Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta."— Előadás másolata:

1 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Fénymérés, színmérés

2 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 2 Tartalom Téma: hogyan mérjük a fényt és a színeket? Fénymérés ● Alapfogalmak Radiometria – fotometria - színmérés Láthatósági függvény ● Fény mennyiségei Fényáram (Φ), fényerősség (I), megvilágítás (E), fénysűrűség (L) ● Fény mértékegységei Feketetest sugárzó Kandela, fényhatásfok Színmérés ● Színmérés korrelált színhőmérséklettel ● Színmérés három szín arányával (színmegfeleltetés) Színinger-megfeleltető függvények Szabványos megvilágítók Színek rendszerezése ● CIE XYZ és CIE xyY ● CIELUV, CIELAB ● Színmegjelenés modellezése Mellékletek ● CIE 1931-es színmérő észlelő ● CIE szótár

3 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 3 Fénymérés, színmérés Fény mennyiségei

4 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 4 Radiometria, fotometria, színmérés Optikai radiometria az EM sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. A mérés az optikai hullámhossz tartományban történik, 10 nm (3×10 11 Hz) és 1 mm (3×10 16 Hz) között. Mennyiségek jelölése e (energia) és λ (hullámhossz) alsó indexekkel. Fotometria nem más, mint spektrálisan súlyozott radiometria. A mérés csak a látható hullámhossz tartományban, (360-) 380 nm és 780 (-830) nm között, az emberi látásra érzékenységét, hatásfokát leíró un. láthatósági függvény szerint súlyozva történik. Mennyiségek jelölése radiometriai jelek v (Visibility) alsó indexxel. Színmérés a színekhez – mint vizuális érzetekhez – objektíven mérhető mennyiségeket rendel.

5 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 5 Fény mennyiségei Mennyiség = Mértékegység × Mértékszám Mértékegység a mennyiség egysége. A mennyiség olyan része, amely megvalósítható, mérhető, a mennyiségek szokásos nagyságrendjéhez közelálló, és amely nem nagyon tér el az előző mértékegységtől. Egy mennyiségnek több mértékegysége is lehet: pl. v = 25 m/s = 90 km/h. Mennyiség (és mértékegység) lehet: ● alapmennyiség, (alapmértékegység) ● származtatott mennyiség, (származtatott mértékegység) ● segédmennyiség, (segédmértékegység) Tudományos szempontból a mennyiségek között nincs alá- és fölérendeltségi viszony. Az alapmennyiségek konvenció szerint függetleneknek tekinthetők egymástól. A fotometriában származtatott mennyiség egy alapmennyiség és egy vagy több segédmennyiség szorzata.

6 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 6 Fény mennyiségei Alapmennyiség, (alapmértékegység) Sugárzott teljesítmény (watt) vagy Fényerősség (kandela) Segédmennyiségek, (segédmértékegységek), súlytényező Távolság: jele r (Rádiusz), mértékegysége m. Felület: jele A (Area), mértékegysége m 2. Térszög: kimetszett gömbfelület-terület és a gömbsugár négyzetének hányadosa (dA/r 2 ), jele Ω, mértékegysége szteradián, jele sr, (1 sr = 4π). Hőmérséklet: jele T (Temperature), mértékegysége K (Kelvin). Láthatósági tényezők: jele V(λ) és V’(λ). Származtatott mennyiségek, (származtatott mértékegységek) Fényáram (lumen) Fényerősség (kandela) Megvilágítás (lux) Fénysűrűség (nit)

7 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 7 Fény mennyiségei X(λ) = [energia] × [idő] × [hatásfok] × [pont vagy felület] × [térszög] X(λ) = [sugárzott teljesítmény] × [hatásfok] × [geometria] X(λ) = [fényáram] × [geometria] ΦeΦe A, Ω, rV(λ)

8 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 8 CIE láthatósági függvények A V(λ) és V’(λ) láthatósági függvények (V mint Visibility) az emberi látás érzékenységét, fényhasznosító képességét ábrázolják hullámhossz közökben, nappal (un. szkotopikus látás csapokkal 10 cd/m 2 fénysűrűség felett), és éjszaka (un. fotopikus látás pálcákkal 0.3 cd/m 2 fénysűrűség alatt). Maximum helyek 555 nm illetve 507 nm. A mérés a kísérleti módszerek pontosságával villogásos fotométerrel készült (Gibson, Tyndall, 1923), amely az 555 illetve a 507 nm-es referencia fényt váltogatja a spektrum monokromatikus színeivel. A függvény értékei azok a relatív fénysűrűség mennyiségek [L λ555 /L(λ)] ahol a villogás megszűnik, vagyis a szem nem érzékel világosság különbséget. 700 Hullámhossz (nm) λ Fénysűrűség Hz Idő L λ555 L(λ)

9 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 9 Φ v Fényáram (Flux) Φ e sugárzott teljesítmény (Radiant Flux, Radiant Power) az a Q energia hányad, amelyet fényforrás (önsugárzó vagy felület visszaverődés) optikai sugárzás formájában dt egységnyi idő alatt kibocsát, átenged, visszaver illetve felfog. Irány nélküli skalár mennyiség. Képlete: Φ e,λ = dQ / dt Mértékegysége: watt, jele W. Φ v fényáram (Luminous Flux) a Φ e,λ sugárzott teljesítmény V(λ) vagy V’(λ) látáshatósági függvénnyel súlyozott hányada. Φ v = K max ∫(Φ e,λ / dλ)V(λ) dλ K max = 683 lm/W Mértékegysége: lumen, jele lm.

10 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 10 Φ v Összfényáram (Total Flux) F v összfényáram (Total Luminous Flux) pontszerű fényforrás minden irányban sugárzott fényáram mennyisége. Mértékegysége: lumen, jele lm. A lumen mennyisége a fényerőségből származtatott: 1 lumen mennyiségű fényáram minden irányban 1 cd fényerősséggel egyenletesen sugárzó pontszerű fényforrás 1 szteradián térszögbe kibocsátott teljesítménye. Így a teljes 4π térszögben minden irányban 1 cd fényerősségű fényforrás fényárama = 4πlm. 1st=A/r 2

11 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 11 I v Fényerősség (Intensity) I v fényerősség (Luminous Intensity) az a Φ v fényáram hányad, amelyet pontszerű fényforrás adott irányú dΩ elemi térszögbe sugároz. Képlettel: I v = dΦ v / dΩ Mértékegysége: kandela, jele cd. A kandela a fényáram lumenből származtatott mértékegység: 1 cd = 1 lm / 1 sr A kandela 1 lumen fényáram mennyiség, amelyet pontszerű fényforrás 1 szteradián térszögbe térszögbe sugároz. Így az a pontszerű fényforrás, amely 1 candela fényerősséggel sugároz minden irányban egyenletesen, 4π lumen összfényáramot sugároz. dΩdΩ

12 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 12 E v Megvilágítás (Illuminance) A megvilágítás az építészeti terek és felületek, utak stb. megvilágításához szükséges fénymennyiség jellemzője. E v megvilágítás (Illuminance) az a Φ v fényáram hányad, amely felfogó felület dA elemi területére esik. Képlettel: E v = dΦ v / dA Mértékegysége: lux, jele lx. A lux az összfényáram lumenből származtatott mértékegység: 1 lx = 1 lm/m 2 A lux 1 lumen fényáram mennyiség, amelyet pontszerű fényforrás 1 szteradián térszögbe sugároz, amely 1 m2 felületet metsz ki 1 m sugarú gömbfelületen. iroda, konyha, szerelőműhely, laboratórium 500 oktatóterem, könyvtár, szerelőműhely 300 előcsarnok, társalgó, étkező 200 raktár, rakodó terület 150 lépcsőház, folyosó, öltőző 100 helyiségLux dAdA tervezőiroda, szupermarket 750

13 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 13 L v Fénysűrűség (Luminance) L v fénysűrűség (Luminance) az a Φ v fényáram hányad, amelyet felület adott irányba –, dA elemi területe az irányra merőleges cosθ vetületével, dΩ elemi térszögbe – sugároz, vagy adott irányból, dΩ elemi térszögből, elemi területe az irányra merőleges vetületi területével – felfog. Képlettel: L v = d 2 Φ v / dA cosθ dΩ Mértékegysége: nit, jele nt. A nit a fényáram lumenből vagy a fényerősség kandelából származtatott mértékegység: 1 nt = 1 lm/(m 2 × sr) = 1 cd/m 2 Nit helyett inkább a cd/m 2 kifejezés használatos. θ dA × cosθ dΩdΩ N A sugárzás iránya, a sugárzó felület normálisától vett θ szög. A fénysűrűség adott irányba és adott irányból ugyanannyi.

