Цвет и свет

Сферы применения цвета в упаковочной печатной индустрии весьма широки. Перед технологами, специалистами по допечатной подготовке и печатниками стоят задачи подбора рецептуры смешения красок для получения определенного цвета при печати, подготовки цветного макета на компьютере, изготовления цветопробы, имитирующей цвет печатного оттиска, возможности воспроизведения на мониторе заданного цвета и т. д. Для успешного решения этих задач необходимо знание теории цвета.

Элементарная теория цвета, применение ее в полиграфии и, в частности, во флексографии неоднократно освещалась специализированными периодическими изданиями. Мы бы хотели в небольшом цикле статей осветить некоторые сложные для понимания и спорные моменты, которые, на наш взгляд, полезны применительно к технологии цвета и для решения соответствующих прикладных задач. Подразумевается, что читатель знаком с основами колориметрии. В первой статье мы коснемся понятий цветовой температуры, стандартных источников освещения и метамеризма. Далее мы планируем осветить вопросы спектрофотометрии, расчета цветовых координат и равноконтрастности, сквозной калибровки печатного процесса и профилирования, подбора рецептур красок и т. д.

Цветовая и коррелированная цветовая температура

Мы часто слышим о цветовой температуре источников излучения, будь то мониторы, искусственные источники света и разные фазы дневного света. Например, при настройке монитора можно выбрать цветовую температуру, например, 5500, 6500 или 9300 Кельвинов, либо задать какую-либо другую, которая определяет цветность белого. Стандартизованный источник освещения А, под которым сравниваются образцы цвета, имеет цветовую температуру 2856 К. Кроме понятия «цветовая температура», существует еще и понятие «коррелированная цветовая температура». Так, стандартные источники D65 и D50 имеют коррелированные цветовые температуры 6500 и 5000 К. Рассмотрим, чем отличаются между собой цветовая и коррелированная температуры и каков физический смысл каждой из них.

Цветовая температура – это температура, до которой нагрето абсолютно черное тело. Абсолютно черное тело или полный излучатель или излучатель Планка – идеальный тепловой излучатель, спектральное распределение энергии которого зависит только от его температуры. Имеется в виду замкнутое пространство, стенки которого равномерно нагреты до температуры Т. Лучистый поток выходит через небольшое отверстие в стенке полости. Само отверстие является полным излучателем. Почему нас интересует излучение абсолютно черного тела? Дело в том, что цветности этих излучений при разных цветовых температурах похожи на цветности излучения ламп накаливания и цветности различных фаз дневного света. Отложив на цветовом графике цветовые координаты этих излучений, мы получим линию черного тела.

Когда цветность излучения какой-либо лампы совпадает с цветностью излучения абсолютно черного тела с температурой Т, считается, что это излучение имеет цветовую температуру Т. Если цветность излучения не совпадает ни с одной точкой линии черного тела, то выбирается ближайшая точка линии и по ней определяется коррелированная цветовая температура. Величина эта неоднозначна, поскольку два излучения могут иметь разное спектральное распределение энергии, но одинаковую коррелированную цветовую температуру. Соответственно, они будут по-разному передавать цвета освещаемых объектов.

К тому же, коррелированная цветовая температура одного излучения, рассчитанная на цветовых графиках разных колориметрических систем, будет разной. Чем более равноконтрастна система, тем точнее результат. Безусловно, для сравнения двух излучений по коррелированной цветовой температуре необходимо подобие их спектральных кривых. Все стандартные источники освещения, кроме А, имеют коррелированную цветовую температуру. При выборе цветовой температуры в настройках компьютерного монитора мы активизируем соответствующее соотношение интенсивностей излучения основных люминофоров, при которых белая точка будет иметь соответствующую цветовую температуру.

Таким образом, цветовая температура характеризует цветность излучения, а не его интенсивность. При увеличении цветовой температуры излучение изменяется от более теплого к более холодному.

Стандартные источники освещения

Нетрудно заметить, что один и тот же образец цвета при разном освещении воспринимается человеческим глазом по-разному. Существует множество источников света, при которых может наблюдаться образец. Основным из них является дневной свет, который, в свою очередь, имеет различные фазы: прямой солнечный свет, ясное небо, облачное небо и т. д. Помимо дневного света, существует большое количество искусственных источников освещения, например, лампы накаливания, люминесцентные лампы. Все вышеперечисленные источники освещения имеют различное спектральное распределение энергии.

Поскольку сравнение образцов под разными источниками излучения будет давать разные результаты, Международной комиссией по освещению (Commission Internationale de l'Eclairage, сокращенно ‑ CIE) в 1931 г. были определены стандартные источники освещения. Первоначально их было три: А, В, С. Они были приближены к обычным условиям освещения, вместе с тем, их можно было легко воспроизвести.

В 1963 г. были определены излучения D, которые более точно воспроизводят различные фазы дневного света, чем излучения В и С. Излучения D имеют большую мощность в УФ-области, чем В и С, что более точно описывает дневной свет. Однако D труднее воспроизвести искусственными источниками освещения. Кроме того, стандартом описаны люминесцентные источники света ‑ излучения F.

Стандартное излучение A

Излучение А по определению свободно от какой-либо корреляции, поскольку представляет собой излучение абсолютно черного тела при абсолютной температуре 2856 К. Вообще-то, получить спектральное распределение энергии этого излучения можно расчетным путем по закону Планка, как и для излучения абсолютно черного тела любой другой цветовой температуры. Обычные лампы накаливания близки к излучению А как по спектру, так и по цветовой температуре. Существуют калибровочные лампы, точно воспроизводящие А. Стандартное излучение А имеет желтоватый оттенок, поскольку его мощность в красной области преобладает над мощностью в синей.

