СПОСОБ ОЦЕНКИ РАЗЛИЧИЙ ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ
METHOD OF EVALUATING COLOUR RENDERING DIFFERENCES

Изобретение относится к технике измерений, в частности к способам колориметрического анализа, и может быть использовано для исследования цветопередачи источников света и отражающих свойств различных поверхностей в телевидении, полиграфии, лакокрасочной промышленности и т.п.
Для оценки цветопередачи (цветовоспроизведения) используется система CRI, которая при всей своей трудоемкости имеет еще и недостаточную точность при наличии других недостатков. Предлагаемая государственным институтом стандартов и технологий (NIST) США шкала CQS необъективно оценивает качество цветопередачи для ламп накаливания и источников света с высокой температурой и реально работает только для оценки светодиодов. Для выработки нового критерия цветопередачи рассмотрим, каким образом человек воспринимает цвет. При попадании света в глаз излучение создает у человека ощущение цвета, характеризующегося яркостью, цветовым тоном и насыщенностью (чистотой). Согласно трехкомпонентной теории цветового зрения, сформировавшейся в 1893 году [Konig, Dieterici], цветовое ощущение на сетчатке глаза человека формируется с помощью трех типов светочувствительных рецепторов (колбочек), отличающихся своими функциями спектральный чувствительности l(λ), m(λ) и s(λ). Предлагается механизм различия цвета [1]. Излучение, характеризуемое спектром I(λ), вызывает соответствующие отклики рецепторов [2, 3]:
1
2
3
где длина волны λ меняется в пределах оптического диапазона. Сигналы c, c и c от рецепторов являются координатами в физиологической цветовой системе (ФЦП), кроме этого излучение можно охарактеризовать общей интенсивностью света в оптическом диапазоне длин волн:
1
2
3
Эти уравнения характеризуют цвет и общую интенсивность I попадающего в глаз света, при этом человеком разные источники излучения с разными интенсивностями будут восприниматься как источники с одним и тем же цветом. Поэтому для определения цвета излучения следует взять набор независимых друг от друга функций, но зависящих от откликов рецепторов c, c и c, которые одновременно должны слабо зависеть от общей интенсивности света, например [3]:
1
2
3
1
2
Для двух подобных спектров излучения соответствующие отклики рецепторов c, c и cбудут пропорциональны, тогда функции A и A совпадут и это будет соответствовать тому, что рассматриваемые два спектра имеют один и тот же цвет. Функции могут быть выбраны любыми другими, но соответствующими приведенным условиям.
Известен способ оценки цветопередачи [4], состоящий из определения цвета в виде разницы между двумя похожими цветами путем построения на цветовой диаграмме эквивалентной линии насыщения для каждого цвета. Нахождение цветопередачи связано с графической обработкой полученных данных, что весьма трудоемко, а полученная точность зависит от квалификации оператора, обрабатывающего график, т.е. субъективна.
Известен способ оценки цветопередачи [5], состоящий из измерения цветовых различий, в котором используют данные, полученные интерполяцией или аппроксимацией и/или экстраполяцией экспериментальных данных, что позволяет определить длину кратчайшего пути в порогах цветоразличения между точками цветов в цветовом пространстве, т.е. цветовое различие. Данный способ трудоемок и неточен.
i
i
Известен способ оценки цветопередачи [6], состоящий из снятия сигналов A от источника света светочувствительными датчиками и сравнения этих сигналов по любому преобразованию P(A). Данный способ не обладает высокой точностью из-за малого количества сенсоров, используемых для измерения сигналов, а также из-за того, что невозможно искусственно создать единичные сенсоры с функцией спектральной чувствительности, полностью совпадающей с естественной функцией спектральной чувствительности человеческого глаза.
i
i
Наиболее близким является способ оценки различий цветопередачи [7], состоящий из снятия светочувствительными датчиками сигналов A, от источника света со спектром излучения I(λ), перевода этих сигналов в электрические и их обработки, включая их нормирование и преобразование по P(A). Однако для реализации известного способа для сравнения сигналов необходимо разложить свет, а это значительно усложняет и удорожает измерения.
Задача изобретения состояла в упрощении измерений и их удешевлении.
i
i
i1
i2
1
2
i1
i2
Поставленная задача решается тем, что в известном способе оценки различий цветопередачи, состоящем из снятия сигналов A от источника света со спектром излучения I(λ) светочувствительными датчиками, перевода этих сигналов в электрические и обработки этих сигналов, включая их нормирование и преобразование типа P(A), согласно заявляемому изобретению сигналы А и А снимаются от разных источников света, имеющих спектры излучения I(λ) и I(λ), а нормированные сигналы сравниваются с помощью любого преобразования типа P(А-А).