14 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 14 L v Fénysűrűség (Luminance) A fénysűrűség képletében a dA cosθ tag kissé megtévesztő. Kiterjedt felületen az elemi terület vetülete az iránytól függetlenül állandó, így a felület fénysűrűsége (világossága) is állandó. Ez a törvényszerűség azonban csak a minden irányban egyenlő erősséggel sugárzó, un. Lambert féle felületekre érvényes. Ilyen felületnek tekinthetők a hold, kréta, homok vagy a fénycső. Az átlagos fényforrások sugárerőssége vagy a felületek optikai visszaverődése viszont nem szögfüggetlen, ezért a fénysűrűségük a nézési (mérési) iránytól függően változó. Átlagos és Lambert féle felület.

15 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 15 L v Fénysűrűség (Luminance) Minolta LS-110 fénysűrűség mérő Mérési szög: 1/3° Legkisebb mérhető terület: Ø4.8 mm A fénysűrűség adott irányból mért mennyiség. A fénysűrűség mennyiséget érzi a szem világosságként. A fénysűrűséggel jellemezhető az LCD képpontok max. sugárzott teljesítménye. És a fénysűrűséggel jellemezhető az LCD-k két technológiai fogyatékossága is: a fénysűrűség nem egyenletes, és a nézési szögtől függően változó. nap izzólámpa nagynyomású higanygőzlámpa kisnyomású nátriumlámpa fénycső gyertyaláng LCD képernyő 300 fényforrásNit (cd/m 2 )

16 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 16 Fénymérés, színmérés Fény mértékegységei Lummer és Kurlbaum feketetest kísérleti készüléke 1898-ból.

17 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 17 Teljes feketetest sugárzó A fényenergia mértékegységének meghatározásához olyan referencia fényforrás szükséges, amelynek Φ(λ) spektrális teljesítménye pontosan kalibrálható. A teljes feketetest sugárzó (Planck sugárzó) egy zárt üreg, amelynek falát hevítve benne optikai sugárzás keletkezik. A termodinamika törvénye (Kirchhoff) szerint zárt üregben a kibocsátott és az elnyelt sugárzás egyensúlyban van, ezért az üreg terében a sugárzás energia eloszlása csak az üreg falának hőmérsékletétől függ, az üreg anyagától, alakjától és méretétől (sugárzó területétől) nem. A teljes feketetest sugárzó fala tökéletes sugárzó és tökéletes elnyelő, minden optikai hullámhosszon sugároz és elnyel. Üreg (fekete test) Wolfram cső diafragmákkal Rézgyűrű

18 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 18 Teljes feketetest sugárzó Minden anyag 0 Kelvin hőmérséklet felett optikai sugárzást bocsát ki. A sugárzás energia összetétele (eloszlása hullámhosszonként) a szilárd és folyékony anyag vagy nagynyomású gáz esetében folytonos, a gázok esetében vonalas. Az energia eloszlás, így a fény színe az anyag hőmérsékletétől függően változik (Stefan-Boltzmann). A hőmérséklet növelésével az energia maximum a rövidebb hullámhosszak felé tolódik (Wien), ezért először vörös (2500 K), majd sárgásfehér (6000 K), végül kékesfehér (15000 K) színt érzékelünk. A fényméréshez választott mértékadó energia eloszlás megállapodás szerint ~2042 K hőmérsékleten, a platina halmazállapot-változásánál (dermedési pont) keletkezik. 0 5E-16 1E E-15 2E Frekvencia Sugárzott teljesítmény Wm -2 nm -1 5E+130 1E E+132E+142.5E K 5000K 2800K 2045K

19 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 19 Kandela CGPM 1967 SI meghatározás A kandela a feketetest sugárzó 1/ m 2 felületének ( I e ) fényerőssége a felületre merőleges irányban, a platina dermedési hőmérsékletén (2042 K), Newton / m 2 nyomás alatt. (60 cd/cm 2 terület meghatározás célja, hogy a kandela fényerőssége ne térjen el a régi kandela mennyiségtől.) CGPM 1979 SI meghatározás A kandela azon 540×10 12 hertz frekvenciájú (~555 λ) monokromatikus sugárzást kibocsátó fényforrás ( I e ) fényerőssége adott irányban, amelynek sugárerőssége ebben az irányban 1/683 watt / szteradián. CGPM, Conférence Générale des Poids et Mesures, Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia Teljes feketetest sugárzó 1. Tóriumoxid olvasztótégely 2. Tóriumoxid vagy wolframcső (feketetest) 3. Platina (T = 2042 K) 4. Nyílás (A = 1/ m 2 )

20 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 20 Mennyiségek, mértékegységek RadiometriaFotometria MennyiségJelMértékegys.MennyiségJelMértékegys. Sugárzott teljesítmény (Radiant Flux, Fluxus) ΦeλΦeλ Watt (W) Fényáram (Luminous Flux) ΦvΦv Lumen (lm) Sugárzáserősség, intenzitás (Radiant Intensity) IeλIeλ W/sr Fényerősség, intenzitás (Luminous Intensity) IvIv Kandela (cd) (lm/sr) Besugárzás (Irradiance) EeλEeλ W/m 2 Megvilágítás (Illuminance) EvEv Lux (lx) (lm/m 2 ) Sugársűrűség (Radiance) LeλLeλ W/(m 2 ×sr) Fénysűrűség (Luminance) LvLv Nit (nt) lm/(m 2 ×sr) Átváltás ( Φ vλ / Φ eλ ) X v = K max ∫ X eλ V(λ) dλ K max = 683 lm/W X = Φ, I, E, L 1m sugarú gömbbe helyezett pontszerű fényforrás, amely 1 candela fényerősséggel sugároz minden irányban, 1 lumen fényáramot sugároz 1 sr térszögbe, 1 lux megvilágítást ad 1 m 2 -es gömbfelületen.

21 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 21 Fénymérés, színmérés Színmérés Figyelmeztetés: a színtereket szemléltető képek nem színhűek!

22 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 22 Színmérés feladata A színmérés feladata, hogy a fény fizikai összetételét (spektrális teljesítmény eloszlását), továbbiakban a színt… ● a vizuális érzet szempontjából számszerűsíthető mennyiségekkel meghatározza, ● két szín közötti érzeti eltérést (különbséget) számszerűen kifejezze, ● a színnek a látási körülményektől, a környezetétől és a képi tartalomtól függő módosulásait előre jelezze. A színméréssel kapott mértékszámok alapján a színeket – a színemlékezetünktől függetlenül – bármely képalkotó eszközzel, anyaggal újra előállíthatjuk, a különböző képfelvevő, képrögzítő, képtovábbító, megjelenítő eszközök színterjedelmét összehangolhatjuk. A színmérés történhet: ● feketetest sugárzó különböző hőmérsékleteken keletkező színeihez hasonlítva (korrelált színhőmérséklet), ● három reprezentatív szín mennyiségi arányához hasonlítva (trikromatikus színmérés).

