Loading Flash movie...

 
     
 
menu

Strona główna
HISTORIA
BUDOWA CHEMICZNA
BUDOWA FIZYCZNA
KLAROWANIE MASY
STRUKTURA SZKŁA
LEPKOŚĆ SZKŁA
KRYSTALIZACJA SZKŁA
DŁUGOŚĆ TECHNOLOGICZNA
NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE
SZKŁA LABOLATORYJNE
SZKŁA PIANKOWE
ŚWIATŁOWODY
ROZSZCZEPIENIE ŚWIATŁA
PROBLEMY ŚRODOWISKOWE
TLENKI BARWIĄCE MASĘ

 

 

 

 

Barwa i jej atrybuty

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ROZSZCZEPIENIE ŚWIATŁA

   
 

Mimo że od dawna znane były ludziom barwy tęczy, dopiero rozszczepienie światła przez pryzmat przybliżyło ich poznanie. Było to zasługą badań prowadzonych przez Izaaka Newtona, który w 1666 roku jako pierwszy odkrył, że światło słoneczne stanowi mieszaninę świateł o określonych barwach, a co więcej, że powstałe wiązki barwnych świateł występują w danych proporcjach i nie ulegają już dalszemu rozszczepieniu, np. przez drugi pryzmat. Wcześniej uważano, że samo rozszczepienie światła tworzy barwy, a nie, że oddziela barwy tworzące światło białe.

 

Rys. 1. Rozszczepienie światła widzialnego...

 Rozszczepienie światła widzialnego z wyróżnieniem 7 barw widmowych

 

Załamanie i rozszczepienie światła przez pryzmat

            Pryzmat załamujący jest bryłą szkła ograniczoną dwiema nachylonymi względem siebie płaszczyznami wypolerowanymi AC i BC. Kąt ACB nazywa się kątem łamiącym. Po przejściu przez pryzmat promień zostaje odchylony od krawędzi C pryzmatu. Kąt między przedłużeniem promienia padającego na pryzmat a promieniem załamanym nosi nazwę kąta odchylenia. 

rys. 4.

            Kąt odchylenia jest tym większy, im większy jest kąt łamiący i im większy jest współczynnik załamania szkła, z którego jest wykonany pryzmat. Jeżeli przez otworek w zasłonie okiennej puścić na pryzmat promień światła słonecznego, to na ekranie ustawionym za pryzmatem widoczna będzie barwna smuga. Promień światła białego ulegnie rozszczepieniu na promienie barwne. Światło białe jest więc mieszaniną barw, które w szkle biegną z różnymi prędkościami i każda z nich wywołuje w oku wrażenie innej barwy. Barwna smuga na ekranie nazywa się widmem.

            Oko jest czułe na widmo tego zasięgu barw od czerwonej, przez pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską do fiołkowej. Najsłabiej załamuje się w pryzmacie światło czerwone, najsilniej - fiołkowe. W widmie można jeszcze stwierdzić obecność światła, na które oko nie jest wrażliwe. Jeśli poza czerwoną częścią widma umieścić zaczernioną banieczkę termometru, to można zauważyć, że poziom rtęci w rurce termometru podnosi się. Ta niewidzialna część widma, wywołująca zjawiska cieplne, nosi nazwę podczerwieni. 

Poza fioletową częścią widma można zauważyć zjawiska świetlne, ustawiając w tym miejscu płytę fotograficzną; płyta zostanie naświetlona. Tę niewidzialną część widma nazywa się nadfiołkową. Przez dodanie do emulsji fotograficznej specjalnych barwników można ją uczulić na światło podczerwone lub nadfiołkowe. W fotografii interesują nas więc nie tylko promienie światła widzialnego, lecz i te promienie niewidzialne, za pomocą których można otrzymać obraz fotograficzny, a więc i promienie nadfiołkowe, a nawet podczerwone. Różne gatunki szkła w różnym stopniu rozszczepiają światło. Szkła, z których wykonane pryzmaty słabiej rozszczepiają światło, nazywają się kronami, szkła silnie rozszczepiające - flintami; ostatnio stosuje się szkła lantanowe (z domieszką rzadkiego pierwiastka lantanu). 