Кроме того, различие цветопередачи определяется по формуле: , что позволяет просто и при низких затратах сравнивать цветопередачу 2-х различных источников света.
Кроме того, светочувствительные датчики имеют одинаковые функции спектральной чувствительности, что удешевляет и упрощает измерения цветопередачи.
Кроме того, светочувствительные датчики обладают различными функциями спектральной чувствительности, что позволяет использовать для измерения стандартные спектрометры и повышает точность измерений.
Кроме того, один из сравниваемых источников берется за эталон, что повышает точность измерений, упрощает и удешевляет процедуру обработки сигналов.
Кроме того, эталоном является спектр излучения Солнца, что позволяет проводить сравнение с наиболее естественным для человека излучением и с известным спектром.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показаны наборы сигналов от различных датчиков, пронумерованных от 1 до 2700, для ламп ECW20K и 20ERA827, на фиг. 2 показаны нормированные сигналы этих ламп.
i1
i2
Способ реализуется следующим образом. Каждый полученный соответствующим датчиком сигнал (А, А) делится на сумму модулей сигналов от этой лампы, в результате получается нормированный набор сигналов. Затем по формуле  суммируются модули разностей соответствующих нормированных сигналов и получается оценочная величина k. Например, для ламп ECW20K и 20ERA827 k=0,857, что характеризует отличие цветопередачи рассмотренных источников света друг от друга. Очевидно, что при k=1 будет полное совпадение цветов.
Пример конкретного применения способа оценки различий цветопередачи
s
1
11
12
ij
В оптике любое физическое тело характеризуется его излучением. При этом спектр такого излучения состоит из собственного теплового излучения тела I(λ) (которым обычно пренебрегают из-за его малости в оптическом диапазоне) и света внешнего источника, отраженного от тела R(λ)I(λ), где R(λ) - функция зависимости коэффициента отражения света этого тела от длины волны. При освещении тела от различных источников света с различными спектрами излучения, но с одинаковой полной интенсивностью излучения цвет тела будет восприниматься различным. Например, две лампы, характеризующиеся своими спектрами излучения I(λ) и I(λ), последовательно освещают тело с коэффициентом отражения R(λ). Тогда сигналы c будут выражены следующим образом:
1
2
3
При этом цветоощущение от тела не изменится, если найти отклики рецепторов c, c и cот нормированного спектра излучения ламп:
1
2
3
Следует заметить, что полученные отклики рецепторов c, c и c не зависят от общей интенсивности излучения источника света, поэтому для сравнения различия цветоощущения человека следует рассматривать разности откликов рецепторов именно от нормированного спектра излучений источников света:
Если полученные разности не равны нулю, то цветоощущение тел при освещении различными осветительными приборами будет различным. По модулю максимальную разницу между откликами рецепторов на освещение различными источниками света можно оценить следующим образом:
Функция R(λ) может быть любой (принимает значения от 0 до 1). Аналогичные неравенства можно записать и для других рецепторов. Рассматриваемые тела могут быть любыми, а т.к. функции спектральной чувствительности рецепторов l(λ), m(λ) и s(λ) у различных людей отличаются, то для оценки степени различия цветоощущения при освещении различными источниками света необходимо рассматривать подобие двух спектров излучения по формуле:
i
Т.к. |ƒ(λ)| обозначает любое математическое действие над функцией ƒ(λ), удовлетворяющей свойствам нормы, то практически любой светоизмерительный прибор выдаст ограниченный набор сигналов A полученных от датчиков, а вовсе не спектр излучения, потому что, каждый датчик характеризуется своей спектральной функцией чувствительности. Если датчики имеют линейные характеристики, т.е. их сигналы пропорциональны интенсивности света попадающего на них, то приведенные интегралы сводятся к соответствующим суммам сигналов от этих датчиков, и формула для определения различия цветопередачи источников света сведется к формуле:
Литература
1. Крыжевич Л.С. Модель механизма цветоразличения человеческого глаза // Ученые записки: электронный научный журнал курского государственного университета. 2012. №3 (23). Т. 1.
2. Раутиан Г.Н. Различия дихроматического цветового зрения // ДАН СССР. 1960. Т. 133. №1. С. 225-227.
3. ГОСТ 23198-94 Лампы электрические. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик - Межгосударственный стандарт.
4. Патент США №4770534. «Способ оценки цветопередачи». 1988.
5. Патент РФ №2477843. «Способ и устройство для измерения цветовых различий». 2013.
6. Патент США №2483452. «Измеритель цветопередачи, содержащий светочувствительные датчики с различной спектральной чувствительностью». 1949.
7. Патент РФ №2164668. «Анализатор спектра». 2001.