resp. prošlého světla se mění a tím se také mění barevný vjem barevný vjem poté závisí na spektrálním složení W(λ) zdroje světla a spektrální odrazivosti R(λ) resp. propustnosti T(λ) pozorovaného předmětu ∞
X = ∫ x (λ ) R(λ )W (λ ) dλ 0
∞
Y = ∫ y (λ) R(λ )W (λ) dλ 0
∞
Z = ∫ z (λ ) R(λ )W (λ) dλ 0
Geometrická optika Teplota barvy světla teplota absolutně černého tělesa, jehož záření má stejnou barvu Druh světla plamen svíčky 40-200 W žárovka
Teplota barvy T [K] 1850 2700-3000
východ Slunce
3200
měsíční světlo
4100
přímé slunce
5000-5400
denní světlo (slunce)
5500-6500
denní světlo (zataženo)
6000-7500
modrá obloha
9000-14000
rostoucí teplota
Geometrická optika Standardizované zdroje světla pro měření barvy odraženého resp. prošlého světla byly standardizovány následující zdroje A, B, C, D, E, D65 A
žárovka 300 W
B
přímé sluneční světlo
C
rozptýlené sluneční světlo
E
izoenergetické bílé světlo
D65
průměrné denní světlo
zdroj
T [K]
A
2856 K
B
4874 K
C
6774 K
E
5600 K
D65
6500 K
Geometrická optika Bílé (achromatické) světlo za bílé světlo se nejčastěji považuje světlo zdroje C, D65 nebo izoenergetické světlo E o barevných souřadnicích x = 1/3, y = 1/3 převládající vlnová délka vlnová délka, ve které spojnice bílého bodu s bodem znázorňujícím danou barvu protíná křivku spektrálních barev – udává barevný tón sytost barvy vzdálenost bodu X2 znázorňujícího danou barvu od bílého bodu E, vyjádřená v procentech vzdálenosti bílého bodu od spektrálního bodu X1 měřené na spojnici uvažovaného bodu s bílým bodem
X1 X2
Geometrická optika Zobrazení barev na obrazovce při zobrazování barev na nejrůznějších zařízeních (barevné obrazovky, LCD displeje, skenery, tiskárny, apod.) není možné zobrazit všechny možné barvy, ale pouze určitou část
sRGB barevný prostor
