BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 2 D-3 D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Fénymérés, színmérés 1
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Tartalom Téma: hogyan mérjük a fény mennyiségét és a színeket? Fénymérés: ● radiometria ● fotometria CIE láthatósági függvény feketetest sugárzó kandela szabvány fényerősség (I), fényáram (F), megvilágítás (E), fénysűrűség (L) Színmérés: ● korrelált színhőmérséklettel alkalmazási terület: fehér egyensúly ● színmérés három szín arányával (színmegfeleltetés) színkeverés Grassman törvényei összehasonlító színmérés negatív színek CIE színmérés 1931 XYZ színinger-mérő rendszer 1931 XYZ színingertér 1931 xy. Z színdiagram helyek, szabványos sugárzások, gamut 1976 L*u*v* 1976 L*a*b* Színmegjelenés modellek CIE szótár 2
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Fénymérés A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. A mérés valamennyi hullámhossz mennyiségének összesítésével történik. Jelölés e (energia) és λ (hullámhossz) alsó indexekkel. A fotometria a fizikai mennyiségeket az átlagos emberi megfigyelő látására jellemző láthatósági függvény alapján értékeli. A mérés a látható fény hullámhossz tartományában történik. Jelölés v (mint visibility) alsó indexxel. A színmérés a színekhez - mint érzetekhez - mérhető mennyiségeket rendel. Alkalmazott mértékegységek: Teljesítmény, jele Φ (Fluxus) vagy P (Power), mértékegysége Joule/s, jele W (Watt). Felület, jele A (Area), mértékegysége m 2. Térszög a kimetszett gömbfelület-terület és a gömbsugár négyzetének hányadosa (A/r 2), mértékegysége Szterradián, rövidítve sr, (1 sr = 4π), jele Ω. Hőmérséklet, mértékegysége K (Kelvin), jele T (Temperature). 3
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Fotometria A fotómetriai mennyiségek az elektromágneses sugárzás látható részének a teljesítménye. SI mértékegysége a Kandela: Észlelés hatásfoka [ CIE láthatósági függvény V(λ) ] X Fekete test sugárzó teljesítménye 2045 Kelvin hőmérsékleten. 4
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE láthatósági függvények 507 Fénysűrűség 1. 0 555 400 500 600 Hullámhossz (nm) 700 λ CIE szabványos láthatósági függvények (V mint Visibility) alacsony megvilágítási szinten (szkotopos látás) V’(λ) és nappali fényben (fotopos látás) V(λ). A kapott értékek a szem relatív világosság érzékenységét adják a különböző hullámhosszakon. Készült villogásos fotometria módszerével a különböző hh fénysugárzással keltett világosság érzetek összehasonlításával. A választott max. referencia szint a 507 illetve 555 nm-es hullámhosszú zöld színű fény. CIE fénymérő észlelő az az ideális észlelő, akinek a szkotopos és fotopos látása megegyezik a V’(λ) és V(λ) láthatósági függvényekkel. 5
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Feketetest sugárzó A különféle testek anyagi minőségüktől függően eltérő mértékben nyelnek el és bocsátanak ki sugárzásokat. Minden anyag 0 Kelvin hőmérséklet felett elektromágneses sugárzást bocsát ki. A sugárzás spektrális eloszlása (hullámhossza és teljesítménye, így a fény színe) az anyag hőmérsékletétől függően változó (Stefan. Boltzmann törvény). A hőmérséklet növelésével a sugárzás maximuma a rövidebb hullámhosszak felé tolódik el, ezért a szemünkkel először vörös (2500 K), majd fehér (6000 K), végül kék (15000 K) színű fényt érzékelünk. 2. 5 -15 0 Sugárzott teljesítmény Wm-2 nm-1 2 E-15 6504 K 1. 5 E-15 1 E-15 5000 K 5 E-16 2800 K 0 0 5 E+13 2045 K 1. 5 E+13 1 E+14 Frekvencia 2 E+14 2. 5 E+14 6
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Feketetest sugárzó A fényenergia mennyiségének meghatározásához olyan referencia fényforrásra szükséges, amelynek Φ(λ) spektrális teljesítmény-eloszlása mértékegységül szolgálhat. A fénymérés referencia sugárzója az un. teljes feketetest sugárzó (full blackbody radiator). A feketetest sugárzó egy zárt kamra, amelynek falát hevítve benne EM sugárzás (fény) keletkezik. A termodinamika törvénye szerint a zárt kamrában a kibocsátott és az elnyelt sugárzás elméletileg egyensúlyban van, ezért a keletkező különböző hullámhosszúságú sugárzás energia eloszlása csak a kamra anyagától és az anyag hőmérsékletétől függ, a kamra illetve az anyag alakjától és méretétől (sugárzó területétől) nem. A teljes feketetest sugárzó minden hullámhosszt elnyel és minden hullámhosszon sugároz. A fényméréshez választott mértékadó teljesítmény szabvány szerint 2045 K hőmérsékleten, a platina halmazállapot-változásánál (dermedési pontja) 101 325 N/m 2 nyomás alatt keletkezik. 7
