Визначення колірних характеристик забарвлення

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедрахімічної технології та дизайну волокнистих матеріалів

Реєстр. №.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО

САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ ТА ІНДИВАІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

З ДИСЦИПЛІНИ «КОЛОРИСТИКА ТКАНИН»

для студентів 5-го курсу

для спеціальності 05160102 – технологія та дизайн тканин

галузі знань 0516 – текстильна та легка промисловість

факультету Технологій і дизайну

Херсон – 2012

Методичні вказівки до самостійної роботи з дисципліни “Колористика тканин” для студентів спеціальності 051160102 – технологія та дизайн тканин / Сумська О.П., Салеба Л.В. – Херсон: ХНТУ, 2012 - 65 с.

Укладачі: Сумська О.П., к.т.н., доцент, доцент кафедри ХТДВМ

Салеба Л.В., к.т.н., доцент, доцент кафедри ХТДВМ

Рецензент: к.т.н., доцент, доцент кафедри ХТДВМ Скропишева О.В.

Затверджено

на засіданні кафедри ХТДВМ

протокол № 5 від 18.01.2012 р.

Завідувач кафедри

Г.С.Сарібеков ___________

Затверджено

на засіданні кафедри ЕТДТ

протокол № 6 від 16.01.2012 р

Зав. кафедри ______________

д.т.н., проф.Прохорова І.А

Відповідальний за випуск завідувач кафедри ХТДВМ

професор, д.т.н. Сарібеков Г.С.

Зміст

Тема 1. Визначення колірних характеристик забарвлення
Робота 1. Визначення функції Гуревича-Кубелки-Мунка по спектрах відбиття
Робота 2. Розрахунок координат кольору по спектральним характеристикам
Робота 3. Визначення координат кольору і кольоровості колориметричним методом
Робота 4. Визначення колірних характеристик (колірного тону, насиченості і світлості) по координатах кольору
Робота 5. Визначення колірних характеристик у системі CIЕL*a*b*
Робота 6. Визначення колірних відмінностей у системі CIЕL*a*b*
Тема 2. Способи відтворення кольору еталона з застосуванням кольоровимірювальної апаратури й ЕОМ
Робота 1.Розрахунок складу барвних сумішей по трьом Точкам
Робота 2. Розрахунок складу барвних сумішей за повним спектром на ЕОМ
Тема 3. Рекомендації з експлуатації пакетів програм, призначених для рішення ряду задач колориметрії і промислової колористики
Тема 4. Приклади рішення типових задач
Задачі
Література
Додаток 1. Залежність функції Гуревича-Кубелки-Мунка K/S від коефіцієнта відбиття rλ
Додаток 2. Добутки кривих додавання МКО 1964 р. Еλхλ, Еλyλ, Eλzλ на відносні спектральні розподілу стандартних випромінювань МКО А, С і D65
Додаток 3. Контрольні завдання

Тема 1

Визначення колірних характеристик забарвлення

Колір пофарбованого матеріалу може бути описаний різними способами: спектром поглинання, пропущення або відбиття, кількістю трьох первинних кольорів, необхідних для одержання заданого кольору (триколірна колориметрія); колірним тоном, світлістю і колориметричною насиченістю (чистотою).

Можливі два методи визначення характеристик кольору спектрофотометричний і метод фотоелектричної колориметрії.

Робота 1. Визначення функції Гуревича - Кубелки - Мунка по спектрах відбиття

Коефіцієнт відбиття не пов'язаний лінійно з концентрацією барвників у текстильних матеріалах, тому інтенсивність забарвлення краще характеризувати функцією Гуревича - Кубелки - Мунка (ГКМ), яку розраховують за формулою:

,

(1)

де (K/S)_λ — функція ГКМ;

R_λ — спектральний коефіцієнт відображення пофарбованого матеріалу;

R_λ^нз — спектральний коефіцієнт відображення незабарвленого матеріалу.

У визначеному діапазоні концентрацій барвника в текстильному матеріалі (звичайно до 1—2% забарвлення) функція ГКМ лінійно залежить від концентрації барвника.

Для розрахунку функції ГКМ одержують спектр відбиття пофарбованого і незабарвленого текстильного матеріалу, потім вибирають ту довжину хвилі, де спостерігаються виражені максимум або мінімум відбиття пофарбованого матеріалу і на цій довжині хвилі визначають R і K/S.

Значення функції ГКМ, що відповідають визначеним величинам коефіцієнтів відбиття, приведені в додатку.

Робота 2. Розрахунок координат кольору по спектральних характеристиках

Для оцінки кольору в даний час використовується переважно колориметрична система XYZ, прийнята Міжнародною комісією з освітлення (МКО) у 1931 р.

