книги из ГПНТБ / Ершов, А. П. Цвет и его применение в текстильной промышленности

Система измерения цвета Я, р, В характеризует цвет;домини­ рующей длиной волны (Я), чистотой цвета (р) и яркостью (В). Этими характеристиками нельзя пользоваться для расчета адди­ тивных смесей, но их можно применять для стандартизации цве­ та. При использовании системы Я, р, В возникает необходимость в переходе от этой системы к системе МКО и обратно. Проще всего этот вопрос решается при помощи цветового графика си­ стемы МКО. Для этого на линию спектральных цветов наносят точку Я (рис. 25) и соединяют ее с точкой «белого» цвета, напри-

Рис. 25. График для перехода от системы МКО к системе Я, р и В.

мер Бя, линия БдЯ представляет собой геометрическое место то­ чек цветностей, имеющих доминирующую длину волны Я и чи­ стоту цвета, изменяющуюся от нуля (точка Бя) до 1 0 0 % (точ­ ка Я). Кроме того, каждую точку на этой прямой можно рассмат­ ривать как сумму «белого» цвета Бв, яркости УъЕ и спектраль­

ного цвета Я (яркости В \). Для яркости цвета Ц можно напи­ сать:

Вц = В\ -]- Дб£- .

40

Используя правило центра тяжести, напишем следующее ра­ венство:

/ц (Б £ а) = Д (Б £ Ц ) + / б£ (ЦХ),

где в скобках заключены выражения для отрезков прямых. Обозначим через х я у координаты цветностей с индексами,

поясняющими нахождение точки на графике. Тогда можно окон­ чательно написать:

Это выражение позволяет не только рассчитать чистоту цвета по координатам цветности, но и по чистоте цвета найти точки на цветовом графике, соответствующие заданной величине. Коорди­ ната цвета легко определяется по величине яркости (15). Для несамосветящихся тел максимальное значение У' получают при максимальном значении яркости по сравнению с идеально белой поверхностью. Если принять эту величину за единицу, то значе­ ние У будет равно величине коэффициента яркости. В таблицах чаще всего дается величина, в 1 0 0 раз большая.

Цвета, имеющие одну и ту же чистоту цвета, образуют на цветовом графике замкнутые кривые. На рис. 25 представлены

(источника Е). На практике часто используются графики и для источников А, В и С. Чтобы найти значения р при помощи таких графиков, на график наносят точку цветности, соединяют ее с точкой «белого» цвета и интерполированием находят значе­ ние р. Обратная задача решается нанесением заданной %на ли­ нию спектральных цветов и соединением ее с точкой «белого» цвета. На полученной прямой находят точку с искомой чистотой цвета.

Расчет координат цвета по данным спектрофотометрических измерений. Для расчета координат цвета несамосветящихся тел необходимо иметь данные о составе излучения cp(?t) и световые характеристики тела (рх или та ) . Тогда

Заменив в этих формулах коэффициент отражения коэффи­ циентом пропускания, получим формулы для расчета цвета излу­ чения, прошедшего тело. Для решения интегралов уравнения (16) разбивают спектр видимых излучений на интервалы в 1, 5 или 10 нм и вычисляют для каждого из них значения подынте­ гральных величин, после чего суммируют их в пределах инте­ грирования.

41

В справочных таблицах приводятся данные относительной спектральной плотности потока излучения (ср (Я)) для источников А, В и С, а также произведение этой величины и ординат кривых сложения (х, у, z). Величины этих произведений подобраны так, чтобы сумма ф(л)у по всему спектру была равна 1 0 0 и соответ­ ствовала максимальному значению коэффициента яркости (У). При пользовании этими таблицами значение координаты цве­

вой спектрального отражения, полученным при помощи спектро­ фотометра. Эти значения при расчетах по формуле (16) умножа­ ются на значение произведения фхх для каждого из участков, на которые разбит спектр.

Вычисления координат цвета можно производить упрощен­ ным методом «избранных ординат», предложенным П. Л. Чебы­ шевым. Видимый спектр делится на п участков, для каждого из которых коэффициент отражения (рх) или пропускания (тх ) принимается постоянным на протяжении всего участка. Для

где n — число участков, на которые разделен спектр (10 или 30). Значения подынтегральных величин можно определить заранее и привести их в виде табличного множителя. Суммируя средние значения рДт;) для всех избранных длин волн, умножаем полу­ ченное число на табличный множитель, в результате чего полу­ чаются величины координат цвета.

Расчеты координат цвета проводятся при помощи специаль­ ных приборов, носящих название интеграторов цвета. Такие при­ боры служат приставками к спектрофотометрам. Их интегриру­ ющие устройства сопрягаются с механической или оптической частью спектрофотометра, и после снятия спектральной харак­ теристики на шкале счетчика появляются сразу значения коор­ динат цвета тела.