23 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 23 Metamer színek, színérzet-színinger A metamer színpárok színérzete azonos, spektrális teljesítmény eloszlásuk azonban különböző. (Metamer, görög, ugyanazon anyag különböző formában.) A szín köznapi fogalmában a fizikai jelenség (spektrális eloszlás) és a kiváltott vizuális érzet összekapcsolódik. Sárga festék, sárga színérzet. Valójában… ● különböző „színek”, azaz spektrális eloszlások azonos színérzetet kelthetnek. ● egy „szín” eltérő körülmények között különböző színérzetet kelthet, Ezért a színmérés megkülönbözteti: Színérzet az agyban keletkező vizuális érzet. Színinger (Color Stimulus) egy adott színérzetet több féle formában is kiváltó fizikai jelenség. A színinger tehát nem azonos egy spektrális eloszlással, több „szín” is lehet λ λ

24 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 24 Korrelált színhőmérséklet A korrelált színhőmérséklet a közel- fehér fényforrások egytényezős jellemzője. A képrögzítő eszközök, anyagok pl. filmek fényforrásokhoz igazodó spektrális érzékenységét is színhőmérséklet jelöli. Egy fényforrás színe olyan „hőmérsékletű”, hogy megfelel (korrelál) a fekete test sugárzó adott hőmérsékleten keletkező színéhez. Pl. egy fénycső korrelált színhőmérséklete 4100 K, azaz a színe hasonlít a 4100 K hőmérsékletű feketetest sugárzó színéhez. A fényforrás üzemi- és színhőmérséklete között tehát nincs közvetlen fizikai összefüggés. T=15000 KT=12500 K T=10000 KT=7500 K T=5000 KT=2500 K 0 0 felhős égbolt 6500 napkorong (tengerszintről mérve) 5600 átlagos napfény, vakú, D50-es színes film 5000 wolfram izzók prof. fotósoknak W-os izzó, napkelte, naplemente 2800 gyertya 1200 FényforrásKelvin erősen felhős égbolt 8000 tiszta kék égbolt 10000

25 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 25 Trikromatikus színmérés: alapszínek Valamennyi színérzet létrehozható három egymástól független szín additív keverékével. (A három szín akkor független egymástól, ha egyik sem hozható létre a másik kettő keverékeként.) C színminta = R(R) + G(G) + B(B) A színminta és kettő vagy több alapszín additív keverékének metamer egyezését színmegfelelésnek, illetve színmegfeleltetésnek (Color Matching) nevezik. Az alapszínek jelölése: pl. (R), (G), (B). A három alapszín arányával a színek „mérhetők”, a színek egymáshoz viszonyított helye 2D és 3D-s koordinátarendszerben ábrázolható. RGB W Alapszín ff-ok Színminta ff. Második mérés T R Színminta Alapszín mix Háttér Észlelő Első mérés

26 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 26 Trikromatikus színmérés: negatív színek A három alapszínnel történő mérés fogyatékossága: két szín additív keveréke mindig kevésbé telített színt eredményez, a hozzáadott harmadik alapszín a fehértartalmat növeli. Ezért a színek egy része csak két méréssel katalogizálható: 1. az első mérés a színmintát a két közelálló alapszín keverékével hasonlítja össze; 2. a második mérés a színmintához a harmadik alapszínből annyit tesz hozzá, annyival tompítja, hogy az megfeleljen a másik kettő keverékének. Ez utóbbi hozzáadott alapszín értéke tehát negatív előjelű. 0% Vörös +33% Vörös +66% Vörös Zöld VörösKék -30% Vörös C C’ Maxwell színháromszög, 1857

27 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév λ Szín(inger)-megfeleltető függvények Három alapszín mennyiségi (fényerősség) arányai, amelyeknek additív keverékei azonosnak látszanak a spektrumot alkotó monokromatikus színekkel. Összehasonlító színmérés csak vizuálisan végezhető el, mert a metamer egyezést csak az agy képes megállapítani. A szín(inger)-megfeleltető függvények segítségével a három alapszín aránya műszeresen is megállapítható. Szín(inger)-megfeleltető függvények három választott alapszín – kísérleti úton, 5 nm-es közökkel, vizuális összehasonlítással megállapított – mennyiségi arányai, melyeknek additív keverékei azonosnak látszanak, megfelelnek a spektrumot alkotó színekkel. (Spektrum színek: közel egy hullámhosszból álló, un. monokroma- tikus színek.) Jelölésük: r ̅ (λ), g ̅ (λ), b ̅ (λ). A három alapszín alapmennyiségei az 1(R) + 4,5907(G) + 0,601(B) fénysűrűség arányok, hogy az additív keverékük fehér színnek feleljen meg.

28 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 28 Szín(inger)-összetevők Színinger-megfeleltető függvény segítségével egy színminta műszeresen mért spektrális eloszlásában hullámhosszról - hullámhosszra (dλ- ként) kiszámítható a három alapszín mennyiségi aránya. Az arányszámok összesítése (integrálása) ugyanazt az eredményt adja mint a vizuális összehasonlító színmérés. Összesítés után kapott számhármas mint „mennyiség” a szín mértékszáma, elnevezése szín(inger)-összetevők. (A színinger-megfeleltető függvények a szín mértékegysége.) Jelölésük: R, G, B. A szín(inger)-összetevőkkel mint vektorokkal a színek 3D vagy 2D-s koordináta-rendszerben elhelyezhetők, rendszerezhetők λ b g r CIE 1931-es 2º-os r ̅ (λ), g ̅ (λ) és b ̅ (λ) színinger- megfeleltető függvények. A függvények közül kettő egyes hullámhossztartományokban negatív értéket vesz fel. A negatív adatok megnehezítették korabeli színmérő számításokat, amelyek kézzel történtek.

29 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 29 Képzetes alapszínek Az 1931-ben szabványosított CIE 1931 x(λ), y ̅ (λ), z ̅ (λ) színinger-megfeleltető függvények az rgb függvények lineáris mátrix-transzformációja. A transzformáció céljai és eredménye: ● A negatív előjelű mértékszámok megszüntetése. ● A színmérés és a fénymérés összekapcsolása: az y ̅ (λ) alakja azonos a V(λ) láthatósági függvénnyel, ezért az Y színösszetevő egyúttal fotometriai mennyiség is. ● A színmérés és rendszerezés összekapcsolása: a színek a színkoordináta-rendszer egy térnyolcadába csoportosulnak. ● Az alapszínek már nem realizálható, képzetes színek, jelölésük: (X), (Y), (Z). ● Színinger-összetevők (mértékszámok) jelölése: X, Y, Z. 700 Hullámhossz (nm) λ z y x CIE 1931-es 2º-os x ̅ (λ), y ̅ (λ) és z ̅ (λ) színinger- megfeleltető függvények. CIE 1931-es transzformációs együtthatók: (X) = (R) (G) (B) (Y) = (R) (G) (B) (Z) = (R) (G) (B)