Координати кольору в цій системі визначаються трьома інтегралами, узятими в межах видимої частини спектра:

,	(2)
,	(3)
,	(4)

де Е_λ— спектральний розподіл енергії випромінювання джерела світла;

R_λ — значення спектрального коефіцієнта відбиття вимірюваного зразка;

х_λ, у_λ, z_λ — значення функцій складання кольорів.

Координати кольору, розраховані по спектральній характеристиці об'єкту, що не світиться, залежать від вибору джерела світла. Для цієї мети МКО прийняла стандартні джерела освітлення: А — апроксимуюче світло лампи накалювання з колірною температурою 2854°К, В — пряме сонячне світло з колірною температурою 4887°К, С — розсіяне сонячне світло з колірною температурою 6770°К, D₆₅ — подібне до джерела С, але з колірною температурою 6500°К і містить ультрафіолетову складову.

Обчислення інтегралів можна замінити підсумовуванням:

,	(5)
,	(6)
,	(7)

Значення функцій, що додаються, беруться через рівні проміжки Δλ= 10 нм або 20 нм.

Для полегшення розрахунків складені спеціальні таблиці, які містять значення Е_λх_λ, Е_λy_λ, E_λz_λ для різних стандартних джерел світла (Додаток 2). Обчислення координат кольору зводиться до множення цих величин на значення R_λ (у відносних одиницях від 0 до 1) і Δλ, (Δλ = 1 у випадку розрахунку через 10 нм Δλ = 2 при розрахунку через 20 нм) і підсумовуванню цих добутків.

При визначенні колірних характеристик для забарвленого зразка вимірюють спектр відбиття й отриману спектральну криву табулюють через кожні 20 нм.

Для заданого джерела світла (А, С або D₆₅) у додатку знаходять величини добутків Е_λх_λ, Е_λy_λ, E_λz_λ і оформлюють дані за приведеною формою:

Таблиця 1

Показники стандартного колориметричного спостерігача МКО

№ п/п	Довжина хвилі λ, нм	Коефіцієнт відбиття, Rλ	Для розрахунку X	Для розрахунку Y	Для розрахунку Z
Еλхλ	ЕλRλхλ	Еλyλ	ЕλRλyλ	Eλzλ	EλRλzλ
. .
Суми	X=ΣЕλRλхλΔλ	Y=ΣЕλRλyλΔλ	Z=ΣЕλRλzλΔλ

Суми добутків коефіцієнта відбиття на значення Е_λх_λΔλ, Е_λy_λΔλ, E_λz_λΔλ відповідають величинам X, Y, Z.

Робота 3. Визначення координат кольору і кольоровості колориметричним методом

Метод фотоелектричної колориметрії заснований на використанні фотоелектричних приймачів випромінювання з відповідно обраними кривими спектральної чутливості. Для цієї мети використовуються спеціальні світлофільтри, що коригують чутливість фотокатода необхідним чином.

Використовуючи колориметричну апаратуру, вимірюють координати кольору і кольоровості пофарбованого зразка при різних джерелах світла і порівнюють отримані результати.

Робота 4. Визначення колірних характеристик (колірного тону, насиченості і світлості) по координатах кольору

Одним із самих наочних способів опису кольору є опис його трьома характеристиками: колірним тоном, світлістю, колориметричною насиченістю (чистотою кольору).

Колірний тон — характеристика кольору, що визначає його подібність з тим або іншим монохроматичним випромінюванням. Колірний тон (λ) виражається в нанометрах. Для пурпурних кольорів, відсутніх у спектрі, колірний тон виражається довжинами хвиль додаткових до них зелених кольорів.

Світлістю — називається властивість зорового відчуття, відповідно до якого предмети здаються такими, що випромінюють більше або менше світла. Світлість характеризують інтегральним коефіцієнтом відбиття, тобто відношенням відбитого тілом світлового потоку до падаючого потоку. Для абсолютно білого тіла світлість L = 1, а для абсолютно чорного тіла L = 0.

Насиченістю кольору називається ступінь відмінності хроматичного кольору від ахроматичного тієї ж світлості, або ступінь вираження колірного тону. Самими насиченими є спектральні кольори. Кількісно виражена насиченість називається чистотою кольору Р. Для спектральних кольорів чистота дорівнює 1 або 100 %, для ахроматичних - 0.

Всі фізично помітні (реальні) кольори розташовуються на площі, обмеженій кривою трикутної форми (рис.1).

Рис. 1 Визначення колірного тону для усіх кольорів, крім пурпурних

Рис. 2 Визначення колірного тону для пурпурних кольорів

На цій кривій знаходяться спектрально чисті кольори. У нижній частині крива сполучена прямою лінією, що обмежує область пурпурних кольорів, відсутніх в сонячному спектрі. Приблизно у середній частині трикутника розташована точка, відповідна ахроматичному кольору, її називають білою точкою. На прямій, що сполучає білу точку з якою-небудь точкою кривої спектрально чистих кольорів, розташовуються кольори однакового тону, але різної колориметричної насиченості.