42

§ 2. КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Колориметрическими называются приборы, предназначенные для измерения цвета. Они делятся на визуальные и объективные колориметры. В первых для установления тождества цвета используется визуальное наблюдение, во вторых цвет измеряется без участия зрительного анализатора человека.

Визуальные колориметры основаны на смешении цветов для получения цвета, тождественного измеряемому. В зависимости от метода смешения они делятся на аддитивные и субтрактивные.

Объективные колориметры основаны на непосредственном определении координат цвета коррегированием тока фотоэле­ мента так, чтобы его величина была пропорциональна координа­ там цвета, или на интегрировании произведений ординат кривых сложения для какого-либо источника освещения и величины отражения (пропускания). Первые приборы носят название фотоэлектрических колориметров, вторые — интеграторов цвета.

Визуальные колориметры. 1. Аддитивные трехцветные коло­ риметры основаны на смешении трех единичных цветов данного колориметра до получения цвета, тождественного с измеряемым. Так, если обозначить основные цвета какого-либо колориметра через К, 3, С, а через К, 3, С — количества, в которых они взяты для смешения, то можно составить следующее цветовое тожде­ ство:

Ц= КК + 33 + сс.

Уразных колориметров величины единичных цветов различ­ ны, и чтобы измерения носили универсальный характер, данные, полученные на практике, переводят в единицы системы МКО. Ниже рассматриваются три системы колориметров: Максвелла, ГОИ и Дональдсона. Первый из них наиболее простой, второй относится к числу наиболее известных у нас визуальных коло­ риметров, а третий — один из визуальных приборов, распростра­ ненных за границей.

К о л о р и м е т р М а к с в е л л а имеет малую точность, но весьма прост, нагляден и благодаря этому широко используется в учебной работе. Принцип работы прибора состоит в том, что при быстром вращении диска с разноцветными секторами изо­ бражение одного сектора накладывается на другое и происходит аддитивный синтез цвета на сетчатке глаза. За единичные цвета принимаются цвета трех дисков, обычно красного, зеленого и си­ него цветов, вращающихся в тех же условиях, при которых про­ водится измерение.

Диск освещается каким-либо стандартным источником, и его поверхность рассматривается через небольшую зрительную труб­ ку. На рис. 26 изображен внешний вид колориметра Максвелла. На оси электромотора 1 укреплен диск 2, имеющий по окруж­ ности лимб, разделенный на 100 равных частей. На этот диск

43

накладывается диск эталонных цветов 3 и диск меньшего раз­ мера 4, цвет которого измеряется. Диски прижимаются шай­ бой 5, на которой нанесен лимб со ста делениями. Диски эталон­

замеряют доли единичных цветов, которые были взяты для полу­ чения суммарного цвета, и составляют цветовое уравнение:

Если при измерении вместе с единичными цветами использо­ ван черный круг, то его не учитывают. При этом соответственно уменьшается величина измеряемого цвета. Белый круг измеря­ ется отдельно при помощи единичных цветов и учитывается при составлении цветового уравнения.

Чтобы перейти от координат цвета колориметра Максвелла к системе измерения цвета МКО, необходимо знать значения единичных цветов колориметра в системе МКО:

и заменить единицы цвета уравнения (17) на новые, используя данные уравнения (18). Получение данных для перехода от од­ ной системы измерений к другой носит название градуировки

колориметра и рассматривается подробнее при описании коло­ риметра ГОИ.

44

цвета трех излучений, полученных от источника А с помощью трех стеклянных светофильтров: красного, зеленого и синего. Светофильтры снабжены диафрагмами, степень раскрытия кото­ рых измеряется по стоградусной шкале отсчетного барабана. После прохождения светофильтров излучение поступает в смеси­ тель, а затем в окуляр, освещая одну половину его поля зрения. Вторая половина освещается источником А, излучение которого отражено от измеряемого образца.

4

На рис. 27, а изображена оптическая схема прибора. В при­ боре используются две лампы накаливания 1 и 7 по 300 Вт каж­ дая, рассчитанные на напряжение 127 В, но работающие при 120 В, чтобы излучение их отвечало источнику А. Одна из ламп освещает образец, вторая — светофильтры. Пройдя светофиль­ тры 11, излучение направляется конденсатором на белую пла­ стинку 8, отражается от нее и попадает в фотометрический ку­ бик 9, а оттуда — в окуляр. Измеряемый образец устанавлива­ ется в окне коробки 3 и прижимается к нему заслонкой.

45

Прозрачные образцы устанавливаются в коробке S в пазах дер­ жателя 11, а вместо образца укрепляется белая пластинка. В той же коробке можно поместить светофильтры 6 для получения источника В или С.