30 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 30 Szabványos megvilágítók Csak az önsugárzó fényforrásoknak van állandó színe. A felületek, tárgyak színe a megvilágítás (spektrális eloszlás) és a felület spektrális reflexiós tényezőjének a szorzata. Kék fényben a „fehér” papír színe kék. A nem önsugárzó – fényvisszaverő vagy fényáteresztő – felületszínek színméréséhez szabványos színű megvilágítások (sugárzás eloszlások) szükségesek. CIE szabványos megvilágítók (sugárzás eloszlások): ● A sugárzás eloszlás: a feketetest sugárzás megvalósítása 2856 K színhőmérsékletű gáztöltésű wolframszálas izzólámpával. ● D65 sugárzás eloszlás: nappali fény (daylight), mérésekből átlagolt eloszlás. Korrelált színhőmérséklete 6504 K. Színmérő számításokhoz használják. ● D50 sugárzás eloszlás: nappali fény, mérésekből átlagolt eloszlás. Korrelált színhőmérséklete 5003 K. Nyomdaiparban és fényképezésnél használják. 780 λ rel. L 780 λ rel. L CIE A sugárzásCIE D65 sugárzás

31 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 31 Fénymérés, színmérés Színek rendszerezése CIE XYZ, CIE xyY, CIELUV, CIELAB

32 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 32 Történeti előzmények Forrás: I. Newton ( ) Kör alakú színrendszer. 7 spektrum alapszín: ibolya, indigó, kék, zöld, sárga, piros.. A spektrum két szélső színe keverhető. J.H. Lambert ( ) Gúla alakú színrendszer. 3 alapszín: sárga, vörös, kék. Első térbeli színrendszerek egyike. A.H. Munsell ( ) Henger alakú színrendszer. 5 alapszín: piros, sárga, zöld, kék, bíbor. 3 színjellemző: színezett (Hue), telítettség (Chroma) világosság (Value). Szabadalmaztatott képlet szerint kézzel festett színminták J.C. Maxwell ( ) Háromszög alakú színrendszer. 3 alapszín: vörös, zöld, kék. Zöld VörösKékBíbor SárgaCián

33 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 33 Színrendszerek Színmérő rendszerek ● CIE 1931 XYZ (általános) ● CIE 1931, 1964, 1976 színességi diagramok (általános) ● CIELUV (inkább összeadó színkeveréshez) ● CIELAB (inkább kivonó színkeveréshez) ● CIECAM (színmegjelenés modellezéséhez) Eszközvezérlő (eszközfüggő) színrendszerek ● RGB (elektronikai képalkotó eszközök, képfájl) ● HSV, HLS (számítógépes grafika: színválasztó paletták) ● LUV, YCC (TV, videó, digitális kamera, képfájl tömörítés) ● CMY, CMYK (nyomtatók, nyomdagépek) Színrendelő rendszerek, színminta gyűjtemények ● Munsell, 1906 (általános) ● RAL, 1927 (fémfestékek, építőipar, gépgyártás) ● Pantone, 1963 (textil-, műanyag és nyomdaipar) ● Színetalonok (színmérő műszerek ellenőrzéséhez: NPL, NBS, OMH stb.)

34 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 34 CIE 1931-es színinger-mérőrendszer [G][G] [R][R][B][B] Monokromatikus spektrum színek helyei Negatív színek helyei R=G=B fehér szín CIE 1931 RGB színtér (vetület)

35 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 35 Transzformációs együtthatók (X) = (R) (G) (B) (Y) = (R) (G) (B) (Z) = (R) (G) (B) CIE 1931 színinger-mérőrendszer X Y 1931-es CIE rgb – xyz színtér koordináta transzformáció r g [Y ,2.7677] [Z ,0.1408] [X , ] [G][G] [B][B] [R][R] [ r g b ] CIE 1931 xyz színtér (vetület) CIE 1931 rgb színtér (vetület)

36 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 36 CIE 1931 XYZ színtér A XYZ színinger-összetevőkkel meghatározott színek rendszerezése az XYZ és az xyY koordináta- rendszerekben történik. Két vetítés egymásután: 1. vetítés. Az XYZ színtér (XYZ Color Space) pontjai a három egységvektorral kifeszített egységsíkra kerülnek, mert definíció szerint egy C színminta koordinátái (jelölésük: x, y, z ), az X,Y és Z színinger- összetevők és azok összegének hányadosa. Képlettel: x = X / (X + Y + Z) y = Y / (X + Y + Z) z = Z / (X + Y + Z) így x + y + z = 1 Y=100 x=1 y=1 Spektrum színek görbéje az egységsíkon Y=1 X=1 Z=1 XcXc YcYc C ZcZc Egységsík Spektrum színek görbéje az XYZ térben

37 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 37 CIE 1931 XYZ színtér A XYZ színinger-összetevőkkel meghatározott színek rendszerezése az XYZ és az xyY koordináta- rendszerekben történik. Két vetítés egymásután: 2. vetítés. Mivel z = 1 - x – y, a z koordináta redundáns adat, ezért elmarad. Az egységsík a koordináta- rendszer X,Y síkjára vetül, a színeket x,y koordináta-pár határozza meg. Az ábrázolási mód elnevezése CIE 1931 xyY színességi diagram (Chromaticity Diagram). R=1G=1B=1 Hullámhossz (λ)700564,1435,8 Fénysűrűség (L)14,590,06 x,y koordináták0.73, , ,0.01 Y=100 x=1 y=1 Színességi diagram Y=1 X=1 Z=1 XcXc YcYc C ZcZc Y=1 X=1 Z=1

38 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 38 Forrás: CIE 1931 xyY színességi diagram Helyek (Locus*) (X), (Y), (Z) képzetes alapszínek (R), (G), (B) alapszínek Spektrum színek (monokromatikus színek) Bíbor színek Feketetest színek (Planck görbe) CIE szabványos megvilágítók Ee fehér (5500 K**, 0.33, 0.33) A wolfram izzólámpa (2856 K, 0.45, 0.41) B közvetlen napfény (4874 K**, 0.35, 0.35) D65 átlagolt nappali fény (6504 K**, 0.31, 0.33) C átlagos nappali fény (6774 K**, 0.31, 0.32) ∞ K (0.24,0.23) X Y locus, loci - lat. hely, helyek. ** korrelált színhőmérséklet A K 5500 K 6500 K 7500 K K C B (G) = λ (0.27,0.72) (R) = λ (0.73,0.26) (B) = 435,8 λ (0.17,0.01) D 65 Ee (X) (1.0,0.0) (Y) (0.0,1.0) (Z) (0.0,1.0)

39 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 39 CIE 1931 xyY színességi diagram * Referencia fehér a színméréshez használt sugárzás eloszlás, pl D65. Pszichofizikai paraméterek Két szín additív összege a két színpontot összekötő egyenesen fekszik. Domináns hullámhossz a szín színezetének (Hue) jellemzője. Annak a spektrum színnek a hullámhossza, amelyet referencia fehérrel* keverve a színmintával megfeleltethető. Helyét a spektrum színek görbéjén a referencia fehér és a színminta pontjain átfektetett egyenes metszi ki. Pl. C 1 → D Domináns komplementer hullámhossz a bíbor színek komplementer spektrum színeinek hullámhossza. Pl. C 2 → K Kibocsátási tisztaság a telítettség (Saturation) jellemzője. A domináns spektrum szín és a referencia fehér keverékének arányszáma (%-ban). C 3 = a / (a + b) Spektrum színek 100 %-os tiszta színek. X Y a b C2C2 C1C1 C3C3 K D 65 D