Для того, щоб колір, представлений координатами X, Y і z в системі МКО, охарактеризувати величинами насиченості, колірного тону і світлості, спочатку розраховують координати кольоровості точки на графіку МКО, відповідні цьому кольору, по формулам:

,	(8)
,	(9)
,	(10)

Визначення колірного тону

На графіку МКО (рис.1) проводять пряму через білу точку С даного джерела світла і колірну точку F до перетину з граничною кривою спектрально чистих кольорів. Точка перетину і визначить довжину хвилі відповідну максимуму в спектрі відбиття λ або колірний тон.

Для визначення колірного тону пурпурних кольорів (рис.2) сполучають колірну точку з білою і продовжують цю лінію за білу до перетину з лінією спектрального кольору. Величина домінуючої довжини хвилі для пурпурних кольорів позначається в дужках з апострофом, або зі знаком мінус. Наприклад, для зеленого кольору λ=535 нм, для пурпурного λ=535' нм.

Визначення чистоти кольору

На графіку МКО навколо білої точки розподілені криві рівної чистоти кольору. Чим ближче крива до граничної, тим вище чистота кольору. Чистоту кольору можна також розрахувати по формулі:

,

(11)

де y_F, х_F — координати колірної точки;

х_с, у_с — координати білої точки;

х_λ, у_λ — координати точки перетину межи спектральних кольорів з прямою FC.

Визначення світлості

Світлість не визначається координатами кольоровості, для її характеристики використовують координату кольору Y, оскільки крива складання, що використовується для розрахунку цієї координати, співпадає з кривою спектральної чутливості ока.

Таким чином, світлість розраховується як L=Y.

По координатах кольору X, Y, Z забарвленого зразка розраховують характеристики кольору таким чином:

1) для забарвленого зразка на компараторі кольору визначають величини X, Y, Z і х, у. Якщо заздалегідь відомі значення X, Y і Z, то розраховують величини координат кольоровості х і у.

2) на графіку МКО знаходять характеристичну точку кольору F, значення колірного тону X і координати точки А, на спектральній кривій;

3) розраховують чистоту тону. Значення координат кольоровості білої точки, відповідної різним джерелам світла, приведені в табл. 2.

Таблиця 2

Координати кольоровості білої точки

Стандартне джерело	Координати кольоровості білої точки
Xс	Yс
А С D65	0,447 0,310 0,349	0,408 0,316 0,352

Рис. 3. Визначення додаткових кольорів на графіку МКО

Додатковий колір представленому координатами кольору X, Y, Z і розрахунок величин λ, Р, L виконують таким чином. Точку F`, що характеризує на графіці МКО додатковий заданому колір, можна визначити продовжуючи лінію, що сполучає колірну точку F і білу точку З в протилежну від колірної точки сторону (рис.3). Точка F` знаходиться на перетині цієї прямої з лінією рівної чистоти.

Робота 5. Визначення колірних характеристик

у системі CIЕL*a*b*

Описана вище колориметрична система МКО має визначений недолік: вона не має метричні властивості, тобто відстані між точками в колірному трикутнику що характеризують визначені кольори, не відповідають фактичній розбіжності кольорів. Тому для кращого узгодження візуальної й інструментальної оцінок використовують рівноконтрастні системи, наприклад систему CIЕL*a*b*.

Характеристики кольору в даній системі розраховуються по координатах кольору XYZ пофарбованого зразка і джерела світла.

Координати а* і b* характеризують кольоровість зразка і розраховуються по формулах:

,	(12)
,	(13)

де X, Y, Z — координати кольору пофарбованого зразка;

Х₀, Y₀, Z₀ — координати кольору джерела освітлення.

У таблиці 3 приведені значення Х₀, Y₀, Z₀ для чотирьох стандартних джерел освітлення.

Таблиця 3

Джерело освітлення	А	В	С	D65
Х0	109,83	99,07	98,07	95,02
Y0	100,00	100,00	100,00	100,00
Z0	35,55	85,22	118,22	108,81

Насиченість кольору S визначається в даній системі по формулі:

S = [(а*)^2+ (b*)^2]^1/2,

(14)

Колірний тон розраховується по формулі:

Т = arctg(b*/а*),

(15)

Третя характеристика кольору світлість L* визначається по формулі:

,

(16)

Отже, по величинах координат кольору X, Y, Z можливо ще визначити значення колірного тону, світлості і насиченості для забарвленого зразка в системі CIЕL*a*b*.