Излучение источника 1, отразившись от образца 4, попадает в фотометрический кубик и направляется в окуляр 12. Измене­ ние яркости образца достигается передвижением источника 1 вдоль оптической скамьи. На рис. 27,6 представлен цветовой треугольник колориметра, и ряд цветов имеет одну из координат цвета отрицательной. Чтобы измерять цвет и в этих случаях, колориметр снабжен системой разбавления измеряемого цвета. Эта система состоит из небольшого зеркальца, расположенного на барабане светофильтра, отражающего небольшую часть излу­ чения осветителя 7 на светофильтр барабана 2. Далее излучение отражается от небольшого зеркальца и полупрозрачной пла­ стинки и смешивается с излучением источника 1, отраженного от образца. При длительной работе колориметра излучение ламп несколько изменяется, поэтому время от времени необходимо проверять соответствие источников 1 и 7 источнику А. Для этого проще всего использовать белую пластинку, координаты цвета которой известны. Точность измерения на колориметре ГОИ до­ стигает 0,03 единицы.

Для перехода от системы измерения колориметра ГОИ к си­ стеме измерения МКО необходимо иметь данные градуировки колориметра. Чаще всего градуировку колориметра проводят при помощи трех светофильтров, имеющих линейно-независимые цвета. Светофильтры должны быть снабжены паспортом с ука­ занием значений спектрального пропускания (тх). Координаты

46

Эти же уравнения могут быть решены в отношении единич­ ных цветов X, У, Z для перехода от данных МКО к системе изме­

ципе, что и колориметр ГОИ. Оптическая схема прибора изобра­ жена на рис. 28. Прибор имеет два осветителя 1 и 5 для освеще­ ния светофильтров и образца. Светофильтры 4 выполнены в ви­ де плоских пластин красного, зеленого и синего цветов, перекры-

Рис. 28. Колориметр Дональдсона.

ваемых плоскими диафрагмами. За светофильтрами расположен шаровой фотометр 7, куда излучение направляется при помощи конденсатора 6. Второй источник освещает образец 12, световой

ра 7. Прибор снабжен системой разбавления цвета, состоящей из светофильтра 2, зеркала 3 и полупрозрачной пластинки И.

2. Монохроматические колориметры основаны на синтезе цве­ та, тождественного измеряемому, из белого и спектрального цве­ тов. При этом цвет характеризуется доминирующей длиной вол­ ны, чистотой цвета и яркостью. Из колориметров такого типа наибольшей известностью пользуется колориметр Неттинга, оптическая схема которого представлена на рис. 29. Излучение от лампы накаливания 1 проходит призмы Николя 2 и попадает в монохроматор. По углу поворота призмы Николя определяют

47

яркость проходящего через них излучения. Призма монохрома­ тора 3 вращается барабаном, снабженным шкалой длин волн. Пройдя диск 4, излучение попадает в фотометрический кубик 8 и направляется в окуляр 9, заполняя половину его поля зрения. Излучение от источника А (В или С) попадает на зеркало 6 и па­ раллельно на образец 7, отразившись от них, проходит измери­ тельные призмы Николя 5 и направляется в окуляр 10 после отражения соответственно от диска 4 или от призм фотометри­ ческого кубика 8.

При работе смешивается одно из монохроматических излуче­ ний с излучением белого цвета, отразившимся от зеркала 6, и яркости их изменяют так, чтобы цвет смеси был тождествен цвету образца. Измерение соотношения яркостей белого и спект­ рального излучений производится при помощи гетерохромного фотометра мигающего типа, одной из основных частей которого служит диск 4. Этот диск состоит из ряда секций попеременно прозрачных пластин и зеркал. При изменении цвета диск оста­ ется неподвижным и устанавливается в таком положении, чтобы монохроматическое излучение из монохроматора попадало в фо­ тометрический кубик. При определении соотношения яркостей диск 4 приводится в движение электромотором, тогда в объектив попеременно попадают излучения белого и спектрального цветов. Изменяя положение призм Николя, добиваются прекращения мигания, что соответствует равенству яркостей сравниваемых излучений.

48

3. В субтрактивных колориметрах цвета сравнения получают вычитанием излучений красного, синего и зеленого цветов из из­ лучения «белого» цвета. Вычитание производится при помощи грех оптических клиньев, что дает возможность одновременно измерять также количества вычитаемых цветов.

7 — окуляр.

На рис. 30 изображена принципиальная схема субтрактивно­ го колориметра. Излучение от источника 1 проходит линзу 2 и три светофильтра 3, выполненные в виде .оптических клиньев, после чего поступает в фотометрический кубик 4 и далее в. оку­

ощущению желтого, пурпурного и сине-зеленого цветов. Цвет­ ности для рассматриваемого случая представлены на цветовом графике в виде точек Ж, П и СЗ. Уменьшая толщину каждого из оптических клиньев, изменяем цветности так, что они с точек их на цветовом графике начинают передвигаться к точке белого цвета Б. Используя одновременно два клина, получают точки