Színekről világítástechnikusoknak

Az előadások a következő témára: "Színekről világítástechnikusoknak"— Előadás másolata:

1 Színekről világítástechnikusoknak
Schanda János Virtuális Környezet és Fénytani Laboratórium Pannon Egyetem

2 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Mi a szín? észlelet, mely az agyban keletkezik; színinger, mely a környezetből érkező, a szemünkbe bejutó elektromágneses sugárzás látható része; érzéklet, az érzékelő sejtekben kiváltott ingerület. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

3 Színes fények keveréke
Additív színkeverés Az észlelet a látórendszerünk-ben keletkezik Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

4 Színkeverés a monitorban
vörös, zöld, kék fénypor sugárzásánakkeveréke adja a színes fényingert a monitoron. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

5 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
A szín észlelet Az agyban keletkezik. A színingerek időbeni és térbeni kölcsönhatása az inger hatását, az észleletet módosítja. Példák: háttér hatása színkontraszt asszimiláció színkülönbség észlelése Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

6 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Háttér hatása Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

7 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színkontraszt Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

8 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Asszimiláció Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

9 A színkülönbség észlelete
A háttér hatása az észlelt színkülönbségre Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

10 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színes utókép Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

11 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színes utókép Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

12 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Tematika Az emberi színlátás mechanizmusa A színinger objektív meghatározása fényforrások színi jellemzése Magasabbrendű színtan színi adaptáció, áthangolódás; Színvisszaadás; szín megjelenés. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

13 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
A szem szerkezete Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

14 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
A retina szerkezete Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

15 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Csapok és pálcikák Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

16 Csapok eloszlása a foveában
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

17 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Normál színlátó Caroll J, Gray DC, Roorda A, Williams DR: Recent advances in retinal imaging with adaptive optics, Opt. & Photonics News, Jan. 2005, 161, Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

18 Csapok és pálcikák eloszlása a retinában
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

19 A három csap típus színképi érzékenysége
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

20 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Ép színlátás Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

21 Antagonisztikus színcsatornák és a világossági csatorna
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

22 Színlátási rendellenességek
Dichromát protanope deuteranope tritanope Anomális trichromázia protanomalia deuteranomalia tritanomalia Monochromat csap monochromat pálcika monochromat Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

23 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
 1,00 %  0,02 % Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

24 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
 1,10 %  0,01 % Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

25 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
 0,002 %  ? % Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

26 A színtévesztés alaptípusai
Protanópia Tritanópia Deuteranópia Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

27 Az ingerület útja a szemtől az agyig
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

28 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Neurális út - 1 Akromatikus csatorna: L + M csap jel spektrális érzékenység: VM(l) flicker fotometria kis lépések világosság összehasonlítás jó térbeli felbontás Gyors észlelés Neuronok a magnocellularis réteghez Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

29 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Neurális út - 2 Színi csatornák Parvocellularis neurális ingerületvezetés az ikertestekhez (Lateral Geniculate Nucleus, LGN) (L+M) < - > S; L < - > M csatorna jel processzálás lasúbb téri felbontás nem nagyon jó Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

30 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Mezopos fotometria Fénysűrűség tartomány 10-3 cd/m2 < 3 cd/m2 Csap – pálcika kölcsönhatás Látóélességet a mezopos tartományban is a foveális látás szabja meg Világosság értékelés: equivalens fénysűrűség Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

31 Szabványos színképi érzékenységi görbék
1.2 V(l) VM(l) 1 V´(l) y(l)10 0.8 0.6 rel. sensitivity 0.4 0.2 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 wavelength, nm Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

32 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színinger metrika Színinger-megfeleltetés A CIE (Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság) színinger-mérő rendszerei R,G,B alapszíningerek XYZ színminger metrika 2°-os észlelő 10°-os észlelő x,y-színinger diagram egyenletes közű színinger-terek Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