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Kandela 555 50 1, 0 (I) 2045 K feketetest 30 0, 8 0, 6 (V) láthatósági 20 (I) kandela, 1979 λ = 555 nm I = 1/683 W/sr 0, 4 10 (I) kandela, 1967 0, 2 Fénysűrűség 40 A fényenergia SI fotómetriai mértékegysége a Kandela, jele cd = az észlelés hatásfoka [ CIE láthatósági függvény V(λ) ] x a feketetest sugárzó teljesítménye 2045 K hőmérsékleten. SI (MSz 9620) meghatározás: teljes feketetest sugárzó 1/600000 m 2 felületének fényerőssége a felületre merőleges irányban, 2045 K (a platina dermedési hőmérsékletén, 101 325 N/m 2 nyomás alatt, (Conference Internationale des Poids et Mesures, 1967) 0 300 400 500 600 700 800 0, 0 900 illetve azon 540. 1012 Hz frekvenciájú (555 λ) monokromatikus sugárzást kibocsátó fényforrás fényerőssége (Ie) adott irányban, amelynek sugárerőssége (teljesítménye) ebben az irányban 1/683 watt/sr. (Conference Internationale des Poids et Mesures, 1979) 8
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Feketetest sugárzó megvalósítása 4 Olyan feketetest sugárzó, amely minden hullámhosszon elnyel és sugároz, a gyakorlatban nem állítható elő. Néhány kísérleti készülék készült el, amelyekhez először wolframot, majd a melegítés hatására erős fehér fényt kibocsátó tóriumoxidot alkalmaztak. A fénymérő műszerek kalibrálásához ma wolframszálas izzólámpát használnak. 1 2 3 1. Olvasztótégely 2. Tóriumoxid cső (feketetest) 3. Platina 4. Nyílás (területe: 1/600. 000 m 2) Lummer és Kurlbaum feketetest kísérleti készüléke 1898 -ból. 9
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Iv Fényerősség (Intensity) dΩ A fény(sugárzás) alapvető mennyiségi jellemzője a fényerősség. Iv fényerősség (Luminous Intensity) adott pontból adott irányú dΩ elemi térszögbe kisugárzott energia teljesítménye. Iv = d. Fv dΩ Mértékegysége: kandela, jele: cd. 10
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Φv Fényáram (Flux) 1 st=A/r 2 A fényforrások teljesítményének jellemzője a fényáram. Φv fényáram (Luminous Flux) pontszerű, minden irányban egyenlő teljesítménnyel sugárzó (izotróp) fényforrás teljesítménye. Mértékegysége lumen, jele lm. 1 lumen fényáram 1 cd fényerősségű minden irányban egyenletesen sugárzó pontszerű fényforrás 1 szterradián térszögbe kibocsátott teljesítménye. (Így a teljes 4π térszögben minden irányban 1 cd fényerősségű fényforrás fényárama = 4π lm. ) A fényáram radiometria megfelelője a sugárzott teljesítmény (W). A Φv fényáram és Φe sugárzott teljesítmény viszonya: 780 F n = K m ò F e , l (l ) V (l ) d l 380 Kmax= 683 lm/W, az EM sugárzás fényhasznosításának legnagyobb értéke, Vλ = CIE láthatósági függvény. 11
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Ev Megvilágítás (Illuminance) Az építészeti terek és felületek, utak stb. előírt megvilágításához szükséges fénymennyiség jellemzője a megvilágítás. A megvilágítás független a megvilágított felület optikai jellemzőitől (pl. fényelés, visszaverődés stb. ) Ev megvilágítás (Illuminance) a felfogó felület egy pontjára eső Φv fényáram (teljesítmény). E pontot magába foglaló felületre eső dΦv fényáram és d. A egységnyi felület hányadosa: Ev lux 100 150 200 helyiség lépcsőház, folyosó, öltőző raktár, rakodó terület előcsarnok, társalgó, étkező = d. F v d. A Mértékegysége lux, jele: lx, vagy Lumen/m 2. 300 oktatóterem, könyvtár, szerelőműhely 500 iroda, konyha, szerelőműhely, laboratórium 750 tervezőiroda, szupermarket 12
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Lv Fénysűrűség (Luminance) Az emberi látás a megvilágított vagy önsugárzó felületek világosságát érzékeli. A világosságot előidéző fényinger mennyiségi jellemzésére szolgál a fénysűrűség. θ dΩ Lv fénysűrűség (Luminance) a felület egy pontjából adott Θ szögben dΩ elemi térszögbe kisugárzott Φv fényáram (teljesítmény). d 2 Fv Lv d. A cosθ dΩ d. A Imax θ Lv fénysűrűség (Luminance) a felület egy pontjából adott Θ szögben dΩ elemi IΘ Ikons. térszögbe kisugárzott Iv fényerősség. A sugárzó felület egységnyi területére eső fényerősség. Lv = A fényes, tükröződő felületek fényerőssége a nézési iránytól függően változó, az un. Lambert féle matt felületek fényerőssége a nézési iránytól függetlenül állandó. Iv d. A cosθ Mértékegysége cd/m 2, watt/sr m 2. 13
