Barwy przedmiotów są wynikiem działania na oko promieniowania, które się od tych przedmiotów odbija lub jest przez nie przepuszczane.

Skład promieniowania padającego na barwną substancję może być różny, zależnie od pochodzenia światła, które je oświetla. Przy określaniu barw przedmiotów należy więc zawsze podawać w jakim oświetleniu się je charakteryzuje.

Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa ustaliła różne rodzaje źródeł światła jakich należy używać przy określaniu cech barwy. Takie źródła zostały nazwane normalnymi, standartowymi (CIE Standard Source).

Promieniowania emitowane przez źródło standardowe zostało nazwane iluminantem normalnym, standardowym (CIE Standard Illuminant).

Cechą charakteryzującą każdy iluminant normalny jest stały widmowy rozkład mocy promieniowania przypadającego na różne długości fali.

Rozkład ten odpowiada rozkładowi mocy promieniowania ciała doskonale czarnego w temperaturze barwowej , który można obliczyć za pomocą wzoru Plancka.

S

CT

1) Iluminant A – temperatura barwowa 2856K; promieniowanie to daje światło ciepłe, typu WW (Warm White); odpowiada mu promieniowanie żarówki wolframowej; obecnie stosuje się go przy ocenie barw metamerycznych oraz przy określaniu wpływu oświetlenia na zmianę barwy;

2) Iluminant B – temperatura barwowa 4874K; odpowiada mu promieniowanie dzienne bezpośredniego światła słonecznego; jest to również promieniowanie ciepłe (WW) z odcieniem żółtawym; przestał być praktycznie stosowany;

3) Iluminant C – temperatura barwowa 6774K; odpowiada rozproszonemu światłu dziennemu, jak np. światło nieba od strony północnej (dlatego okna w laboratoriach kolorystycznych wychodziły na północ!); daje wrażenie światła zimnego typu CW (Cool White); używany przez długi czas jako podstawa przy wizualnych ocenach barwy.

Skład roztworu Roztwór B1 Roztwór C1

siarczan miedzi CuSO4.5H2O 2,452g 3,412g

mannit C6H8(OH)6 2,452g 3,412g

pirydyna C5H5N 30,0ml 30,0ml

woda destylowana do 1000ml do 1000ml

Roztwór B2 Roztwór C2

Siarczan amonowo-kobaltowy

CoSO4.(NH4)2SO4.6H2O

21,71g 30,58g

siarczan miedzi CuSO4.5H2O 16,11g 22,52g

kwas siarkowy d=1,845g/ml 10,0ml 10,0ml

woda destylowana do 1000ml do 1000ml

4) Iluminanty dzienne o ogólnym symbolu DTC –rozkład widmowy odpowiada rozkładowi mocy uśrednionego promieniowania dziennego w różnych porach dnia, przy różnym stopniu zachmurzenia i na różnej szerokości geograficznej (D65 – krajów europejskich); najważniejszym z tego typu iluminantów jest D65 (TC=6500K).

Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa ustaliła dwanaście źródeł fluorescencyjnychoznaczonych symbolami F1-F12. Barwa promieniowania wysyłanego przez te źródła odpowiada barwie promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych temperaturach barwowych. Używane są do wizualnego porównania barw dwóch powierzchni przy zmianie iluminantu (a więc do ewentualnego stwierdzenia metameryzmu).

CIE ustaliła wskaźnik oddawania barw, CRI (ColourRendering Index), którym można charakteryzować każde źródło światła, a zwłaszcza świetlówki.

Wyznacza się go przez ilościowe określanie zmiany barwy odpowiednio dobranych wzorców przy zmianie oświetlenia ze źródła odniesienia na źródło badane.

Jako te specjalne wzorce CIE wybrała 14 barwnych próbek z układu Munsella, obejmujących najczęściej spotykane barwy.

1) jasnoczerwona 7,5R-6/4

2) żółta 5Y-6/4

3) żółtozielona 5GY-6/8

4) jasnozielona 2,5G-6/6

5) zielononiebieska 10BG-6/4

6) jasnoniebieska 5PB-6/8

7) jasnofioletowa 2,5P-6/8

8) purpurowa 10P-6/8

9) głęboka czerwona 1,5R-4/13

10) głęboka żółta 5Y-8/10

11) głęboka zielona 4,5G-5/8

12) głęboka niebieska 3PB-3/11

13) oranżowa jasna 5YO-8/4

14) żółtozielona ciemna 5GY-4/4

Szczególny wskaźnik oddawania barwy Ri

badanego źródła światła to różnica w postrzeganiu każdej z wzorcowych barwnych próbek przy zmianie oświetlenia ze źródła odniesienia na badane. Wartość Ri=100 oznacza brak różnicy postrzegania barwy.