40 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 40 CIE 1931 xyY színességi diagram Gamut (színterjedelem) a képalkotó (felvevő, rögzítő, továbbító, megjelenítő) eszközök színrögzítő illetve színvisszaadó képessége. Példák: PAL/Secam (európai tv) NTSC (USA tv) CMYK (átlagos nyomtató) A képalkotó lánc (pl. szkenner – képernyő – nyomtató) színeinek összehangolására a Color Management eljárás szolgál. X Y 0.67, ,0.06 PAL/Secam tv Ee 0.21,0.71 NTSC tv 0.29, , ,0.33 Átlagos nyomtató 0.17, , ,0.55

41 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 41 CIE 1931-es színrendszerek CIE 1931 XYZ és xyY színterek fogyatékosságai ● A rendszerezés teljesen önkényes. A három ad hoc alapszín még nem a színérzeteket meghatározó pszichofizikai alapjellemző. ● A színesség és világosság egymástól független paraméter. ● A rendszerezés lineáris. ● A színek közötti távolság nem egyenletes. ● Kék tartomány kiterjedése (λ 460 nm alatt) elégtelen, (2º-os színinge- megfeleltető függvények). A mért színértékek inter- és extrapolációjára, (színkeverés, színeltérés, fakulás stb. számítására) alkalmatlanok. A színipar csak a saját színrendszereinek összevetésére használja. Módosítások 1976-ig ● Kiegészítő színinger-megfeleltető függvények 10º-os látószöggel (1964 Supplementary Standard Observer) ● CIE 1931 xyY színességi diagram átosztása: egyenközű színességi skálák (UCS, Uniform Chromaticity Scale), CIE 1964 UCS színességi diagram CIE 1976 UCS színességi diagram 1976-os módosítások ● CIELUV színtér ● CIELAB színtér Módosítások 1997-től ● CIECAM 2002 Színmegjelenés modellezése (Color Appearance Model)

42 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 42 y CIE színesség diagrammok CIE 1931 xy színességi diagramCIE 1964 uv színességi diagramCIE 1976 u’v’ színességi diagram x v u v’ u’ x=X/(X+Y+Z)= y=Y/(X+Y+Z)= u=4X/(X+15Y+3Z)=4x(-2+12y+3) v=6Y/(X+15Y+3Z)=6y(-x+12y+3) u’=4X/(X+15Y+3Z)=4x(-2+12y+3) v’=9Y/(X+15Y+3Z)=9y(-2x+12y+3) CIE egyenközű színességi skálák

43 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 43 CIE 1976-os színtér átdolgozása 1976-os átdolgozás szempontjai Színinger-különbség számítás: a színek relatív helyzete színtérben fontosabb mint az abszolút. u*v* vagy a*b* két tengelyes színesség skála. (Hering ellentétes színek elmélete szerint, illetve a színes televíziózásban használt színrendszer mintájára.) Összekapcsolt színesség és a világosság (fénysűrűség): ● Y világosság tengely (xyY színességi diagramból) megszűnik, helyette… ● a színingerek helye a referencia fehérhez viszonyul (X/X w, Y/Y w, Z/Z w ), ● a világosság skála nem lineáris, hanem hatványkitevős (L* tengely), – ugyanaz a Luv és Lab színinger-térben. Eredmény CIE Luv és CIE Lab, két egyenértékű színinger- tér szabvány. A színérzet világossága nem lineáris (hatványkitevős, polinómiális stb.) fénysűrűség növekedéssel emelkedik egyenletesen. A CIE által szabványosított mértéke: L*  116 (Y/Y w ) 1/3 – 16 L 1/2 L 1/3 116L 1/ Log Relatív fénysűrűség Világosság érzet 0

44 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 44 CIELUV színtér CIELUV 1976 színtér az 1976-os UCS (egyenközű színességi skála) projektív átosztása. TV, videó rendszerek beállításához használatos. X, Y és Z színinger-összetevők dimenziói a következők: L* (Lightness) világosság tengely: a színek akromatikus világossága fekete (0) és fehér (100) közötti zárt skálán helyezkednek el. u* és v* tengelyek a fehér pontba tolt CIE 1976 UCS u’ és v’ tengelyek. u* v*

45 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 45 CIELUV színtér Forrás: Wyszecki és Stiles, 1982

46 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 46 CIELAB színtér L*  116 (Y/Y w ) 1/ a*  500  ( X/X w ) 1/3 - (Y/Y w ) 1/3  b*  200  (Y/Y w ) 1/3 - (Z/Z w ) 1/3  ha X/X w, Y/Y w, Z/Z w ≤ 0,008856, akkor L*, a* és b* számítása lineáris. X w,Y w,Z w fehér etalon színösszetevői adott megvilágítás mellett. CIELAB 1976 színtér Hering ellenétes színek elméletén alapul. A festék-, textil-, műanyag és nyomdaiparban elterjedt. X, Y és Z színinger-összetevők dimenziói a következők: L* (Lightness) világosság tengely: a színek akromatikus világossága fekete (0) és fehér (100) közötti zárt skálán. a* tengely: zöld (−a) és vörös (+a) nyitott skála. b* tengely: kék (−b) és sárga (+b) nyitott skála. -a+a +b -b

47 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 47 CIELAB színtér Forrás: Wyszecki és Stiles, 1982

48 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 48 CIELAB színtér CIELa*b* rendszerben a L 50 síkra vetítve ábrázolt festékszínek.

49 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 49 Fénymérés, színmérés Színmegjelenés modellezése CIECAM

50 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 50 CIE 1997-es új célok CIELAB, CIELUV színterek hátrányai: ● egységesített mérési (megvilágítási) körülményeket igényelnek, csak egy időben látott mintákkal működnek. ● nem mérik a környezet (közelben levő színek, a háttér, adaptációs környezet), a változó fénysűrűség és az észlelés mint kognitív folyamat hatásait. ● nem jelzik előre a megváltozott megvilágítási körülmények között a színek változását (világosság, színdússág). Új célok: előre becsülni (predict) a színek megjelenését (color appearance), amely módosul: ● média váltásnál: ugyanaz a CIE XYZ szín másnak látszik a képernyőn és nyomaton, ● azonos médián, de különböző megvilágítási körülmények között, ● a színadaptáció különböző fázisaiban. A CIECAM (Color Appearance Model) a CIE ben bevezetett kísérleti számítási rendszere Utolsó verzió 2002 CIECAM02 egyszerűsített változat.

51 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 51 CIECAM Látvány, kép színeinek megjelenését megváltoztatják: Belső (technikai) különbségek: ● eltérő általános fénysűrűség, ● eltérő felbontás (hely szerint, színmélységben), ● eltérő képjellemzők (gamma, gamut, dinamika stb.) Külső látási körülmények: ● szomszédos színek, ● háttér eltérő megvilágítása, ● környezet eltérő megvilágítása, Képi tartalom: ● pszichofizikai tényezők, ● pszichológiai tényezők: méret, alak (forma), mélység, viszony. ● kognitív értékelés Nt 400 Nt 5 Nt 100 Nt

52 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 52 CIECAM CIECAM tipikus látómező specifikáció Környezet Háttér Színinger Proximális mező 2º2º 10º Bemeneti adatok (relatív értékek) ● Színminta színe (XYZ színinger-összetevői) ● Megvilágítás spektrális eloszlása ● Referencia fehér (fehérpont) színe és rel. fénysűrűsége (cd/m 2 ) ● Háttér színe és rel. fénysűrűsége (cd/m 2 ) ● Környezet színe és rel. fénysűrűsége (cd/m 2 ) ● Képméret (látószögben) ● Nézési geometria ● Adaptáció mértéke Különleges tényezők ● Fénylés (helyzeti fénysűrűség változás) ● Csillogás (Flare) ● Átlátszóság ● Stevens hatás ● Hunt hatás ● Szimultán kontraszt ● Élénkülés (Crispening) ● Színterülés (Spreading) ● Színadaptáció, stb.