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Példa: LCD képernyő fénysűrűsége Az LCD képernyők minőségének egyik jellemzője a képpontok (maximális) fénysűrűsége. Pl. 500 cd/m 2. A nagyobb max. fénysűrűség nyilvánvalóan jobb kontrasztot képez a képernyő fekete szintjéhez képest. A fénysűrűség adott irányból mért mennyiség. Az LCD képernyők jellemző technológiai fogyatékossága, hogy a fénysűrűség a látószögtől függően változik. 14
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 2 D-3 D grafika Színmértan Figyelmeztetés: a színeket szemléltető képek nem valósághűek! 15
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Színmérés feladata A színmérés feladata, hogy a fény fizikai összetételét (hullámhossz, teljesítmény)… a) a (szín)érzet szempontjából számszerűsíthető mennyiségekkel meghatározza, b) két (szín)érzet közötti különbséget számszerűen kifejezze, c) a (szín)érzet látási és megvilágítási körülményektől, a képi tartalomtól függő módosulását előre jelezze. A színméréssel kapott mérőszámok alapján a színeket - a színemlékezetünktől függetlenül - bármely képalkotó eszközzel újra előállíthatjuk, a különböző képfelvevő, képrögzítő, képtovábbító, képalkotó eszközök színterjedelmét összehangolhatjuk. A színmérés történhet: 1. abszolút (fizikai) mennyiségekkel (fotometria), 2. feketetest sugárzó különböző hőmérsékleteken keletkező színeihez viszonyítva (korrelált színhőmérséklet), 3. három reprezentatív szín mennyiségi aránya alapján (trikromatikus szín-összehasonlítás). 16
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Korrelált színhőmérséklet T=15000 K T=12500 K T=10000 K T=7500 K T=5000 K T=2500 K * megfelelés követelményei: a két színinger (1) spektrális eloszlása azonos, vagy (2) hasonlóak, metamer egyezés, vagy (3) a CIE színkoordinátáik azonosak. 0 0 A korrelált színhőmérséklet a közel-fehér fényforrások egytényezős jellemzője. A fényforrásokhoz igazodó képrögzítő anyagokat pl. filmeket ugyancsak színhőmérséklettel jellemzik. Eszerint egy fényforrás színe olyan „hőmérsékletű”, hogy megfelel* (korrelál) a fekete test sugárzó adott hőmérsékleten keletkező színéhez. Pl. a wolframszálas izzólámpa korrelált színhőmérséklete 2800 K, azaz a színe hasonlít a 2800 K hőmérsékletű feketetest sugárzó színéhez. A fényforrás üzemi- és színhőmérséklete között tehát nincs közvetlen fizikai összefüggés. Kelvin 1200 2800 3200 Fényforrás gyertya 60 W-os izzó, napkelte, naplemente wolfram izzók prof. fotósoknak 5000 átlagos napfény, vakú, D 50 -es színes film 5600 napkorong (tengerszintről mérve) 6500 felhős égbolt 8000 erősen felhős égbolt 10000 tiszta kék égbolt 17
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Példa: fehér egyensúly Az emberi látás a fényforrások színéhez adaptálódik, az anyagok „valódi”, azaz a napfényben megtanult színét bizonyos határok között kiegyensúlyozatlan megvilágításban is helyesen érzékeli (von Kries színadaptáció). Más a helyzet a képekkel, melyeknek a színeit csak akkor tartjuk természetesnek, ha az Látvány fehér fényben emberek, ismert tárgyak stb. megvilágítása fehér (napfény) színű. Az ideális fényforrás a napfény spektrális teljesítmény-eloszlását közelíti, amely a látható fényből minden hullámhosszúságú sugárzást tartalmaz. A gyakorlatban használt mesterséges fényforrások hullámhossz összetétele nem egyenletes, a színük a kékes, Látvány sárgás fényben zöldes, sárgás, vöröses irányba tolódik. A képrögzítő eszközök (filmemulzió, szenzor stb. ) érzékenységét a különböző hullámhosszakon a fényforrások színösszetételéhez kell igazítani. A korrekció kiindulópontja a fehér szín, mivel a fényforrások elszínező hatása a világos telítetlen színű felületeken érzékelhető a legerősebben. Kék szűrős korrekció 18
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Színrendszerek II. Eszközvezérlő rendszerek Színmérő rendszerek (színingermérő rendszerek) • • CIE 1931 XYZ (általános) CIE színességi diagramok (általános) • CIE 1976 Luv (összeadó színkeveréshez) • CIE 1976 Lab (kivonó színkeveréshez) • CIE 1997 Cam (médiák közötti adatcseréhez) III. Színminta gyűjtemények (színrendelő rendszerek) (eszközfüggő színrendszerek) • RGB • HSV, HLS (elektronikai eszközök) (számítógépes grafika) • LUV, YIQ, YCC (TV - videó) • CMY, CMYK (nyomtatók, nyomdagépek) • Munsell 1906 (általános célú katalógus) • RAL 1927 (fémfestékek, építőipar, gépgyártás) • Pantone 1963 (textil-, műanyag és nyomdaipar) • Színetalonok (NPL, NBS, OMH stb. ) (színmérő műszerek ellenőrzéséhez) Commission Internationale de l’Éclairage (Nemzetközi Világítási Bizottság) www. cie. co. at 19
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Történeti előzmények I. Newton (1643 -1727) J. H. Lambert (1777 -1828) Kör alakú színrendszer. 7 spektrum alapszín: ibolya, indigó, kék, zöld, sárga, piros. . A spektrum két szélső színe keverhető. Gúla alakú színrendszer. 3 alapszín: sárga, vörös, kék. Első térbeli színrendszerek egyike. J. C. Maxwell (1831 -1879) Háromszög alakú színrendszer. 3 alapszín: vörös, zöld, kék. Forrás: www. colorsystem. com A. H. Munsell (1859 -1918) Henger alakú színrendszer. 5 alapszín: piros, sárga, zöld, kék, bíbor. 3 színjellemző: színezett (Hue), telítettség (Chroma) világosság (Value). Festett színminták Szabadalmaztatott képlettel kézzel festett színminták 1906. 20
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Színkeverés törvényei Grassmann metamer* törvényei: * szimmetria: ha A≡B, akkor B≡A tranzitivitás: ha A≡B és B≡C, akkor A ≡ C arányosság: ha A≡B, akkor αA = βB additivitás: ha A≡B, C≡D és (A+C)≡(B+D), akkor (A+D)≡(B+C). * A metamer színpárok színérzete azonos, spektrális energia-eloszlásuk azonban különböző. Metamer eredeti jelentése ugyanazon anyag különböző formában. ** Általános fotometriai mennyiségekre nem érvényesek. ≡ egyformának látszó, metamer egyezés. + színek összekeverése. 21
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Trikromatikus színmérés – 3/1 R G B Trikromatikus színmérés: Valamennyi színinger* reprodukálható három egymástól független szín** additív keverékével (Grassmann). Képlettel: Cmintaszín= R(R) + G(G) + B(B) A három szín súlyarányával a színek „mérhetők”, sőt a színek helye koordinátarendszerbe foglalható. A mintaszín és három alapszín keverékének összehasonlításán alapuló színmérést PM színmegfeleltetésnek (Color Matching) nevezik. *** * Színinger: adott színérzetet kiváltó fizikai inger, pl. fényforrás vagy festék „színe”. ** A három szín akkor független egymástól, P 3 ha egyik sem hozható létre a másik kettő P 2 keverékeként. P 1 *** Az összehasonlító színmérés alapja a színek metamerizmusa. 22
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Trikromatikus színmérés – 3/2 Zöld Negatív színek: A három alapszínnel történő mérés fogyatékossága: két szín additív keveréke mindig kevésbé telített színt eredményez, és a hozzáadott harmadik alapszín a fehértartalmat növeli. -30% Vörös C’ +33% Vörös +66% Vörös Kék Vörös PM P 3 P 1 P 2 P 1 PM Ezért a színek egy része csak két méréssel katalogizálható. 1. Az első mérés a mintaszínt összehasonlítja a három alapszín keverékével. 2. A második mérés a mintaszínhez a harmadik alapszínből annyit tesz hozzá, annyival tompítja, hogy az megfeleljen a színmeghatározó keverékhez. Ez utóbbi hozzáadott alapszín értéke tehát negatív lesz. P 2 23
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév Trikromatikus színmérés – 3/3 Az összehasonlító színmérés csak vizuálisan végezhető el, mert a metamer egyezést csak az agy képes megállapítani. Olyan módszerre van szükség, amellyel a színmérés vizuálisan és műszeresen egyaránt elvégezhető. Megoldás: 1. Három – egymástól független – alapszín, az un. alapszín-ingerek szabványosítása. 2. Az alapszínek arányát a spektrum minden hullámhosszán kísérleti módszerek pontosságával megmérni. 3. Az így kapott három un. színingermegfeleltető függvény segítségével a mérendő színinger (színminta) spektrális eloszlásában hullámhosszról hullámhosszra (dλ-ként) kiszámítható az alapszín-ingerek mennyiségi aránya. Az értékek összesítése (integrálása) ugyanazt az eredményt adja mint a vizuális összehasonlító színmérés. 4. Összesítés után kapott három értékkel, elnevezésük színinger-összetevők, mint vektorokkal a vizsgált szín 3 D-s vagy 2 D-s koordináta-rendszerben (un. színességi diagramban) ábrázolható. Színmérő készülék 1931 -ből. 24
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE 1931 -es színmérő észlelő CIE 1931 Standard Colorimetric Observer (szabványos színmérő észlelő) a CIE 1931 ben szabványosított színinger-mérő rendszere. 1. Kiindulópont: rgb színinger- Színinger összetevö értékek 0. 4 megfeleltető függvények r b g 0. 2 0. 0 -0. 1 400 500 600 700 λ Hullámhossz (nm) CIE 1931 -es 2º-os rgb színinger-megfeleltető függvények. Egyes hullámhossztartományokban két függvény értéke negatív, amely megnehezítette korabeli (1931) színmérő számításokat, amelyek kézzel történtek. Szabványosított három alapszín-inger (Tristimulus Values): reprodukálható 700, 664, 1 és 435, 8 nm-es monokróm fényforrások, jelölésük R, G, B. Guild és Wright mérései alapján szabványosított színinger-megfeleltető függvények (Color matching functions), 380780 nm-es tartományban 10 nm-es intervallumokban tabulált táblázatos adatok, jelölésük felülvonással ellátott r (λ), g (λ), b (λ). A mérési látószög 2º-os. 25
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE 1931 -es színmérő észlelő 2. 2. 0 z y 1. 0 0. 0 400 500 x 600 700 λ Hullámhossz (nm) CIE 1931 xyz színinger-megfeleltető függvények, azaz CIE 1931 -es szabványos színmérő észlelő. Transzformáció: xyz színingermegfeleltető függvények A számítások egyszerűsítése érdekében az r (λ), g (λ), b (λ) színinger-megfeleltető függvényeket transzformációs mátrix átosztja. Az eredmény az x (λ), y (λ) és z (λ) színingermegfeleltető függvények, s az R, G és B alapszín-ingereket X, Y és Z elnevezésű nem valóságos alapszín-ingerek (Tristimulus values) helyettesítik. Tehát a színek meghatározása továbbra is három alapszín arányával történik, de ezek az alapszínek már nem valóságosak, nem realizálhatók. A színek felszorzását Grassmann addíciós törvénye megengedi. CIE 1931 -es transzformációs együtthatók X = 2. 76888 R +1. 75175 G + 1. 13016 B Y = 1. 00000 R + 4. 59070 G + 0. 06010 B Z = 0. 00000 R + 0. 05651 G + 5. 59427 B 26
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE 1931 -es színmérő észlelő 3. Színinger mérése A CIE megfogalmazása szerint az 1931 -es szabványos színmérő észlelő (Standard Colometric Observer) a mérendő színinger X, Y és Z alapösszetevőit az x (λ), y (λ) és z (λ) színmegfeleltető függvények szerint határozza meg. A színmérés, azaz színinger-összetevők (Tristimulus Values) kiszámítása a mintaszín spektrális eloszlása és a három színingermegfeleltető függvény szorzatának összesítésével (integrálásával) történik. _ X = k Leλ • x(λ) dλ 780 ∫ 380 _ Y = k Leλ • y(λ) dλ 780 ∫ A képletben… ▪ X, Y, Z a színinger-összetevők egyezményes jelölése, az adott képzetes alapszínekre utaló nagybetűk, ▪ k konstans a világosság meghatározásához, ▪ x , y , z színinger-megfeleltető függvények, ▪ dλ mérési hullámhossz-köz, rendszerint 10 nm vagy 20 nm. ▪ Leλ a mintaszín műszerrel mért spektrális eloszlása, Ha vizsgált szín tárgyszín, akkor Leλ helyett S(λ) • ρ(λ) ahol S(λ) vizsgált színmintát megvilágító fény(forrás) spektrális eloszlása, ρ(λ) a felület spektrális reflexiós tényezője. 380 _ Z = k Leλ • z(λ) dλ 780 ∫ 380 27
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE 1931 -es színmérő észlelő 780 0 380 λ x 2. lépés: ρ(λ)S(λ) és a három színinger -megfeleltető függvény összeszorzása. 3. lépés: a három függvény - görbe λ y szining. össz. 780 1. 8 0 0 1. 8 − y(λ) 380 λ = 380 = 0 1. 8 780 X 380 λ 780 0 − z(λ) 0 380 λ 780 1. 8 Y S(λ) ρ(λ) ŷ(λ) 1. lépés: ρ(λ) és S(λ) összeszorzása. x szining. össz. Kiinduló adatok a minta, és a mintát megvilágító fényforrás (pl. D 65 fehér) spektrális reflexiós- illetve teljesítmény-eloszlása: ρ(λ) és S(λ). x x − x(λ) S(λ) ρ(λ) x(λ) Egy színminta színingerösszetevőinek számítása. 1. 8 780 = λ = ρ(λ)S(λ) z szining. össz. 380 x D 65 S(λ) Relatív S(λ) ρ(λ) Minta ρ(λ) 1 380 λ Z S(λ) ρ(λ) ž(λ) 0 1. 2 Relatív L Relatív ρ(λ) 1 780 0 380 λ 780 alatti területének - integrálása. 28
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE XYZ 1931 színtér 4. Színinger ábrázolás térben Az XYZ színinger-összetevők ábrázolása az XYZ és az xy. Y derékszögű koordinátarendszerekben történik. Az XYZ színtér (XYZ Color Space) normalizált, a színinger pontok a három egységvektorral kifeszített egységsíkra kerülnek. Egy színinger koordinátái az XYZ színinger-összetevők és azok összegének hányadosa, jelölésük: x, y, z. C Yc Y=1 Színességi diagram X=1 Xc Spektrumszínek két másik nézetből Egységsík Zc x=X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z) így x+y+z=1 A színinger koordináták elnevezése színességi koordináták. Z=1 29
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE xy. Z 1931 színességi diagram 5. xy. Y színességi diagram C Yc Y=1 y=1 Színességi diagram x=1 X=1 Z koordináta redundáns adat, ezért elmarad, az XYZ egységsík a koordináta-rendszer xy síkjára vetül, a színeket x, y koordináta-pár határozza meg, z = 1 - x - y. Az ábrázolási mód elnevezése xy. Y színességi diagram. Az xy. Y színességi diagram is 3 D-s koordináta -rendszer. A harmadik tengelyen az Y színinger-összetevő mennyisége, azaz a színinger világossága ábrázolható. E tengely jelölése nagybetűs Y. Lásd a következő képet. Xc Zc Hullámhossz (λ) Fénysűrűség (L) x, y koordináták R=1 700 1 0. 73, 0. 26 G=1 B=1 564, 1 435, 8 4, 59 0, 06 0. 27, 0. 71 0. 17, 0. 01 Z=1 Y=100 30
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE xy. Y 1931 színességi diagram 6. y = V(λ) Világosság: nagybetűs Y tengelyen A színingerek világossága a y (λ) színmegfeleltető függvénnyel számítható, mert annak alakja a V(λ) láthatósági függvénnyel azonos. Az eredmény a nagybetűs Y tengelyen ábrázolható. y=1 Eszerint az xy síkon a színingerek feketék. E sík elnevezése alychne (lat. fény nélkül). x=1 A számításhoz a k konstans (fénysűrűségi index) úgy kell megválasztani, hogy az Y színösszetevő mennyiségét 0− 100 érték közé normalizálja. Ha színminta tárgyszín, k konstans értékét úgy kell megválasztani, hogy a mintát megvilágító referencia fehér fényben az Y színösszetevő mennyisége 100 legyen. Alychne sík k= Y=100 ∫ Sfehér(λ) • y(λ) dλ Ha a színminta önsugárzó (pl. képernyő), és spektrális eloszlása tényleges radiometriai mennyiség, 1 k = 683 lumen/watt. 31
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE xy. Y 1931 színességi diagram Helyek (Locus*) Y Spektrum színek Bíbor színek Feketetest színek (Planck görbe) Izotermikus vonalak CIE szabványos sugárzások E ee fehér (5500 K, 0. 33) A háztartási wolfram izzó (2856 K, 0. 45, 0. 41) B közvetlen napfény (4874 K, 0. 35) D 65 természetes nappali (6504 K, 0. 31, 0. 33) C átlagos nappali (6774 K, 0. 31, 0. 32) G = 564. 1 λ (0. 27, 0. 72) 5500 K 4800 K 6500 K 7500 10000 K K E B A 8 D 65 C R (∞ K, 0. 24, 0. 23) = 700. 0 λ (0. 73, 0. 26) 250 B = 435, 8 λ CIE A sugárzás 250 CIE D 65 sugárzás • *locus, loci - lat. hely, helyek. rel. L X rel. L (0. 17, 0. 01) 0 380 λ 780 32
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE xy. Y 1931 színességi diagram Y Domináns hullámhossz: a színárnyalat (Hue) jellemzője: az adott színnel azonos színezetű monokromatikus fény hullámhossza. Helyét a spektrum színek görbéjén az E ee fehér és az adott szín koordinátapontján átfektetett egyenes jelöli ki. (Pl. S 1 → P 1) Domináns komplementer hullám-hossz: a bíbor színek komplementer spektrum színe. (Pl. S 2 → P 2) P 2 b S 3 Kibocsátási tisztaság a telítettség a (Saturation) jellemzője: D 65 S 1 a S= (a+b) S 2 X 33
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE xy. Y 1931 színességi diagram Y Gamut (színterjedelem) PAL/Secam tv a képrögzítő és megjelenítő eszközök színrögzítő illetve színvisszaadó képessége. Átlagos nyomtató Példák: NTSC tv PAL/Secam (európai tv) 0. 21, 0. 71 NTSC (USA tv) 0. 29, 0. 60 CMYK (átlagos nyomtató) 0. 60, 0. 55 A képalkotó lánc (pl. szkenner – képernyő – printer) színeinek összehangolására a Color Management eljárás szolgál. 0. 64, 0. 33 E A színkezelés beállításai, az un. színprofil elmenthető a képfájlban vagy külön az ICC* által szabványosított formában (ICC Color Profile). 0. 67, 0. 33 0. 17, 0. 25 0. 32, 0. 17 0. 14, 0. 08 *ICC - International Color Consortium www. color. org 0. 15, 0. 06 X 34
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE színesség diagrammok 1931 -76 CIE XYZ és xy. Y fogyatékosságai Módosítások 1976 -ig • • • Kék tartomány (λ 460 nm alatt) elégtelen, színingerek közötti távolság nem egyenletes, • CIE 1931 xy színesség diagram Színmegfeleltető függvények 10º-os látószöggel: 1964 Supplementary Standard Observer. Projektív transzformációkkal átosztott CIE xy. Y: CIE 1964 UCS**, CIE 1976 UCS egyenletes közű színességi diagramok. CIE 1964 uv színesség diagram y CIE 1976 u’v’ színesség diagram v x=X/(X+Y+Z)= y=Y/(X+Y+Z)= x v’ u=4 X/(X+15 Y+3 Z)=4 x(-2+12 y+3) v=6 Y/(X+15 Y+3 Z)=6 y(-x+12 y+3) u u’ u’=4 X/(X+15 Y+3 Z)=4 x(-2+12 y+3) v’=9 Y/(X+15 Y+3 Z)=9 y(-2 x+12 y+3) * UCS - Uniform Chromaticity Scale 35
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE 1976 -os átdolgozás 1931 -es örökség: 1 A színingertér továbbra sem egyenletes. Világosság árnyalatok lineárisak, (a világosság érzékelés nem lineáris). 1976 -os átdolgozás szempontjai: L 1/2 Világosság A színesség és a világosság meghatározása egymástól független, 116 L 1/3 -16 L 1/3 Egyenletes közű színingertér, Színesség és a világosság összekapcsolása, Nem lineáris (hatványkitevős) világosság skála. Y világosság helyett L* relatív világosság. Két tengelyes színesség meghatározás (uv ill. ab) a televízióhoz hasonlóan, CIE Luv és a CIE Lab, két egyenértékű színrendszer. 0 0 Relatív fénysűrűség 1 L* világosság tényező: a színek referencia fehérhez viszonyított fényerőségük / fényvisszaverő tulajdonságuk szerint fekete (0) - fehér (100) közötti zárt nem lineáris skálán helyezkednek el. L* 116 (Y/Yn)1/3 – 16 36
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE L*u*v* 1976 v* Kivonó színkeveréshez (TV, videó, dig. kamera, számítógép) használt eszköz-független színrendszer. CIE 1976 L*u*v* az 1976 UCS egyenletes léptékű színességi diagram projektív átosztása. u* L* (mint Lightness) világosság tengelyen a színek akromatikus világossága referencia fehérhez viszonyított fényerőségük / fényvisszaverő tulajdonságuk szerint osztályozhatók fekete (0) és fehér (100) közötti zárt skálán. u* és v* tengelyek a CIE 1976 u’v’ tengelyek a fehér pontba tolva. 37
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE L*u*v* 1976 Forrás: Wyszecki és Stiles, 1982 38
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE L*a*b* 1976 +b Összeadó színkeveréshez (festékek, textil-, műanyag és nyomdaipar) használt eszközfüggetlen színingertér. CIE 1976 L*a*b* a CIEXYZ koordináta-a +a rendszer projektív átosztása. Az egymásra merőleges tengelyek felvétele a Hering ellenétes színek és a világosság csatorna elméletén alapul. L* (mint Lightness) világosság tengelyen a színek referencia fehérhez viszonyított fényerőségük / fényvisszaverő tulajdonságuk szerint fekete (0) és fehér (100) közötti zárt skálán helyezkednek el. a* tengely: zöld (−a) és vörös (+a) nyitott skála. -b L* 116 (Y/Yn - 16 a* 500 ( X/Xn)1/3 - (Y/Yn)1/3 b* 200 (Y/Yn)1/3 - (Z/Zn)1/3 ha X/Xn, Y/Yn, Z/Zn ≤ 0, 008856, L*, a* és b* számítása lineáris: Xn, Yn, Zn fehér etalon színösszetevői adott )1/3 megvilágítás mellett b* tengely: kék (−b) és sárga (+b) nyitott skála. 39
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE L*a*b* 1976 Forrás: Wyszecki és Stiles, 1982 40
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE L*a*b* 1976 CIELa*b* rendszerben a L 50 síkra vetítve ábrázolt festékszínek. 41
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE 1997, új célok CIE Lab/Luv hátrányai: - szabványosított mérési (megvilágítási) körülmények, a rendszer csak egy időben látott mintákkal működik. - nem méri az közelben levő színek, a háttér, a környezet, a változó fénysűrűség és az észlelés mint kognitív folyamat hatását. - nem jelezhető előre a megváltozott megvilágítási körülmények között a színek világosság és színdússág változását. Új követelmények: - a színek megjelenése módosul média váltásnál. Ugyanaz a CIE XYZ szín másnak látszik a képernyőn és a nyomaton, - azonos médiával, de különböző megvilágítási körülmények között, - adaptáció. Színmegjelenés modell: Új cél előre becsülni (predict) a színek megjelenését (color appearance). A CIECAM (Color Appearance Model) a CIE 1997 ben bevezetett kísérleti számítási rendszere Utolsó verzió 2002 CIECAM 02 egyszerűsített változat. 42
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIECAM 1997 -2002 Egy szín megjelenését megváltoztatják Technikai különbségek: - eltérő fénysűrűség, - eltérő felbontás (színben, térben), - eltérő képjellemzők (gamma, gamut, dinamika, stb. ) Eltérő látási körülmények: - szomszédos színek, - háttér megvilágítása, - környezet megvilágítása, Különböző képi tartalom: - pszichofizikai tényezők, - pszichológiai tényezők: méret, alak (forma), mélység, szerkezet. - kognitív értékelés. http: //ise. stanford. edu/class/psych 221/projects/98/ciecam/Project. html 43
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIECAM 1997 -2002 Bemeneti adatok (relatív értékek) • • • Minta XYZ színinger-összetevői Referencia fehér Xw. Yw. Zw színinger-összetevői Háttér világossága (cd/m 2) Környezet világossága (cd/m 2) Adaptáció mértéke Különleges tényezők • • • Stevens hatás Hunt hatás Környezeti hatás Szimultán kontraszt Élénkülés (crispening) Csillogás (flare) Színterülés (spreading) Színadaptáció stb. Környezet Háttér 2º Színinger Proximális mező 10º CIECAM tipikus látómező specifikáció 44
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIECAM 1997 -2002 Kimeneti adatok (előrejelzések) Relatív világosság (Lightness), a minta (színinger) világossága – fénykibocsátása – egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek vagy erősen fényáteresztőnek látszó felület (referencia fehér) világosságához képest. Eredeti Világosság Króma (Chroma) relatív színdússág, a minta (színinger) relatív színtartalma – színdússága – egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek látszó felülethez képest. Színezett (Hue), Króma a minta (színinger) színe. Színezet 45
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE szótár Szín (Color) színességgel vagy szín nélküliséggel jellemezhető vizuális érzet, amelynek tartalma leírható színelnevezésekkel. Relatív és nem relatív színek (Related Color, Non Related Color) A relatív színek csak más színekkel együtt láthatók. A nem relatív színek csak más színektől elszigetelve láthatók. Egyes színek csak az egyik vagy a másik csoportba tartoznak. Pl. barna vagy a szürke mindig relatív színek, elszigetelve a barna narancssárga, a szürke fehér. A fényforrások színe tekinthető elszigetelt nem relatív színeknek. Referenciaszínek: vörös, zöld, kék, sárga További színek narancs, barna, lila Akromatikus elnevezések: fehér, fekete, szürke Megjelenés: sötét, világos, halvány, tompa, fényes stb. 46
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE szótár Színezet (Hue, H) a vizuális érzetnek az a jellemzője, amely szerint egy felület hasonlít a vörös, sárga, zöld és kék elnevezésű érzet egyikéhez vagy közülük kettő kombinációjához. A színezet a spektrális összetétel függvénye. Fokozatai normalizált skálán, pl. kör alakú skálán 0 -360º szöggel, vagy lineáris skálán vörös (0), sárga (100), zöld (200), kék (300) és ismét vörös (400) számokkal mérhetők. A négy pszichológiai színérzet alapja Hering ellentétes színei, amelyek együtt nem észlelhetők: nincs kékes-sárga, és nincs vöröses zöld. A négy alapszín nyelvileg is megalapozott, más színelnevezésekkel vagy azok kombinációival nem írhatók le. Akromatikus szín (Achromatic Color) az a szín, amelynek nincs színezete. Kromatikus szín (Achromatic Color) az a szín, amelynek van színezete. 47
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE szótár Világosság (Brightness, Q) a vizuális érzetnek az a jellemzője, amely szerint egy felület több vagy kevesebb fényt bocsát ki. A világosság a felület megvilágítottságának a függvénye. Az erősebben megvilágított felület világosabbnak látszik mint a gyengébben megvilágított. Nyílt végű skálán mérhető, melynek kezdőpontja a fekete. A világosság abszolút rangsorolás eredménye. Relatív világosság (Lightness, L) egy felület világossága egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek vagy erősen fényáteresztőnek látszó felület (referencia fehér) világosságához képest. Képlettel: L = Q / Qfehér Fokozatai zárt skálán mérhetők, amelynek kezdőpontja a referencia fekete (0), végpontja a referencia fehér (100). A relatív világosság lokális látási szituációban keletkező érzetek közvetlen összevetésének eredménye. 0 ref. fekete 100 ref. fehér 48
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE szótár Színdússág (Colourfulness, M) a vizuális érzetnek az a jellemzője, amely szerint egy felület több vagy kevesebb színtartalmat mutat. A színdússág a felület megvilágítottságától is függ: az erősebben megvilágított felület színe erőteljesebbnek látszik, mint a gyengébben megvilágítotté. Fokozatai nyílt végű skálán mérhetők, amelynek kezdőpontja a szín nélküli szín (0), azaz a szürke. A színdússág abszolút rangsorolás eredménye. Króma (Chroma, C) relatív színdússág, azaz egy felület színdússága egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek látszó felülethez képest. Képlettel: C = M / Qfehér Fokozatai nyílt végű skálán mérhetők, amelynek kezdőpontja a szín nélküli szín (0), azaz fehér vagy szürke. A króma lokális látási szituációban keletkező érzetek közvetlen összevetésének eredménye. Színdússág Króma 0 szín nélküli szín – 0 ref. fehér – 49
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév CIE szótár Telítettség (Saturation, S) egy felület saját világosságához viszonyított színdússága. Képlettel: S = Q / M vagy S = L / C. Ha egy világos felülethez színt keverünk, növekszik a telítettsége, és csökken a világossága. Fokozatai nyílt végű skálán mérhetők, amelynek kezdőpontja szín nélküli szín. 50
BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév www. star. bme. hu © Batta Imre, 2006 www. star. bme. hu http: //www. cs. umb. edu/~ram/courses/color/Applet/Color. Viewer. html http: //ise. stanford. edu/class/psych 221/projects/98/ciecam/Project. html -1, 5 51
Скачать презентацию BMEEPAG 0202 CAD és építészinformatika 2006 őszi
babdc0f08ffde1fb059fa79906617887.ppt