Ogólny wskaźnik oddawania barwy Ra to średnia dla pierwszych ośmiu próbek. Przyjęto taki sposób obliczania wskaźników szczególnych Ri, aby wartość wskaźnika uśrednionego ogólnego Ra

wynosiła 50 dla światła ciepłego typu WWF iluminantu F4 w odniesieniu do iluminantu A (żarówki).

Wskaźnik ogólny Ra powyżej 90 wskazuje na bardzo dobre właściwości oddawania barwy przez określone źródło światła. Może się jednak zdarzyć, że wskaźnik ogólny będzie wysoki jako wielkość średnia, natomiast wskaźniki szczegółowe przy określonych barwach mogą mieć niskie wartości. Dlatego przyjęto podawanie oprócz wskaźnika Ra wielkości wskaźników Ri dla ostatnich sześciu barw.

Dwie lampy o tych samych wskaźnikach oddawania światła Ra i Ri w stosunku do jednego źródła odniesienia, mogą wykazywać znacznie większe różnice między sobą, jeśli na wykresie chromatyczności promieniowania ciała doskonale czarnego punkty odpowiadające ich chromatyczności będą leżały po dwóch stronach tej krzywej.

Ważny jest więc też kierunek zachodzących zmian barwy. Można go określić poprzez podanie parametrów a i b charakteryzujących barwę w układzie Lab. Taki system charakteryzowania źródeł światła proponuje Philips.

Ostatecznie, dokładna charakterystyka każdego iluminantu powinna obejmować:

- najbliższą temperaturę barwową TC;

- widmowy rozkład mocy S(λ);

- współrzędne trójchromatyczne x i y;

- wskaźniki oddawania barwy Ra i Ri;

- kierunek przesunięcia barwy;

- charakter światła: chłodne, dzienne, ciepłe.

Pomiary barw polegają na ilościowym jednoznacznym określeniu cech promieniowania elektromagnetycznego wpadającego do oka i wywołującego wrażenie barwne. Cechy te powinny odpowiadać barwom postrzeganym są więc ich cechami psychofizycznymi. Powodem określania barw przez pomiar właściwości promieniowania, które je wywołuje, jest brak praktycznych możliwości ilościowego, wyrażanego w liczbach, charakteryzowania samych wrażeń barwnych powstających w mózgu.

Podstawą ilościowego oznaczania cech promieniowania jest ustalenie jego składowych trójchromatycznych X, Y i Z to jest ilościowego stosunku fikcyjnych barw (X), (Y) i (Z), w jakim zmieszane ze sobą w sposób addytywny odpowiadałyby one barwie postrzeganej, wywołanej przez to promieniowania. Składowe te oblicza się ze wzorów:

xkX

ykY

zkZ

y

k100

oznacza względny widmowy rozkład mocy promieniowania wpadającego do oka.

Może to oznaczać wprost widmowy rozkład promieniowania badanego źródła albo iloczyn tegoż przez współczynnik odbicia lub transmisji obiektu.

S

R

T

Widmowy współczynnik odbicia to stosunek strumienia odbitego od badanej powierzchni do strumienia odbitego od ciała doskonale rozpraszającego światło, tzw. doskonałego rozpraszacza :

R

R

W

W

RR

Rozpraszacz doskonały charakteryzuje się widmowym stopniem odbicia

a rozpraszanie światła zachodzi izotropowo, tzn. ma jednakową wartość we wszystkich kierunkach.

Stopień odbicia (reflektancja) to stosunek strumienia odbitego (R) do padającego (O):

1

0

R

Rozpraszaczem doskonałym może być powierzchnia pokryta warstwą idealnej bieli. Bardzo zbliżone do idealnej bieli są powierzchnie pokryte warstwą sproszkowanego i sprasowanego siarczanu baru(BaSO4, biel barytowa) lub tlenku magnezu (MgO, magnezja palona).

Przy pomiarach współczynnika odbicia jako odniesienia można używać dowolnego wzorca bieli, np. mlecznego matowego szkła, ale trzeba znać jego stopień odbicia .

Rozróżnia się dziewięć wariantów oświetlenia i odbicia:

1) skupione-skupione: Θ1/Θ2

2) skupione-stożkowe: Θ/c

3) skupione-rozproszone: Θ/d

4) stożkowe-skupione: c/Θ

5) stożkowe-stożkowe: c1/c2

6) stożkowe-rozproszone: c/d

7) rozproszone-skupione: d/Θ

8) rozproszone-stożkowe: d/c

9) rozproszone-rozproszone: d/d

W przypadku wyznaczania składowych trójchromatycznych barwy ciał przepuszczających światło, należy zmierzyć widmowy współczynnik przepuszczania światła (transmisji). Określa się go jako stosunek strumienia światła przepuszczanego przez badany obiekt do strumienia światła przepuszczanego przez wzorzec całkowicie przepuszczający:

T

W

TT

T

W

Prostsza metoda polega na znalezieniu filtrówprzepuszczających światło o widmowych współczynnikach przepuszczania , które odpowiadają względnym widmowym składowym trójchromatycznym , , . Światła przepuszczone przez te filtry będą miały barwy czerwoną FX, zieloną FY i niebieską FZ.