 

Pryzmat prostokątny

Na zasadzie całkowitego odbicia wewnętrznego oparta jest konstrukcja szeregu pryzmatów odbijających, a w szczególności często stosowanego pryzmatu prostopadłego. Na płaszczyźnie przeciwprostokątnej pryzmatu promienie ulegają całkowitemu odbiciu i zmieniają swój kierunek o 90°. W związku z całkowitym odbiciem promieni nie zachodzi konieczność srebrzenia płaszczyzny przeciwprostokątnej. Pryzmat ten zastępuje zwierciadło płaskie, tworzy więc obraz lewy (odwrócony w jednym kierunku). Pryzmaty prostokątne znajdują zastosowanie w celownikach i dalmierzach.

 

Pryzmat pentagonalny (pięciokątny)

            Promień padający odbija się od dwóch płaszczyzn i nachylonych względem siebie pod kątem 45°. Powierzchnie odbijające stanowią układ dwóch zwierciadeł płaskich, wskutek czego obraz jest prosty (nieodwrócony). Promień pada na powierzchnie odbijające pod kątem mniejszym od kąta całkowitego odbicia, w związku z czym zachodzi konieczność srebrzenia tych powierzchni. Kąt odchylenia promienia (kąt między promieniem padającym na pryzmat, a promieniem wychodzącym z pryzmatu pentagonalnego) jest niezależny od kąta padania promienia na płaszczyznę i równa się 90° Pryzmaty pentagonalne znajdują zastosowanie w celownikach i dalmierzach.

 

 Falowa natura światła

            Wiele zjawisk wykazuje, że światło ma naturę falową. Widmo widzialne stanowi tylko bardzo wąski wycinek ogólnego widma fal elektromagnetycznych. Długość fal światła widzialnego zawiera się w granicach od 0,38 do 0,77 mikronów (1 mikron=0,001 mm). Najkrótsze z tych fal widoczne są jako fioletowe, najdłuższe - jako czerwone. Promienie podczerwone obejmują fale dłuższe niż 0,7 mikrona. Promienie nadfioletowe zawierają obszar fal od 0,01 do 0,38 mikrona. Krótsze od fal promieni nadfiołkowych są fale promieni rentgenowskich. Charakterystyczne dla fal jest zjawisko interferencji. Polega ono na tym, że w miejscu spotkania dwu fal o jednakowej długości (np. dwu fal na wodzie), fale te wzmacniają się lub osłabiają w zależności od tego czy spotykają się dwa grzbiety (góry) fal, czy góra jednej spotka się z doliną drugiej. Jeśli obie fale mają tę samą wysokość wahali, to w miejscu, gdzie grzbiety jednej spotykają doliny drugiej, następuje całkowite "wygaszenie" fal. Każdy, kto obserwował na wodzie miejsce spotkania dwu fal, zauważył to charakterystyczne dla fal zjawisko interferencji. Piękne barwy cienkich warstewek, a w szczególności warstewek mydlin, warstewek smaru na asfalcie lub na powierzchni wody wywołane są zjawiskiem interferencji światła. Jeśli światło pada na cienką warstwę przezroczystą, to część światła odbija się od pierwszej powierzchni, część po przejściu przez warstwę odbija się od jej drugiej powierzchni. Fale świetlne odbite od obydwu powierzchni są względem siebie przesunięte. Jeśli spotka się góra jednej fali z górą drugiej, to fale wzmacniają się, jeśli spotka się góra jednej fali z doliną drugiej, to światło ulega wygaszeniu. 

 

Widzenie barwy w dwóch polach

            Chociaż początkowo przyjmujemy to z pewną dozą sceptycyzmu, to po zastanowieniu stwierdzamy sami, że barwę „widzimy” mózgiem oraz że bez światła nie widzimy ani kształtu przedmiotu, ani barwy tworzonej przez jego powierzchnię. A zatem, gdyby ludzki mózg nie miał zdolności do swoistego interpretowania reemitowanych (odbitych) strumieni ,światła, to wszystkie otaczające nas przedmioty byłyby bezbarwne. Oznacza to, iż obiekty, przedmioty same w sobie ­ bez światła i naszej zdolności postrzegania barw ­ nie mają barwy lub, jak mówią inni, „koloru”. Światło po dotarciu do siatkówki oka zostaje przez kilka milionów barwoczułych receptorów przetworzone w impulsy. Są one przesyłane przez nerw wzrokowy (ok. miliona włókien nerwowych) do części mózgu, w której wywołane barwne wrażenia wzrokowe są subiektywnym odpowiednikiem danego pobudzenia.

        Za postrzeganie barw chromatycznych odpowiedzialne są w naszym oku czopki. Występują one w trzech rodzajach, przy czym każdy z nich reaguje na inny zakres długości fal. Na podstawie wyników badań psychofizycznych i fizjologicznych naszego zmysłu wzroku wprowadzono w roku 1931 jako standard do pomiaru barw tzw. normalny obserwator kolorymetryczny o kącie widzenia 2o, zwany polem widzenia.

 

Rys. 2. Granice barw widmowych... 

Granice barw widmowych wykresów
chromatyczności dla 2o (CIE 1931) pola widzenia
­ linia niebieska i 10o (CIE 1964) ­ linia czerwona

 

Dla tego pola widzenia przyjęto w układzie RGB jako bodźce odniesienia promieniowania monochromatyczne o długościach fali: 700,0 nm (R), 546,1 nm (G) i 435,8 nm (B); 1 nm (nanometr) = 10-9 m. Parametry te stosuje się dla powierzchni obserwowanych, mierzonych pod kątem nie większym niż 4o. Ponieważ w praktyce często ocenia się próbki w polu widzenia większym niż 4o, w 1964 roku utworzono drugi układ kolorymetryczny, dla pola widzenia 10o. W literaturze przedmiotu nosi on nazwę „dodatkowego normalnego układu kolorymetrycznego CIE 1964”. W tym wypadku pierwotnymi bodźcami odniesienia są promieniowania monochromatyczne o długościach fali: 645,2 nm (R), 526,3 nm (G) i 444,4 nm (B). Konieczność wprowadzenia dwóch pól widzenia wynika z nierównomiernego rozmieszczenia komórek czopkowych w siatkówce oka.

        Zapewne teraz łatwiej zrozumieć, dlaczego wartości składowych trójchromatycznych wyznaczanych w polu 2o nie można ani przekształcać, ani porównywać ze składowymi wyznaczonymi w polu widzenia 10o, o czym w praktyce często się zapomina.  



Dwa źródła światła i iluminanty

        O świetle widzialnym można najkrócej powiedzieć, że jest to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, na które jest czułe oko ludzkie i które dostarcza człowiekowi wizualną informację. Rozszczepiona wiązka światła białego może tworzyć widmo optyczne, w którym barwy zmieniają się w sposób ciągły ­ od czerwieni do fioletu. Jest ono zwyczajowo dzielone na siedem barw. Ponieważ granice tych barw trudno dokładnie określić, w niektórych publikacjach mogą być podane nieco inne ich zakresy, aniżeli poniżej:

  1. czerwona: 780-620 nm,

  2. pomarańczowa: 620-585 nm,

  3. żółta: 585-575 nm,

  4. zielona: 575-500 nm,

  5. niebieska: 500-445 nm,

  6. indygo: 445-425 nm,

  7. fioletowa: 425-380 nm.

        Addytywna synteza tych barw w proporcjach spotykanych w świetle dziennym (podczas widzenia fotopowego) tworzy światło umownie zwane białym. Inne barwy otrzymuje się przez zmianę proporcji i natężenia, biorąc także pod uwagę metameryzm.
        Ze względu na to, że na barwę, jak i jej pomiar, ma wpływ rodzaj światła, jego chromatyczność, należy odróżniać pierwotne źródło światła od wtórnego. Pierwotne źródło światła to np. Słońce, żar ognia, czy żarówka. Wtórnymi źródłami światła są np. Księżyc, jak i strona tej kartki ­ po prostu wszystkie otaczające nas przedmioty, tzn. powierzchnie ciała, które same nie wytwarzają, nie emitują światła widzialnego. Przy czym warto sobie przypomnieć, iż światło padające na przedmiot może być przez nie odbite, przepuszczone lub pochłonięte.
            Rozkład widmowy wymienionych dwóch źródeł światła musi być uwzględniony przy pomiarze każdej barwy, a więc także barwy nadruku, którego dokonuje się zazwyczaj za pomocą spektrofotometru. Stosowane w nim iluminanty CIE to nic innego, jak znormalizowane (przez CIE) pierwotne źródła światła. Są one sygnowane dwiema pierwszymi liczbami określającymi temperaturę barwową światła, np. D65.  

 

Rys. 3. Widmo optyczne iluminantu...

. Widmo optyczne iluminantu D65
wykazuje największe natężenia
promieniowania w zakresie niebieskim

 

Iluminant (D65) określa światło dzienne łącznie z obszarem nadfioletu o temperaturze barwowej 6500 K. Wyraża on promieniowanie ciała czarnego o danym widmowym względnym rozkładzie energii w zakresie długości fali (zwykle 380-780 nm), a więc w zakresie wywierającym wpływ na postrzeganie barwy ciała. Ściślej mówiąc, względne rozkłady widmowe mogą być różne, jeśli ich równość chromatyczna wynika z metameryzmu.

Barwa i jej atrybuty

        Nasza intuicyjna, psychofizjologiczna zdolność identyfikowania barw jest oparta zasadniczo na odróżnianiu trzech atrybutów barwy: odcienia, nasycenia i jasności (ew. jaskrawości). Przez atrybut barwy należy rozumieć charakterystyczną, nieodłączną właściwość wrażenia barwy, która służy do opisania jednej z jej trzech cech. Wszystkie barwy można bowiem podzielić na achromatyczne i chromatyczne. Pierwsze z nich to barwy od bieli poprzez neutralne szarości do czerni. Mają one tylko jeden atrybut barwy: jasność ­ wobec wtórnych źródeł światła, a jaskrawość ­ przy pierwotnych źródłach światła. Pozostałe barwy są więc barwami chromatycznymi o trzech atrybutach, toteż do ich specyfikowania wymagana jest trójwymiarowa przestrzeń. Ponieważ wszystkie barwy chromatyczne i achromatyczne cechują się jasnością (jaskrawością), przyjęto tę skalę za oś główną, pionową w bryłach barw. Wynika z tego, że barwę chromatyczną możemy przedstawić jako mieszaninę bieli i światła monochromatycznego, natomiast opisać ją możemy za pomocą jasności, odcienia i nasycenia  

Rys. 4. Trzy atrybuty barw...

Trzy atrybuty barw formują bryłę barw
i specyfikują barwę

 

 Jasność ilościowo określająca barwę wyrażana jest w jednostkach fotometrycznych. Odcień barwy i nasycenie określają barwę jakościowo, wyrażając jej chromę. Na wykresach chromatyczności CIE barwę wyraża się zwykle za pomocą równoważnej długości fali i czystości pobudzenia albo czystości kolorymetrycznej.

 

 Odcień barwy

        Najbardziej charakterystyczną właściwością wrażenia barwy chromatycznej jest jej odcień. Stanowi on cechę jakościową barwy. Właśnie ta cecha tworzy nazwy barw, takich jak: żółta, purpurowa, niebieska itd. Odpowiednikiem psychofizjologicznego atrybutu barwy, odcienia, jest w kolorymetrii parametr barwy Helmholtza: długość fali dominującej (ld), tzn. długość fali bodźca monochromatycznego, którego zmieszanie w odpowiednim stosunku z określonym bodźcem achromatycznym (np. światłem białym) utworzy rozpatrywany bodziec barwowy. Barwy w sektorze purpury określa się natomiast przez długość fali dopełniającej, nadając jej na wykresie chromatyczności długości fali barwy przeciwległej. Postępuje się tak dlatego, że purpura nie jest barwą widmową, a więc nie ma własnej długości fali. 

 

Nasycenie
        Nasycenie to właściwość wrażenia wzrokowego umożliwiająca ocenę udziału barwy chromatycznej, czystej, we wrażeniu ogólnym. Różnicuje ono barwy nasycone i nienasycone. Z punktu widzenia fizyki nasycenie barwy można w przybliżeniu określić na podstawie składu widmowego barwy. Im większe nasycenie barwy, tym mniejszy udział w jej widmie promieniowania fal o innych długościach niż fali dominującej, która, jak wiadomo, wiąże nasycenie z odcieniem barwy. Wielkość nasycenia jest również ściśle związana z jej jasnością (jaskrawością). Przykładowo: barwami nienasyconymi są pastele, gdyż zawierają więcej światła białego niż barwy żywe, intensywne. Odpowiednikiem nasycenia w kolorymetrii jest czystość pobudzenia (pe) lub kolorymetryczna (pc). Wyrażają one stopień nasycenia barwy, który jest wyznaczany przez stosunek ilości światła monochromatycznego o równoważnej długości fali do ilości światła białego. Im większe jest nasycenie barwy, tym większa jego wartość. Barwa o pełnym nasyceniu ma wartość równą jedności, zaś biel ­ wartość zero.

 

Jasność (jaskrawość)

        Jasność oznacza achromatyczny opis jasności odbieranej podczas obserwacji obiektu, jego powierzchni odbijającej światło, zaś jaskrawość odnosi się do obiektów samoświecących. Inaczej mówiąc, jasność to właściwość wrażenia wzrokowego powodująca, że ciało albo powierzchnia wydaje się przepuszczać lub odbijać większą lub mniejszą część światła padającego. Jej postrzeganie odpowiada w przybliżeniu wielkości fotometrycznej ­ współczynnikowi luminancji, natomiast jaskrawość ­ luminancji. W fotometrii luminancja jako parametr wizualny wyrażana jest w jednostce: kandela na 1 m2 (cd/m2). W przestrzeni barw, np. CIELAB, jest ona miarą jasności, której wielkość jest proporcjonalna do pierwiastka trzeciego stopnia z luminancji. Chodzi o wyrażenie postrzegania jasności w jak największej korelacji do jasności przedmiotu. Wielkość ta jest w pomiarach normalizowana i przyjmuje wartość od 0% do 100%. Oznaczana jest ona zwykle przez L.



Różnice barw

        Aby wyznaczyć różnicę barw według jednorodnej skali, dążono do stworzenia takiej przestrzeni barw, w której barwy o równych różnicach byłyby uporządkowane w równych odległościach, a ich wielkość byłaby zgodna z naszym wrażeniem barwy, definiowanym odcieniem, nasyceniem i jasnością (jaskrawością). Stworzyło to możliwość wyznaczania różnicy barw odległością między dwiema barwami ­ w przestrzeni euklidesowej

 

 

 

 Rys. 5. Zasada wyznaczania różnicy barw...

Zasada wyznaczania różnicy barw w przestrzeni CIE LAB w formiegraficznej 

   
 
   

• Strona główna • HISTORIA • BUDOWA CHEMICZNA • BUDOWA FIZYCZNA • KLAROWANIE MASY • STRUKTURA SZKŁA • LEPKOŚĆ SZKŁA • KRYSTALIZACJA SZKŁA • DŁUGOŚĆ TECHNOLOGICZNA • NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE • SZKŁA LABOLATORYJNE • SZKŁA PIANKOWE • ŚWIATŁOWODY • ROZSZCZEPIENIE ŚWIATŁA • PROBLEMY ŚRODOWISKOWE • TLENKI BARWIĄCE MASĘ •

 
Copyright 2007 / www.glassmix.republika.pl