Стандартные излучения B и C

Излучения В и С предназначены для воспроизведения прямого солнечного излучения с коррелированными цветовыми температурами 4870 К и 6770 К. Эти излучения плохо воспроизводят фазы дневного света и поэтому практически не используются.

Стандартные излучения D

Излучение D, а точнее, несколько его модификаций с различными значениями коррелированной цветовой температуры представляют собой различные фазы дневного света. Данные по излучению были получены на основе многочисленных измерений, выполненных в различных районах США, Канады и Великобритании в разное время дня. На основе этих спектрорадиометрических измерений была выведена средняя спектральная кривая дневного света с коррелированной цветовой температурой 6500 К. Спектральное распределение энергии дневного света зависит от состояния облачности, присутствия прямого солнечного света и других факторов. На основе анализа спектральных замеров были выведены расчетные формулы для получения спектральных кривых излучения дневного света с любой другой коррелированной цветовой температурой.

На практике используются в основном стандартные излучения D50, D55, D65 и D75, причем наиболее распространены D50 и D65. D50 распространен в компьютерных системах по управлению цветом (color management systems), в программах для подбора красочных рецептур и в целом для сравнения между собой образцов цвета, где до недавнего времени успешно применялся D65. Основная проблема этого излучения в том, что до сих пор не существует искусственных источников света, приемлемо воспроизводящих какое-либо из излучений D, из-за неравномерности спектрального распределения дневного света. Просмотровые кабины, симулирующие дневной свет, производят излучение близкое по спектру к стандарту D, но не идентичное.

Существует мнение, что искусственные источники света, имитирующие излучение D, нуждаются в систематизации. Среди них присутствуют галогеновые, ксеноновые и люминесцентные лампы. Но в любом случае, сравнение цвета образцов при искусственном источнике, имитирующем излучение D, является промышленным стандартом, широко применяется и дает неплохие результаты.

Стандартные излучения F

Излучениями F стандартизованы различные типы люминесцентных ламп. Стандартом определены 12 люминесцентных источников излучения, включающих в себя холодный белый (F2), теплый белый (F1), имитирующие D50 и D65 (F8, F7), трехполосный (F11) и др. С момента принятия стандарта в производстве люминесцентных источников освещения многое изменилось. Некоторые из стандартизованных источников уже не производятся. МКО готовит новую редакцию по излучениям F.

Метамеризм

Специалисты по подбору цвета и цветоделению часто сталкиваются со следующим явлением. Два образца выглядят одинаково по цвету под одним источником освещения и по-разному под другим. Этот феномен является одним из частных случаев метамеризма, явления, показывающего связь физических характеристик источника освещения и психофизиологических свойств человеческого зрения. Природу метамеризма понять несложно, однако вокруг самого термина возникает некоторая путаница. Является ли метамеризмом случай, когда один и тот же образец выглядит по-разному под разными источниками освещения? Или когда два образца выглядят одинаково при оценке одним человеком и по-разному другим? Исходя из этого, мы считаем необходимым привести определение метамерных цветовых стимулов, метамеризма и метамерной пары.

Метамерные цветовые стимулы (metameric color stimuli) – это цветовые стимулы с одинаковыми цветовыми координатами, но с различными спектральными составами. Соответствующее свойство называется метамеризмом, а два метамерных цветовых стимула ‑ метамерной парой.

Понятие «метамерные цветовые стимулы» относится к психофизическим цветовым терминам, которые используются для точного определения цвета и объяснения ряда цветовых проблем. Цветовой стимул также входит в число этих терминов. Для полного понимания вопроса приведем его определение: цветовой стимул –это лучистая энергия с определенными физическими характеристиками, проникающая в глаз и вызывающая ощущение цвета.

Метамерные стимулы делятся на три группы:

1) созданные различными излучениями (самосветящиеся стимулы), например, дневной свет и искусственный источник освещения, его имитирующий;

2) созданные различными объектами, освещенными одним излучением (несамосветящиеся стимулы), т. е. два образца с разным спектральным составом под одним источником выглядят одинаково;

3) созданные различными объектами и излучениями (несамосветящиеся объекты), т. е. два образца с разным спектральным составом под разными источниками освещения выглядят одинаково.

Метамеризм многие ошибочно считают свойствами одного образца менять свой цвет при смене источника освещения. Стоит поподробнее разобраться в этом вопросе. Во-первых, понятие метамеризма по определению связано с двумя и более образцами, точнее, цветовыми стимулами и их сравнением между собой. Свойство же образца изменять цвет при смене источника освещения называется цветовым непостоянством (color inconstancy). Оба понятия, метамеризм и цветовое непостоянство, являются следствием того, что в расчете цветовых координат участвует кривая спектрального распределения энергии источника освещения. Из этого следует, что при смене источника освещения образец изменяет свои цветовые координаты, а у метамерной пары равные цветовые координаты становятся неравными.

Степень метамерности показывает, насколько сильно будут различаться метамерные образцы при смене источника освещения. Количественным выражением является индекс метамеризма ‑ расстояние между цветовыми координатами метамерной пары при замене источника освещения. Индекс цветового непостоянства – расстояние между цветовыми координатами одного образца при разных источниках освещения.

Таким образом, цветовое непостоянство отражает зависимость цвета одного образца от смены источника освещения, а метамеризм ‑ изменение степени соответствия друг другу двух и более образцов при смене источника освещения.

Вадим Зотин

2003 #5

Версия для печати