53 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 53 Fénymérés, színmérés 1. sz. melléklet CIE 1931-es színmérő észlelő

54 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 54 Graßmann törvények Szimmetria Ha A szín egyezik B színnel, akkor B szín is egyezik A színnel. ha A≡B, akkor B≡A Tranzitivitás Ha A egyezik B-vel, és B egyezik C-vel, akkor A is egyezik C-vel. ha A≡B és B≡C, akkor A ≡ C Arányosság Ha A egyezik B-vel, akkor αA is egyezik αB-vel, ahol α mennyiséget (fényerősséget) növelő-csökkentő tényező. ha A≡B, akkor α A = α B Additivitás ha A≡B, C≡D, és (A+C)≡(B+D), akkor (A+D)≡(B+C) ≡++ ≡++ ≡++ ≡ egyformának látszó, metamer egyezés. + színek additív keverése.

55 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 55 CIE 1931-es színmérő észlelő Célok ● Színmérés, fénymérés, rendszerezés egy méréssel. (Három az egyben.) ● Mérés vizuális összehasonlítással és műszeresen (& számítással). Megoldások ● A színminta mértékszáma: arányszám hármas, a színmintához hasonlónak látszó három alapszíninger (R, G, B) keverék-aránya (Tristimulus Values). ● A három alapszíninger alapmennyiségeinek keveréke fehér színingernek felel meg. ● Így a mértékszám(hármas) a színingereknek a fehér színingertől való távolságát számszerűsíti; ● ezért a mértékszám-hármassal színingerek 2 és 3D-s koordinátarendszerben rendszerezhetők, ábrázolhatók. ● A műszeres színmérést a színinger- megfeleltető függvények alkalmazása teszi lehetővé. CIE 1931 Standard Colorimetric Observer (szabványos színmérő észlelő) a CIE 1931-ben szabványosított színinger-mérő rendszere. Korabeli színmérő készülék. Az első színinger megfeleltető függvények (Maxwell, 1830).

56 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 56 CIE 1931-es színmérő észlelő CIE 1931-es 2º-os r ̅ (λ), g ̅ (λ) és b ̅ (λ) színinger- megfeleltető függvények. A függvények közül kettő negatív értéket is felvesz, amely megnehezítette korabeli kézi és gépi színmérő számításokat. 1. Kiindulópont: rgb színinger- megfeleltető függvények Az r ̅ (λ), g ̅ (λ), b ̅ (λ) színinger-megfeleltető függvények (Color Matching Functions) értékei három választott alap-színinger – vizuális összehasonlítással, a kísérleti mérések ellenőrzött pontosságával megállapított – mennyiségi arányai, melyeknek additív keverékei hasonlónak látszanak, megfelelnek a spektrum egyenlő energiájú, monokromatikus színingereivel. (Az ilyen spektrális eloszlás színelnevezése egyenlő energiájú fehér.) A választott három alap-színinger (Primary Color Stimuli) 700, 664,1 és 435,8 nm-es monokromatikus fényforrások, 1.0 : : fénysűrűség aránnyal. Jelölésük (R), (G), (B). A mérések nm-es hullámsávban, 5 nm-es intervallumokban történtek. Az osztott látómező látószöge 2º-os volt. 700 Hullámhossz (nm) λ b g r Színinger összetevö értékek

57 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 57 CIE 1931-es színmérő észlelő CIE 1931-es 2º-os x ̅ (λ), y ̅ (λ) és z ̅ (λ) színinger- megfeleltető függvények. 2. Transzformáció: xyz színinger- megfeleltető függvények Az r ̅ (λ), g ̅ (λ), b ̅ (λ) függvények mátrix transzformációjának eredménye az x ̅ (λ), y ̅ (λ) és z ̅ (λ) színinger-megfeleltető függvények. A transzformációt, (t.k. a színek felszorzását) Grassmann arányosság törvénye megengedi. A transzformáció célja és eredménye: ● A negatív értékszámok megszüntetése a számítások egyszerűsítése érdekében. ● A szín- és fénymérés összekapcsolása: az y ̅ (λ) függvény alakja megegyezik a V(λ) láthatósági függvénnyel, amely fotometriai mennyiség. ● A színmérés és a színrendszerezés összekapcsolása: a színingerek a koordináta-rendszer egy térnyolcadába csoportosulnak. ● Az (R), (G) és (B) alap-színingereket (X), (Y) és (Z) jelölésű nem valóságos, nem realizálható alap-színingerek helyettesítik. ● A színinger-összetevők jelölése: X, Y, Z. 700 Hullámhossz (nm) λ z y x CIE 1931-es transzformációs együtthatók: X = R G B Y = R G B Z = R G B

58 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 58 X = k ∫ L e,λ x ̅ (λ)dλ Y = k ∫ L e,λ y ̅ (λ) dλ Z = k ∫ L e,λ z ̅ (λ) dλ ahol X, Y, Z a keresett színinger-összetevők; k konstans a fotometriai világosság (relatív fénysűrűség) megállapításához; L e,λ a színminta műszerrel mért sugárzott teljesítmény eloszlása. Ha vizsgált minta tárgyszín, akkor L e,λ helyett S e (λ) ρ(λ) ahol S(λ) a vizsgált színmintát megvilágító fényforrás sugárzott teljesítmény eloszlása, és ρ(λ) a felület spektrális reflexiós tényező függvénye. x ̅ (λ), y ̅ (λ), z ̅ (λ) a színinger-megfeleltető függvények; dλ a mérési hullámhossz-köz, rendszerint 10 vagy 20 nm. CIE 1931-es színmérő észlelő 3. Színmérés: a színinger-összetevők kiszámítása A színmérés, azaz a három színinger- összetevő (Tristimulus Values) kiszámítása a színminta esetén műszerrel mért sugárzott teljesítmény eloszlása és a három színinger- megfeleltető függvény szorzatának összesítésével (integrálásával) történik. A CIE megfogalmazása szerint az 1931-es szabványos színmérő észlelő (CIE 1931 Standard Colometric Observer) az az ideális észlelő, aki a mérendő színinger X, Y és Z színinger-összetevőit az x ̅ (λ), y ̅ (λ) és z ̅ (λ) színinger-megfeleltető függvények szerint határozza meg

59 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 59 CIE 1931-es színmérő észlelő 4. Szabványos megvilágítók (fényforrások) Csak az önsugárzó fényforrásoknak van állandó színe. A nem önsugárzó – fényvisszaverő vagy fényáteresztő – felületszínek, más néven tárgyszínek színméréséhez szabványos fényforrás színek (sugárzott teljesítmény eloszlások) szükségesek. Elnevezésük CIE szabványos megvilágítók (CIE Standard Illuminants). (1) Feketetest teljesítmény eloszlás megvalósítása gáztöltésű wolframszálas izzólámpával: ● A (2856 K) (2) „A” típusú fényforrás + folyadékszűrők: ● B (közvetlen napfény, ~ 4900 K kszh.) ● C (átlagos nappali fény, ~ 6800 K kszh.) (3) Mérésekből átlagolt nappali fény (daylight) teljesítmény eloszlások: ● D65 (~ 6504 K kszh.) ● D50 (~ 5003 K kszh.) 780 λ rel. L

60 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 60 Kiinduló adatok: a színminta spektrális reflexiós tényezője ρ(λ), és a mintát megvilágító fényforrás (pl. D65 fehér) sugárzott teljesítmény- eloszlása S(λ). 1. lépés: ρ(λ) és S(λ) összeszorzása. 2. lépés: ρ(λ)S(λ) és a három színinger-megfeleltető függvény összeszorzása. 3. lépés: a kapott három függvény - görbe alatti területének - integrálása. CIE 1931-es színmérő észlelő Kiinduló adatok: a színminta spektrális reflexiós tényezője ρ(λ), és a mintát megvilágító fényforrás (pl. D65 fehér) sugárzott teljesítmény- eloszlása S(λ). 1. lépés: ρ(λ) és S(λ) összeszorzása. 2. lépés: ρ(λ)S(λ) és a három színinger-megfeleltető függvény összeszorzása. 3. lépés: a kapott három függvény - görbe alatti területének - integrálása. S(λ) ρ(λ) x(λ) λ380 X S(λ) ρ(λ) ŷ(λ) λ380 Y S(λ) ρ(λ) ž(λ) λ380 Z x szining.össz λ380 x(λ) − y szining.össz λ380 y(λ) − z szining.össz λ380 z(λ) − × = = = × × Relatív L λ380 D65 S(λ) Relatív ρ(λ) λ380 Minta ρ(λ) Relatív S(λ) ρ(λ) λ380 ρ(λ)S(λ) = × Egy színminta X, Y, és Z színinger-összetevőinek számítása

61 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 61 CIE XYZ 1931 színtér Spektrum színingerek térbeli görbéje 5. Színingerek rendszerezése, ábrázolásuk térben Az XYZ színinger-összetevők ábrázolása az XYZ és az xyY koordináta-rendszerekben történik. Ez két vetítést jelent: 1. vetítés. Az XYZ színtér (XYZ Color Space) normalizált, a színinger pontok a három egységvektorral kifeszített egységsíkra kerülnek. Egy C színinger koordinátái az XYZ színinger-összetevők és azok összegének hányadosa, jelölésük: x, y, z. x=X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z) í gy x+y+z=1 Z=1 X=1 Y=1 C ZcZc XcXc YcYc

62 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 62 Színességi diagram CIE xyY 1931 színességi diagram 6. xyY színességi diagram 2. vetítés. Mivel z = 1 - x – y, a z koordináta redundáns adat, ezért elmarad. Az XYZ egységsík a koordináta-rendszer X,Y síkjára vetül, és a színingereket x,y koordináta-pár határozza meg. Az ábrázolási mód elnevezése CIE 1931 xyY színességi diagram (Chromaticity Diagram). A színinger koordináták elnevezése itt színességi koordináták (Chromaticity Coordinates). Az xyY színességi diagram is 3D-s koordináta-rendszer. A nagybetűs Y tengellyel jelölt mélységben a színingerek fotometriai világosságát a Y színinger- összetevő határozza meg. Lásd a következő képet. R=1G=1B=1 Hullámhossz (λ)700564,1435,8 Fénysűrűség (L)14,590,06 x,y koordináták0.73, , ,0.01 Y=100 x=1 Y=1 X=1 Z=1 YcYc XcXc C ZcZc

63 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 63 CIE xyY 1931 színességi diagram Az xy síkon színingereknek nincs világossága, feketék. (A sík elnevezése Alychne, lat. fény nélküli.) 7. Világosság: Y színinger-összetevő Az y ̅ (λ) színinger-megfeleltető függvény alakja megegyezik a CIE 1924 V(λ) láthatósági függvénnyel, amely egyúttal a fényhasznosítás max. értéke, a fotometria alapegysége, 683 lm/W. k konstans (fénysűrűségi index) rendeltetése X,Y és Z mennyiségeket egységesíteni. Ha színminta önsugárzó, akkor Y mennyisége a fényhasznosítás hányadosa, k=683 lm/W. Ha színminta felületszín, akkor k konstans értékét úgy kell megválasztani, hogy a megvilágítást adó fehér fény Y színinger- összetevő mennyisége 100 legyen. Ekkor a fénysűrűségi index x=1 y=1 Y=100 y = V(λ) ∫ S fehér (λ) y(λ) dλ k = 100

64 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 64 Fénymérés, színmérés 2. sz. melléklet CIE szótár

65 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 65 CIE szótár (fotometria) Sugárzott teljesítmény (Radiant Flux, Radiant Power) az az energia mennyiség, amelyet fényforrás vagy felület optikai sugárzás formájában egységnyi idő alatt kibocsát, átenged, felfog vagy visszaver. Jelölése Φ e Spektrális eloszlás (spektrális teljesítmény eloszlás) a sugárzott teljesítmény hullámhossz szerinti eloszlása a 380–780 nm-es sávban. Láthatósági függvények (Spectral Luminous Efficiency Function) más néven spektrális fényhatékonysági függvények, a nappali és éjszakai látás érzékenységét, fényhasznosító képességét ábrázolják hullámhosszonként. Jelölésük: 1924 V(λ), 1924 V’(λ) Fényáram (Luminous Flux) a sugárzott teljesítménynek a V(λ) vagy V’(λ) láthatósági függvények szerint súlyozott hányada. Jelölése Φ v Maximális spektrális fényhatásfok (Spectral Luminous Efficacy) Teljes feketetest sugárzó (Full Blackbody Radiator) olyan fényforrás etalon, amelynek spektrális eloszlása csak az anyagának hőmérsékletétől függ, az anyagától, alakjától és méretétől (sugárzó területétől) nem. Fizikai formájában zárt üreg a mérést szolgáló kis nyílással. Színhőmérséklet a feketetest sugárzó színe (spektrális eloszlása) különböző hőmérsékleten. Korrelált színhőmérséklet a közel-fehér fényforrások egytényezős jellemzője. Olyan szín, amely hasonlít (korrelál) a fekete test sugárzó egy adott hőmérsékleten keletkező színéhez.

66 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 66 CIE szótár (tristimulusos színmérés) Színinger (Color Stimuli) fizikai jelenség, amely kiváltja az agyban színérzetet. Metamer színek olyan színinger-párok, lehet több is, amelyek azonos színérzetet keltenek, spektrális eloszlásuk azonban különböző. Color Match, Color Matching (színegyezés, színmegfeleltetés) egy színminta és az alapszíningerek additív keveréke között létrehozott színazonosság, metamer egyezés. Spektrális színek közel egy hullámhosszú (monokromatikus) színingerek a nm-es hullámsávban. Alap-színingerek (Primary Color Stimuli) a színméréshez választott három spektrális vagy képzetes színinger, amelyeknek additív keverékeivel a színingerek többsége létrehozható. Jelölésük: (R), (G), (B) vagy (X), (Y), (Z). Egyenlő energiájú fehér az alap-színingerek választott alapmennyiségei, az 1(R) + 4,5907(G) + 0,601(B) fénysűrűség arányok. Az additív keverékük fehér színingernek felel meg. Színinger-megfeleltető függvények (Color Matching Functions) a színmérés segédfüggvényei, a három alapszíninger kísérleti úton megállapított mennyiségi arányai, melyeknek additív keverékei azonosnak látszanak (megfelelnek) a spektrum monokromatikus színingereivel. A színmérés ma is szabványos színinger- megfeleltető függvényei a kísérleti függvények 1931-ben átalakított változatai, jelölésük x ̅ (λ), y ̅ (λ), z ̅ (λ). Színinger-összetevők (Tristimulus Values) a színmérés eredményeként kapott mértékszám-hármas, a három alapszíninger azon mennyiségi aránya, amelyeknek additív keveréke megfelel a színmintának. Jelölésük: X, Y, Z.

