Адитивний синтез кольору

Лабораторна робота №1

Мета роботи: одержати уявлення про адитивний синтез кольору. З’ясувати зміст рівняння кольору.

Теоретичні відомості

Процес отримання різних кольорів за допомогою декількох основних (первинних) випромінювань або фарб називається кольоровим синтезом. Існує два принципово відмінних методи синтезу кольору: адитивний і субтрактивний.

При адитивному синтезі змішуються первинні випромінювання. Як первинні, можуть бути використані два, три і більше різних за кольором випромінювань. Найбільш поширений триколірний адитивний синтез, основними випромінюваннями якого є сині, зелені і червоні кольори, тобто випромінювання трьох основних зон спектру.

Світлові потоки, змішуванням яких отримують новий колір, можуть виходити з джерела, яке безпосередньо випромінює кольорове світло (лазери) або від звичайного теплового джерела (лампи розжарювання) з застосуванням зафарбованого середовища (світлофільтр, шар фарби). Таке середовище, маючи вибіркове поглинання, пропускає випромінювання одних довжин хвиль, затримуючи інші.

За принципом змішування випромінювань спосіб адитивного синтезу можна розділити на три види: змішування випромінювань поза оком, просторове, послідовне. Два останні види базуються на інерційності зору.

Зміщування випромінювань поза оком. Як вже відзначалось, за допомогою трьох проекційних ліхтарів та світлофільтрів синього. зеленого і червоного кольорів можна отримати на білому екрані майже всі кольори (рис. 1).

Для зміни кількості основних кольорів використовуються оптичні клини. На екрані змішуються світлові промені, які проходять через світлофільтри та клини і таким чином синтезуються кольори. Потужності для кожного з променів підбираємо так, щоб на екрані утворився білий колір. Приймаючи ці кількості за одиниці і знаючи оптичні густини полів дозуючих клинів, можна розрахувати кількості основних кольорів, направлених на екран.

Якщо, наприклад, за одиницю прийняті потужності променів при виведених клинах, а в променях знаходяться поля, які мають оптичні густини 0,6; 0,3 та 1.3, тоді кількості основних на екрані складають 0,25; 0,5; 0,05 одиниць. Змішування кольорів в таких кількостях основних дає певний жовто-зелений колір (Кжз). Позначивши буквами Ч,3,С кількості кольорів, що прийняті за одиницю будемо мати умову, при якій їх суміш є тотожною жовто-зеленому кольору:

К_жз = 0.25Ч + 0,53+0,05С.

Рис. 1. Схема адитивного синтезу кольору

Кількості одиниць основних, необхідних для синтезу певного кольору (в нашому прикладі 0,25; 0,5; 0,05) називаються кольоровими координатами і позначаються такими ж літерами, що і основні, але малими зі штрихом.

Рівняння, яке показує умови одержання того чи іншого кольору, називається рівнянням кольору і в загальному випадку воно має вигляд:

К = ч'Ч + з'З + с'С. (1)

Члени рівняння кольору носять назву складових кольору К, а коефіцієнти ч', з', с' – координати цього кольору.

Рівняння (1) дає повне уявлення про колір: його яскравість, кольоровий тон та насиченість.

Яскравість визначається сумою складових, кожна з яких вносить свою частку в загальну яскравість.

Показник тону кольору (К_тк) можна знайти за формулою:

.

Показник насиченості (К_Н) визначається:

,

де х₁ – найбільша координата; х₂ – середня; х₃ – найменша.

Просторове змішування полягає в тому, що око не розрізняє, дрібні різнокольорові ділянки, які знаходяться дуже близько одна від одної і сприймає їх як одне ціле. Якщо ці дрібні ділянки мають різне забарвлення, то ми бачимо тільки їх узагальнений колір – колір адитивного змішування.

Наприклад, лист паперу, покритий шаром вугільного пилу, який розглядаємо з певної відстані, ми бачимо сірим, а не розрізняємо окремих пилинок і проміжків білого паперу між ними.

Змішування кольорів різнозабарвлених дрібних ділянок з утворенням єдиного для них кольору здійснюється за правилами адитивного синтезу, тобто оптичним змішуванням випромінювань. Суть його полягає в тому, що при розгляданні будь-якого предмету його зображення безперервно переміщається по сітківці ока. Якщо окремі кольорові елементи порівняно з безперервним коливанням ока малі, то на одні і ті ж рецептори попадають послідовні випромінювання від кольорових елементів, які знаходяться поряд.

Просторовий спосіб одержання різних кольорів застосовується для отримування кольорових фотографій на растрових фотоплівках, в живописі, коли художник наносить на полотно фарбу дрібними кольоровими плямами.

Просторове змішування кольорів використовується також при поліграфічному відтворенні кольорів шляхом накладання багатофарбових растрових зображень. При розгляданні ділянок, утворених дрібними різнофарбовими елементами, ми не розрізняємо їх кольору, а бачимо колір "просторово-змішаний".

Послідовне змішування або утворення різних кольорів відбувається також при швидкій зміні випромінювань поза оком, наприклад, на диску, який швидко обертається, або на екрані кольорового телевізора. Внаслідок інерційності зору різні кольори диску при його обертанні складаються. При швидкій зміні кольорових випромінювань подразнення різних кольорочутливих рецепторів сумуються і ми бачимо єдиний колір адитивної суміші діючих випромінювань.

На екрані кольорового телевізора є дрібні растрові комірки, які при дії на них електронних променів випромінюють червоні, зелені і сині кольори. В процесі кольорової демонстрації енергія електронних променів швидко змінюється за допомогою електричних сигналів, які подаються на трубку. Тому відбувається послідовне змішування синіх, зелених, червоних випромінювань різної яскравості. Швидка зміна електричних сигналів робить непомітним послідовне свічення растрових елементів кадру і ми бачимо кольорове зображення різким, з багатьма кольоровими відтінками. Для цього послідовне, пробігання променів по всіх елементах растру на полі екрана не повинне перевищувати часу інерційності зору (0,02с).

Методика і прилади

Для виконання роботи необхідні проекційні ліхтарі будь-якої конструкції і світлофільтри синього, зеленого і червоного кольорів. Принцип синтезу показаний на рис.1. Потужності випромінювань для кожного з кольорів регулюються нейтрально сірими оптичними клинами або зміною напруги живлення ламп розжарювання за допомогою трансформаторів. Другий спосіб менш коректний, бо при зміні напруги змінюється не тільки потужність випромінювань, але і його спектральний склад. Однак, для демонстрації дослідів він теж може використовуватися. Спочатку необхідно підібрати потужності випромінювань таким чином, щоб на екрані утворився білий колір. Ці потужності приймаються за одиницю. Потім, змінюючи трансформаторами напругу і відповідно, кількість випромінювань можна одержати різні кольори.

Порядок виконання роботи

1. Встановити світлофільтри в проекційні ліхтарі і, змінюючи напругу живлення ламп розжарювання, одержати на екрані білий колір.

2. Синтезувати на екрані і описати рівняннями і словами різні кольори: неба, рослин, овочів, фруктів та інші.

Зміст звіту

1. Подати схему досліду та його короткий опис.

2. Описати словами одержані кольори, вирахувати їх координати та записати рівняння кольору, розрахувати показники тону і насиченості кольору.

Дата добавления: 2015-12-08