Субтрактивний синтез

Мета роботи: ознайомитися з субтрактивним синтезом та його можливостями, пов'язаними з характеристиками реальних фарб.

Теоретичні відомості

Субтрактивний синтез – це спосіб отримання кольорів відніманням від білого світла випромінювань основних кольорів.

Субтрактивний синтез базується на використанні двохзональних середовищ, які поглинають в одній зоні спектра (синій, зеленій або червоній) і пропускають у двох інших зонах. Чим точніше виконується ця умова, тим більше кольорів можна відтворити даним синтезом. До таких середовищ належать фарби та світлофільтри. Вони мають жовтий, пурпурний і голубий колір і поглинають відповідно в синій, зеленій та червоній зонах спектра.

Ідеальний субтрактивний синтез. Фарби, які в повній мірі пропускають у двох зонах спектра і поглинають у третій, називаються ідеальними. Спектральні криві фарб у більшості випадків будуються в координатах D = f(λ). Для ідеальних фарб вони мають П - подібну форму (рис. 1).

Рис. 1 Спектральні криві ідеальних фарб: а – жовтої; б – пурпурної;

в – голубої

За законом Бугера – Ламберта – Бера оптична густина в зоні поглинання пропорційна концентрації речовини, що поглинає світло, та товщині поглинаючого шару.

D_λ = εcl, (1)

де ε – питомий показник поглинання, який залежить від природи речовини; с – концентрація поглинаючої речовини; l – товщина шару.

Добуток с1 називається поверхневою концентрацією світло-поглинаючої речовини. Одиницею вимінювання її є г/см². З формули 1 видно, що поверхневою концентрацією і D можна управляти, змінюючи як об'ємну концентрацію с, так і товщину фарбового шару.

Для наочності на рис. 2 показаний принцип регулювання пропускання (поглинання) в синій зоні спектра ідеальної жовтої фарби в залежності від поверхневої концентрації світлопоглинаючої речовини.

Змінюючи товщину або концентрацію жовтої, пурпурної і голубої фарби, можна регулювати пропускання синього, зеленого і червоного випромінювань і отримати потрібний колір.

Колір ідеального субтрактивного синтезу може бути записаний у субтрактивних або адитивних координатах.

Рис. 2. Принцип пропускання в синій зоні ідеальної жовтої фарби в залежності від поверхневої концентрації світлопоглинаючої речовини

Рівняння кольору в субтрактивних координатах має вигляд:

К = с_г×Г + с_п×П + с_ж×Ж,

де с_г, с_п, с_ж – поверхневі концентрації фарб;

Г, П, Ж – кольори фарб.

Оскільки с_г, с_п, с_ж регулюють пропускання в червоній, зеленій та синій зонах, а між пропусканням і оптичною щільністю існує залежність t = 10^-D, то рівняння субтрактивного синтезу в адитивних координатах можна записати так:

.

Субтрактивний синтез кольору можна здійснювати як у світлі, що проходить, так і у відбитому світлі.

Синтез кольору в світлі, що проходить, можна здійснити введенням та виведенням із світлового потоку кольорових клинів. Якщо клини замінити зображеннями, які мають такі ж властивості як і клини, то на екрані отримуємо кольорові зображення. Такий принцип синтезу застосовується в кольоровому кіно.

Частіше кольорове зображення розглядають у відбитому світлі. В цьому випадку роль двохзональних світлофільтрів виконують шари фарб, які послідовно накладені на білий папір. Накладена на папір фарба зменшує в тій чи іншій зоні коефіцієнт відбивання паперу. Різниця властивостей зображення у відбитому світлі, що проходить, полягає в тому, що в останньому випадку світло двічі проходить через фарбу. При накладанні на папір жовтої, пурпурної та голубої фарб різної товщини, утворюються кольорові зображення.

Реальний субтрактивний синтез. На відміну від ідеальних, реальні фарби в тій чи іншій мірі поглинають по всьому спектрі, при цьому із зміною довжини хвилі коефіцієнт поглинання реальних фарб змінюється не П - подібними скачками, а плавно (рис. 3).

Рис. 3. Спектральні криві реальних фарб

Рис. 4. Вплив товщини фарбового шару на властивості реальної голубої фарби

Широкі межі поглинання та плавний хід кривих призводять до того, що при зміні товщини фарбового шару, поглинання змінюється не тільки в зоні регулювання, але й по всьому спектрі (рис. 4).

Рис. 5. Гістограма реальної синьої фарби

Для спрощення розгляду принципу субтрактивного синтезу (рис. 5) криві поглинання реальних фарб перетворюють у ступеневі графіки (гістограми). Поглинання в зоні регулювання даної фарби наприклад, в червоній зоні голубої фарби (рис. 4) називається корисним, поглинання в двох інших зонах (в нашому прикладі в синій і зеленій зонах) – шкідливим. Така властивість фарб ускладнює синтез, обмежує число фарб, які можна утворити даною триадою фарб, тому що поглинання системи фарбових шарів у кожній зоні залежить не тільки від кількості фарби, яка регулює певний зональний потік, але і від кількості інших фарб, які мають шкідливе поглинання в цій зоні. Тому оптична густина кожної зони визначається сумами

D_c = D^ж_с + D^п_с + D^г_с;

D_з = D^ж_з + D^п_з + D^г_з;

D_ч = D^ж_ч + D^п_ч + D^г_ч;

де г, п, ж – колір фарби; ч, з, с – зона спектра.

В записаних вище рівняннях одна складова є корисною, дві інші – шкідливими. Наприклад, для жовтої фарби корисна складова – D^ж_с, а шкідливі –D^ж_з, D^ж_ч.

Методика і прилади

За допомогою проекційного ліхтаря на екран проектують шкалу кольорового охоплення, утворену трьома суміщеними клинами жовтого, пурпурного та голубого кольорів, у результаті чого утворюється 64 кольорові поля.

Знаючи зональні щільності Ж, П, Г – фарб, можна описати рівнянням кольори кожного з полів, попередньо визначивши за формулою Бугера-Ламберта-Бера поверхневі концентрації фарб на кожному з цих полів.

Для виконання роботи використовують проекційний ліхтар, шкалу кольорового охоплення і денситометр.

Порядок виконання роботи

1. Після співбесіди з викладачем отримати індивідуальне завдання (номери полів, кольори яких необхідно описати; об'єкти, кольори яких необхідно відтворити субтрактивно та інше).

2. Отримати на екрані шкалу кольорового охоплення.

3. Зробити заміри зональних оптичних щільностей полів кожного з клинів через світлофільтри, кольори яких є додатковими до кольорів клинів.

4. Визначити відносні концентрації субтрактивних фарб, прийнявши за одиницю концентрацію фарби поля з найбільшою оптичною густиною.

C_x = D_x /Dmax,

де D_х – оптична густина поля, концентрацію якого визначаємо;

D_max – найбільша оптична густина поля клина даного кольору.

5. Описати словами кольори відповідних полів та виразити кожний з них рівнянням кольору.

6. На підставі вимірів отримати гістограми фарб і виконати експериментальне завдання.

Зміст звіту

1. Описати завдання і хід виконання роботи, навести схему досліду.

2. Навести результати вимірювань і їх обговорення.

Дата добавления: 2015-12-08