67 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 67 CIE szótár (színrendszerezés) Szabványos megvilágítók (Standard Illuminants) a fényvisszaverő vagy fényáteresztő felület-színek színméréséhez szabványosított fényforrás színek, t.k. sugárzás eloszlások. Színtér (színingertér, színkoordináta-rendszer) a választott alapszíningerek vagy más látási paraméterek pl. világosság, telítettség alapján vektorizált 2D vagy 3D-s koordináta- rendszer. Színességi diagram (Chromaticity Diagram) CIE 1931 XYZ színtér 2D-s vetülete. Fotometriai világosság dimenzióval kiegészülve (Y tengely) szintén 3D-s koordináta-rendszer. Színinger koordináták színinger-összetevőkből képzett koordináták a CIE 1931 XYZ színtérben és leszármazott változataiban. Jelölésük: X, Y, Z; L, a, b stb. Színességi koordináták (Chromaticity Coordinates) a színinger- koordináták megkülönböztető elnevezése a CIE 1931 xyY színességi diagram és leszármazott változatainál. Jelölésük: x, y, Y; u, v, Y stb. Színtest a színtérben, színdiagramban a színingerek burokba foglalható homogén halmaza. Valamennyi szín, és azon belül a képalkotó eszközök színrögzítő illetve színvisszaadó képességének terjedelme (gamut). 2º és 10º-os látószög a színméréshez használt optikai műszerben az összehasonlító osztott látómező kiterjedése. A 2º-os mérés kiküszöböli a pálcák közreműködését (színtorzító hatás), mert a látószög befogott területe nem nagyobb mint a fovea, ahol nincsenek pálcák, viszont a rövid hullámhosszokra (kék színingerekre) érzékeny receptorok száma is kevesebb.

68 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 68 CIE szótár (színkeverés) Összeadó, additív színkeverés 0.016º látószög alatt egymás melletti, egymásra vetített, vagy 50 Hz felett egymásután vetített önálló színingerek (spektrális eloszlások) a receptorok korlátozott helyzeti és időbeli felbontó képessége következtében a színérzetben összeadódnak. Additív színkeveréssel működnek pl. az LCD és plazma képernyők. Kivonó, szubsztraktív színkeverés a megvilágítás (spektrális eloszlás) és a felület spektrális reflexiós tényezőjének a szorzata. A felület színét az a spektrális összetétel határozza meg, amely a jellemzően a fehér színű megvilágításból elnyelt illetve átengedett, azaz kivont hullámhosszakból megmarad. Kivonó színkeveréssel működnek a festékek, tinták, színszűrök. Színmodell a színérzet létrejöttét modellezi, a színérzetet meghatározó optikai, élettani és pszichológiai tényezőket egyenletekkel számszerűsíti. Színmodell pl. az összeadó vagy kivonó színkeverés. Minthogy minden színrendszerezés a teljességre törekszik, az újabb színterek elnevezése is színmodell: pl. CIELAB, CIELUV, CIECAM. Színrendszer elnevezés a színkoordináta-rendszeren kívül a színek rendszerezésének valamennyi elemét felöleli. Pl. színmérő, színválasztó vagy eszközvezérlő rendeltetés, alkalmazott színkeverési mód, színmodell stb.

69 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 69 CIE szótár (pszichofizikai jellemzők) Szín (Color) színességgel vagy szín nélküliséggel jellemezhető vizuális érzet, amelynek tartalma leírható színelnevezésekkel. Kapcsolódó és nem kapcsolódó színek (related, non related colors): a kapcsolódó színek csak más színekkel együtt, a nem kapcsolódó színek más színektől elszigetelve láthatók. Egyes színek csak az egyik vagy a másik csoportba tartoznak. Pl. a barna vagy a szürke mindig kapcsolódó színek, elszigetelve a barna narancssárga, a szürke fehér. A fényforrások színe tekinthető elszigetelt nem kapcsolódó színeknek. Referenciaszínek, alapszínek: vörös, zöld, kék, sárga. További színek: narancs, barna, lila stb. Akromatikus színek: fehér, fekete, szürke. Szín három szubjektív alapjellemzője: (1) színezet, (2) világosság, (3) színdússág, telítettség. Ezekhez kapcsolódó elnevezések: sötét, világos, halvány, tompa, élénk, pasztell stb.

70 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 70 CIE szótár (pszichofizikai jellemzők) 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 négy szín két ellentétes színpárt alkot, együtt nem észlelhetők: nincs kékes-sárga, és nincs vöröses zöld. Az ellentét nyelvileg is megalapozott, a négy szín más színelnevezésekkel vagy azok kombinációival nem írhatók le. Árnyalatai zárt skálán rendezhetők sorba, pl. kör alakú skálán 0-360º szöggel, vagy lineáris skálán vörös (0), sárga (100), zöld (200), kék (300) és ismét vörös (400) mértékszámokkal tagolva. Akromatikus szín az a szín, amelynek nincs színezete. Kromatikus szín az a szín, amelynek van színezete. Hering féle színmodell

71 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 71 CIE szótár (pszichofizikai jellemzők) 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. A világosság abszolút rangsorolás eredménye. Árnyalatai nyílt skálán rendezhetők sorba, melynek kezdőpontja a fekete. Relatív világosság (Lightness, L) egy felület világossága egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek vagy erősen fényáteresztőnek látszó felület (referencia fehér) világosságához képest. L = Q / Q fehér A relatív világosság lokális látási szituációban keletkező érzetek közvetlen összevetésének eredménye. Árnyalatai zárt skálán rendezhetők sorba, melynek kezdőpontja a referencia fekete (0), végpontja a referencia fehér (1 vagy 100). Relatív világossága csak kapcsolódó színnek lehet. Elszigetelt fényforrás színe nem lehet szürke. 1 ref. fehér Világosság Fekete – Relatív világosság Relatív fekete –

72 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 72 CIE szótár (pszichofizikai jellemzők) Színdússág (Colorfulness, M) a vizuális érzetnek az a jellemzője, amely szerint egy felület több vagy kevesebb színtartalmat mutat. A színdússág függ a megvilágítottságtól is: az erősebben megvilágított felület erőteljesebb színűnek látszik, mint a gyengébben megvilágított. A színdússág abszolút rangsorolás eredménye. Árnyalatai nyílt skálán rendezhetők sorba, amelynek kezdőpontja a szín nélküli szín (0), azaz a fehér vagy szürke. Színdússág 0 szín nélküli szín – Króma 0 relatív fehér – Króma (Chroma, C) relatív színdússág, azaz egy felület színdússága egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek látszó felülethez képest. C = M / Q fehér A króma lokális látási szituációban keletkező érzetek közvetlen összevetésének eredménye. Árnyalatai zárt skálán rendezhetők sorba, amelynek kezdőpontja a szín nélküli szín (0), azaz fehér vagy szürke.

73 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 73 CIE szótár (pszichofizikai jellemzők) Telítettség (Saturation, S) egy felület saját világosságához (Q vagy L) viszonyított színdússága (M). Ha egy világos felülethez színt keverünk, növekszik a telítettsége, és csökken a világossága. A telítettség független a megvilágítottságtól. Egy felület telítettsége ugyanaz fényben és árnyékban. S = Q / M vagy S = L / C. Árnyalatai nyílt skálán rendezhetők sorba, melynek kezdőpontja szín nélküli szín. Telítettség Telítetlen Telített Sötétebbnek látszikVilágosabbnak látszik

74 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 74 © Batta Imre,


Letölteni ppt "BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta."

Hasonló előadás


Google Hirdetések