33 Az additív színegyeztetés alapkísérlete
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

34 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
CIE színingermetrika, 1 A színinger-egyenlet feltételei: 2° osztott látómező, központi fixálás, sötét környezet. Alapszíningerek (megfeleltető, refrencia, primér ingerek, -stimulusok): vörös (R): 700 nm, cd/m2 zöld (G): 546,1 nm, 4,5907 cd/m2 kék (B): 435,8 nm, 0,0601 cd/m2 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

35 Színingermegfeleltető függvények
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

36 A színinger-megfeleltetés additív
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

37 Additivitás: összetett színkép
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

38 Additivitás: összetett színkép
Leírás integrálok formájában Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

39 X,Y,Z színinger tér: CIE 1931 szabványos színinger-észlelő
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

40 RGB - XYZ matrix transformáció
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

41 A CIE 1931 színinger-megfeleltető függvények
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

42 A színinger-összetevők értéke
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

43 Felület/test színingerek mérése
Sugársűrűségi tényező b(l)= Lrefl (l)/Lbe (l) Színinger-összetevő: Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

44 Színességi koordináták
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

45 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Szín (inger-) diagram vagy színességi Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

46 CIE 1931 és 1964 szabványos színingermérő észlelők
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

47 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
MacAdam ellipszisek The CIE x,y diagram színinger-megkülön-böztetési ellipszisek-kel Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

48 Szabványos sugárzáseloszlások
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

49 Felület (test) színingerek mérése
A visszaverés etalonja: Tökéletesen visszaverő diffúzor A szórt visszaverési tényező másodlagos etalonjai Préselt BaSO4 por-tabletta “ halon" fehér etalon Szabványos mérési geometriák 45°/merőleges irányított visszaverési tényező (reflectance factor) diffúz/merőleges visszaverési tényező, tükrös komponenst belemérve/kiküszöbölve merőleges/diffúz, visszaverési tényező, tükrös komponenst belemérve/kiküszöbölve Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

50 CIE 1976 (L*a*b*) szín(inger)tér, CIELAB színtér
L* 116(Y/Yn)1/3 - 16 a* 500 ( X/Xn)1/3 - (Y/Yn)1/3  b* 200 (Y/Yn)1/3 - (Z/Zn)1/3 ha X/Xn > 0,008856 Y/Yn > 0,008856 Z/Zn > 0,008856 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

51 CIE 1976 a,b színinger-különbség és összetevői
Eab   (L*)2 + (a*)2 + (b*)21/2 CIE1976 a,b króma: Cab*  (a*2 + b*2)1/2 CIE 1976 a,b színezeti szög: ha  arctan (b*/a*) CIE 1976 a,b színezeti különbség: Hab*  (Eab*)2 - (L*)2 - (Cab*)21/2 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

52 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Munsell rendszer képe Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

53 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Az NCS színtér Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

54 A Coloroid színtér alakja
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

55 Különböző hőmérséklet fogalmak
Valódi hőmérséklet Sugárzási hőmérséklet Eloszlási hőmérséklet színhőmérséklet Korrelált színhőmérséklet Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

56 Fényforrások színi jellemzése
Fény(forrás) színinger-mérése színességi koordináták (domináns hullámhossz – gerjesztési tisztaság) színhőmérséklet korrelált színhőmérséklet Fényforrás színképe színvisszaadás Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

57 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Szín (inger-) diagram vagy színességi Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

58 Korrelált színhőmérséklet
Azonos korrelált színhőmérsékletű vonalak (az u,v-diagramban merőlegesek a Planck görbére) Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

59 Fényforrások színi jellemzése
Fény(forrás) színinger-mérése színhőmérséklet korrelált színhőmérséklet Színvisszaadás Az észlelt felület-szín függ a megvilágító színképi teljesítményeloszlásától színi áthangolódás: von Kries törvény, Bradford transzformáció, leírás az észleletet követő színrendszerben Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

60 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színi áthangolódás - 1 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