T

x y z

Przyrządy służące do pomiarów współczynników przepuszczania (transmisji) T lub odbicia (remisji) R należą do dwóch zasadniczych grup.

Do pierwszej należą trójbodźcowe filtrowe kolorymetry i fotokolorymetry.

Drugą stanowią dokładniejsze spektrokolorymetry.

Pomiary porównawcze światła odbitego od badanej próbki i od substancji wzorcowej mogą się odbywać na dwa sposoby:

1) system jednowiązkowy; 2) system dwuwiązkowy; dwa warianty:

- „dual beam” – oddzielny układ fotodiod dla promieniowania odbitego od próbki i od wzorca;- „twin beam” – ten sam układ fotodiod analizuje oba promieniowania.

zakresy chromatyczności świateł sygnałowych.

zakresy chromatyczności znaków powierzchniowych

Pewność rozpoznania nie dla wszystkich barw jest jednakowa.

Uznano zatem, że w każdym z układów, bez względu na liczbę barw, powinny występować, jeżeli to tylko możliwe, dwie barwy najbardziej rozróżnialne przez oko normalne, mianowicie czerwona i zielona.

W układach trójbarwnych przewidziano jako trzecią barwę pośrednią: jest nią bądź barwa żółta, bądź biała, bądź tez dowolnie obrana w zakresie obejmującym obie te barwy razem.

Wreszcie w układach czterobarwnychprzewidziano jako barwy trzecią i czwartą barwy białą i żółtą – w tym przypadku musza być one rozróżniane.

Aby to umożliwić z większych odległości konieczne jest odpowiednie odsunięcie granicy obu tych barw oraz wprowadzenie dodatkowego sposobu ułatwiającego to zadanie.

Można mianowicie nadawać oba światła równocześnie, jako sąsiadujące z sobą części sygnału dwubarwnego (tzw. barwy odróżnialne), bądź też nadawać je kolejno, jako następujące po sobie (barwy skodowane). Natomiast rozróżniać te barwy, gdy występują one niezależnie jedna od drugiej (barwy rozróżnialne) można tylko z dostatecznie małej odległości.

Im mniej barw w układzie sygnałowym, tym bezpieczniejsze jego działanie.

Dlatego ich liczba powinna być możliwie najmniejsza, a dla barw głównych w żadnym razie nie większa od czterech.

Jeżeli występuje istotna konieczność stosowania innej barwy w układzie, a więc niebieskiej lub fioletowej, to może ona być użyta, jednakże tylko jako barwa dodatkowa przy obserwacji ze stosunkowo niewielkiej odległości (porty, tereny kolejowe) i przy niezbyt silnym oświetleniu otoczenia.

Granice tolerancji barw sygnałowych ustalono na podstawie kompromisu między postulatem dostatecznej rozpoznawalności odcienia (która jest tym lepsza, im barwa bardziej nasycona) a postulatem dostatecznego natężeniaoświetlenia na oku.

Powierzchniowe barwy bezpieczeństwa; znaki powierzchniowe stosowane w lotnictwie cywilnym; znaki sygnałowe w transporcie i komunikacji (znaki drogowe!).

Postrzeganie znaku jest co prawda łatwiejsze (niż świateł sygnałowych) wobec małego zasięgu obserwacji, natomiast jego luminancja jest znacznie mniejsza. Przekazywanie informacji znakiem powierzchniowym polega nie tylko na symbolice barw ale również kształcie tablicy, dodatkowym rysunku, napisie, symbolu.

Zasadnicza różnica między sygnałem świetlnym a sygnałem powierzchniowym ruchu w transporcie publicznym polega na sposobie oświetlenia.

W sygnale świetlnym wbudowane źródło ma ustalony skład widmowy, natomiast w sygnale powierzchniowym źródłem światła jest: w porze dziennej naturalne światło nieboskłonu lub słońca (można przyjąć je jako źródło C); w porze nocnej zaś nieokreślone bliżej źródło, którym jest reflektor pojazdu, oświetlenie otoczenia bądź specjalne źródło oświetlające znak.

Chromatyczność sygnału powierzchniowego, która przy jednym ze źródeł znajduje się wewnątrz pola tolerancji, może się zmienić przy innym źródle na tyle, że znajdzie się ona na zewnątrz tego pola.

Jednakże badania wykazały, że przy oświetleniu wybranego zestawu próbek barwnych źródłem A i alternatywnie źródłem C wygląd barwny każdej z tych próbek przy każdym źródle jest podobny, jeżeli oko obserwatora jest przystosowane do barwy źródła oświetlającego.

Barwy subiektywne są zatem znacznie bardziej zbliżone, niż można by przypuszczać z porównania chromatyczności próbki przy oświetleniu każdym z tych źródeł.