Загальну колірну відмінність можна визначити також за допомогою номограм. Визначення значно полегшується при проведенні розрахунків на ЕОМ. При вимірі малих колірних різниць необхідно враховувати, що величина ΔЕ пов'язана з так званим порогом різниці кольору. Поріг різниці кольору – це різниця, що розрізняється мінімально візуально, для даної групи зразків визначеного кольору і світлості. Величини ΔЕ, рівні або менші граничних значень, оком не розрізняються. Таким чином, було б неправильно оцінювати загальну колірну відмінність зразків тільки величиною ΔЕ. Необхідно також враховувати значення граничної величини. Наприклад, для пари зелених кольорів зі світлістю 10 – 15 % граничне значення Е = 0,4. Отже, візуально зразки нерозрізнені. Якщо значення ΔЕ дорівнювало б 1,5, то зразки істотно відрізнялися б за кольором.

Практичне значення виміру малих колірних різниць полягає в тому, що можна визначити відповідність даного забарвленого зразка заданому еталонові, кількісно виразити нерівномірність забарвлення (наприклад, смугастість), встановити ступінь наближення забарвлення до заданого в процесі «підбору» кольору, охарактеризувати стійкість забарвлення до різних впливів і т.п. У виробничих умовах колірні різниці можна охарактеризувати не комплексною величиною ΔЕ, а її компонентами, тобто колориметричною насиченістю, колірним тоном і світлістю.

Величини ΔЕ дозволяють кількісно визначити ступінь метамерності даного кольору. Якщо ці величини менше граничних значень, порівнювані забарвлення вважають ізомерними. Під метамерністю розуміють різницю колірних характеристик забарвленої поверхні при зміні спектрального складу джерела світла (наприклад, колір зразків може змінюватися при освітленні розсіяним сонячним світлом або лампою накалювання). Ступінь метамерного розходження двох зразків визначається порівнянням двох колірних різниць. Кожна з цих різниць ΔЕ, визначається для порівнюваних об'єктів у заданих умовах. Ступінь метамерності обчислюють за формулою:

D = (ΔЕ1 + ΔЕ2)/ΔЕm,

(17)

де ΔЕ₁ – колірна відмінність пари зразків, обмірювана, наприклад, при освітленні колориметричним джерелом С;

ΔЕ₂ – колірна відмінність тієї ж пари зразків при зміні умов, наприклад, при освітленні колориметричним джерелом А;

ΔЕ_m – одинична міра оцінки метамерності, наприклад, граничне значення відповідної колірної відмінності.

Як правило, колір пофарбованих матеріалів, особливо при використанні для фарбування (або друкування) сумішей барвників, не повинний бути метамерним. Ізомерне забарвлення не змінює свого кольору при освітленні різними джерелами випромінювання.

Робота 6. Визначення колірних відмінностей в системі CIЕL*a*b*

Загальну колірну відмінність ΔЕ двох зразків в системі CIЕL*a*b* визначають як відстань між колірними стимулами в колірному просторі за формулою (18).

Можливе визначення відмінностей по насиченості за формулою (19), а також по колірному тону за формулою (20).

ΔЕ = [(ΔL*)^2 + (Δa*)^2 + (Δb*)^2]^1/2,

(18)

де ΔL* = L₂* — L₁*, Δа* = а₂* — a₁*, Δb* = b₂* — b₁*
(індекси 1 і 2 відносяться відповідно до еталонного і
досліджуваного зразків).

Δ S* = (S2* - S1*),

(19)

де S* = [(а*)²+ (b*)²]^1/2.

Δ Т = sgn(ΔТ)[(Δ Е)^2 - (Δ L*)^2 - (Δ S*)^2]^1/2,

(20)

де ΔТ = Т₂ — Т₁;

sgn(ΔТ) — функція-сигнатура, що приймає значення +1

при ΔТ > 0 і -1 при ΔТ < 0.

Визначення колірних відмінностей може бути зроблено не тільки для двох зразків, але і для оцінки рівномірності забарвлення. При цьому для "n" ділянок зразка розраховують колірні відмінності ΔЕ щодо першого (або середнього за зразком) виміру, а потім визначають середньоквадратичне відхилення δ_ΔЕ колірних відмінностей ΔЕ:

,

(21)

де ΔЕ` — колірна відмінність між i-ою ділянкою і першим (або середнім по зразку) виміром.

Якщо випадкові величини ΔЕi розподілені нормально, тоді припустимі колірні відмінності (візуальна відсутність колірних розходжень між окремими ділянками зразка) ΔЕ = 1,96^.δ_ΔЕ, тобто забарвлення в цьому випадку сприймаються як рівномірне.

Тема 2

Дата добавления: 2015-10-28