61 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

62 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

63 Két sugárzó színképe, melyek színingerpontja azonos
Spetrális teljesítményeloszlás 180 160 140 120 rel. teljesítmény 100 80 60 40 20 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium hullámhossz, nm

64 A két sugárzó színpontja és a velük megvilágított minta színpontjai
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

65 Színvisszaadási index
Minták színmegjelenése összehasonlítva ideális fényforrással történő megvilágítás alatt látható színmegjelenéssel Ideális fényforrás, a vizsgálandóval azonos korrelált színhőpmérsékletű: 5000 K alatt: Planck sugárzó 5000 K felett nappali (Daylight, természetes) sugárzáseloszlás Minták: Munsell színminta von Kries színi áthangolódás Színinger-különbség U*,V*,W* térben Ri =100-DEi, Ra = S(Ri )/8, i= Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

66 A színvisszaadás számítás folyamatábrája
Ref. illuminant Test source Equal CCT test source U*V*W* transf. Test smpls. illum. test smpl. CIE XYZ ref. illum. Colour CRI diff. CRA Chrom. adapt. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

67 A színvisszaadás aktuális kérdései
Színhűség: legkisebb eltérés az egyes színeknél a referencia fényforrás alatt látott színtől Preferált színvisszaadás: A látvány legyen kellemes, „természetes”, „élénk” Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

68 Főbb színvisszaadási modelek
CIE 13.3: jelenlegi szabvány nCRI: színhűséget leíró model CQS (Color Quality Scale): színminőséget leíró skála, preferenciát is figyelembe vesz: nagyobb telítettség kedvező, túlzottan sárgás vagy kékes fehér színt bünteti Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

69 Kísérleti módszerek Doboz kísérlet: színhűség Kísérleti szoba:
színpreferencia

70 nCRI 2 x 90 minta: Nagy és kis színállandósággal + 4x20 bőr szín
CIECAM02 színmegjelenési model Négyzetes átlagolás Nem-lineáris DE-Ri transzformáció

71 Színpreferencia vizsgálatok
fényforrás Megvilágí-tás, lux L-00 Incandescent 721 L-01 RGB-LED 716 L-02 CFL 684 L-03 Ph-LED 682 L-04 P/L LED-bulb 690 Abszolút preferencia természetes tárgyak esetén Relatív preferencia lépek esetén Kérdések: élénkség természetesség preferencia

72 Preferencia: természetes tárgyak
Naív és szakértő észlelők

73 Preferencia kísérleteke
Kérdések: természetes élénk preferált

74 Tárgyaktól való függés:
portré virágok gombolyagok

75 Világosság - fénysűrűség viszony
A fénysűrűség nem a világosság korrelátuma Fénysűrűség csak az akromatikus világosságot írja le Ware-Covan korrekció: C= y xy x3y xy4 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

76 Azonos fénysűrűség által keltett világosság észlelet
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

77 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
CIECAM02 modell Bemenő mennyiségek: Jel színinger összetevői Megvilágító színinger összetevői Fehér pont Y színinger összetevője Háttér fénysűrűsége Környezet jellemzői: világos, félhomályos, sötét Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

78 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
CIECAM02 modell Kimenő mennyiségek: Színezeti szög / quadráns Relatív világosság (korrelátum) Világosság (korrelátum) Telítettség (korrelátum) Chroma Színgazdagság Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

79 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Összefoglalás Fényforrás jellemzők: Színinger-koordináták Színhőmérséklet Korrelált színhőmérséklet Színvisszaadási index Tervezni kell Fénysűrűségre Világosságra Színvisszaadásra Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

80 Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Jövőkép Fotometria, mely figyelembe veszi a Feladatot Látótérben lévő többi tárgyat Optimalizál a hasznos és káros hatások között (láthatóság, észlelhetőség, káprázás stb.) Képfeldolgozó fotométerek és színmegjelenést leíró berendezések Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium