Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

но длинная выдержка, то для компенсации встречных недостатков фотопленки может

понадобиться дополнительная цветокоррекция.

10.6 НАТРИЕВЫЕ, РТУТНЫЕ И МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫЕ

ЛАМПЫ

Хорошо известно, что газоразрядные лампы, использующие пары натрия или рту!

ти низкого давления, обладают очень плохой цветопередачей и применяются поэтому

только для уличного освещения: натриевые лампы испускают свет лишь по двум поло!

сам в районе 589 нм, а ртутные, условно говоря, не испускают длинноволнового

(«красного») света. По мере повышения давления паров натрия или ртути, спектраль!

ные линии расширяются на весь видимый спектр, поэтому натриевые лампы высокого

давления имеют коррелированную цветовую температуру порядка 2000 К (но все рав!

но используются в основном только для уличного освещения).

При добавке к парам ртути металлогалогенов в спектре лампы появляются допол!

нительные линии, и цветопередачу можно улучшить без принудительного расшире!

ния спектральных полос и без снижения светоотдачи, как, скажем, в случае люминес!

центных ламп (Beeson и Robinson, 1969; Aldworth, 1971). Следовательно, металлога!

логенные газоразрядные лампы пригодны для т.н. заливающего освещения (к примеру,

стадионов), поскольку они компактны и легко устанавливаются в рефлекторах, на!

правляющих свет в нужное место (к тому же, металлогалогенная добавка повышает

светоотдачу этих и без того эффективных источников).

Металлогалогенные лампы с коррелированной цветовой температурой от 3000 до

6000 К, светоотдача которых может достигать 100 лм/Вт, также находят специфиче!

ское применение, однако спектральное распределение энергии таких ламп (к приме!

ру, показанное на рис. 10.11) весьма отлично от спектрального распределения света

планковского излучателя. Такие лампы иногда используются в цветном телевидении

(спортивные передачи), а также в качестве заполняющего дневного света при теле!

и киносъемках (Aldworth и Beeson, 1971; Davies, Jackson и Rogers, 1972; Aldworth,

1975).

Наконец, отметим, что свет металлогалогенных ламп может менять цветность как

по мере их нагрева, так и по мере их старения (Kaufman и Sauter, 1974); плюс к тому

отметим, что при изготовлении металлогалогенных ламп для предотвращения их мер!

цания должны приниматься специальные меры (Samuelson, 1977).

10.7 КСЕНОНОВЫЕ ДУГОВЫЕ ЛАМПЫ

Еще одним источником света, дающим смесь излучения непрерывного спектра

с монохроматическим излучением, являются ксеноновые дуговые лампы (Beeson,

Bocock, Castellain и Tuck, 1958; Uffers, 1958), типичное спектральное распределение

которых показано на рис. 10.12. Точная кривая спектрального распределения энергии

этих источников частично зависит от давления ксенона в колбе, но, как правило, оно

весьма близко к спектральному распределению энергии дневного света при коррели!

рованной цветовой температуре 6000 К. Однако излучение на красном и синем концах

спектра ксеноновых источников несколько выше, в результате чего свет этих ламп

(в сравнении с дневным) имеет легкий пурпурный оттенок.

Ксеноновые лампы пригодны как для непрерывного горения, так и для очень ко!

ротких энергетических импульсов, дающих световую вспышку порядка 1/1000 с, что

191

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

192

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Äëèíà âîëíû (íì)

400 500 600 700

100

150

250

Îòíîñèòåëüíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ýíåðãèÿ

200

HMI-ëàìïà

Рис. 10.11 Относительное спектральное распределение HMI!лампы (Hidrargirum!Medium arc!

Iodides), в которой к ртутным парам высокого давления добавлены йодиды. Используется в ка!

честве источника заполняющего дневного света при теле! и киносъемках. Спектральная энер!

гия представлена в виде гистограммы с шагом 10 нм.

Äëèíà âîëíû (íì)

400 500 600 700

100

150

200

Îòíîñèòåëüíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ýíåðãèÿ

Êñåíîíîâàÿ ëàìïà

Рис. 10.12 Относительное спектральное распределение ксеноновой лампы. Спектральная энер!

гия представлена в виде гистограммы с шагом 10 нм.

находит применение в фотографии. Лампы непрерывного горения могут использо



ваться в кинопроекторах, студийном освещении, заливающем освещении, а также

при форсированных тестах на выцветание красок, но в основном этот вид источников

востребован в ситуациях, когда необходим свет с цветностью близкой к цветности

дневного света.

10.8 УГОЛЬНЫЕ ДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ

Угольные дуговые источники обычно не имеют какойлибо стеклянной колбы,

т.е. работают прямо на воздухе. Они используются в основном в профессиональных

кинопроекторах. Свет угольных источников частично исходит из сильно нагретых ка

верн угольных стержней, между которыми образуется плазменная дуга, частично —

от самой дуги. Световую эффективность и цветность излучения угольных ламп улуч

шают за счет цериевых добавок к угольным стержням (Dull и Kemp, 1956). Типичное

спектральное распределение света угольной лампы показано на рис. 10.13 (а).

Наконец, отметим, что порой возникает необходимость в дополнительном оснаще

нии студий угольными дуговыми источниками, и в этом случае необходимо, чтобы эти

источники испускали свет с коррелированной цветовой температурой порядка 3200 К

(для чего к стержням подбираются соответствующие добавки). Типичное спектраль

ное распределение света таких источников показано на рис. 10.13 (b) (Holloway,

Plasket, Dull и Handley, 1955; Dull и Kemp, 1956).

10.9 ФОТОВСПЫШКИ

Фотографические лампывспышки (фотовспышки), как правило, представляют

собой заполненную кислородом стеклянную колбу, в которую заключена воспламе

няющаяся металлическая нить, чаще алюминиевая. Когда используется алюминие

вая нить, свет фотовспышки обычно подобен свету планковского излучателя при

3800 К, когда циркониевая — при 4000 К. Лампывспышки ориентированы на работу

с фотопленками, сбалансированными по дневному свету, поэтому колбу вспышек

обычно покрывают специальным подсиненным лаком, повышающим эффективную

цветовую температуру примерно до 5500 К (Keeling, 1969).

Свет современных электронных фотовспышек определяется количеством ксенона

в их колбах (см. раздел 10.7).

10.10 ЭФФЕКТ КРАСНЫХ ГЛАЗ

У персонажей цветных снимков, сделанных при свете вспышки, мы часто видим

красные зрачки (вместо ожидаемых черных). Данный эффект возникает изза того,

что свет отражается от тканей, лежащих позади сетчатки: коль скоро эти ткани крас

ные (за счет кровеносных сосудов) — отраженный свет тоже красный. В повседневной

жизни эффект красных глаз не возникает, поскольку количество света, отражающего

ся от внутренних поверхностей глаза, в сравнении с общим уровнем освещения —

крайне мало. Однако при съемке со вспышкой, в момент экспозиции, уровень направ

ленного освещения намного выше освещения окружающего, и оптическая система

глаза направляет отраженный свет узким пучком назад, к вспышке. Если камера на

ходится в непосредственной близости от этого пучка, то она захватывает его, и зрачки

на снимке фиксируются как красные. Полностью устранить данный эффект можно,

193

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

194

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Рис. 10.13 Кривые относительного спектрального распределения энергии угольных дуговых

источников света: (а) — спектр угольного дугового источника белого горения, аппроксимирую

щий усредненный спектр дневного света; (b) — спектр угольного дугового источника желтого

горения с коррелированной цветовой температурой около 3200 К.

если расположить вспышку в нескольких десятках сантиметров от объектива камеры;

кроме того, эффект красных глаз становится все менее и менее выраженным по мере

роста уровня окружающего освещения, поскольку уменьшение диаметра зрачков по

нижает внутриглазную освещенность, а следовательно, и долю отраженного света.

Именно поэтому некоторые камеры дают серию коротких предварительных вспышек,

уменьшающих диаметр зрачков до того, как сработают затвор фотоаппарата и основ

ная вспышка.

10.11 КОРРЕЛИРОВАННАЯ ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Когда относительное спектральное распределение энергии источника света точно

соответствует спектральному распределению энергии планковского излучателя, тем

пература этого источника именуется температурой распределения. Однако свет боль

шинства источников не воспроизводит относительного спектрального распределения

энергии планковского излучателя, но при этом часто имеет ту же цветность. В этом

случае мы говорим о цветовой температуре источника света. В отношении прочих ис

точников «белого» света говорят об их коррелированной цветовой температуре.

Коррелированная цветовая температура источника света — это температура

(в градусах Кельвина) планковского излучателя, свет которого по зрительному

ощущению максимально соответствует свету интересующего источника.

Отметим, что коррелированная цветовая температура является весьма полезным

индикатором относительной синевы или желтизны источников света.

В таблице 10.4 даны коррелированные цветовые температуры наиболее широко

распространенных источников. Там же даны соответствующие значения майред. Сто

ит сказать, что шкала майред всетаки находит свое применение, поскольку порой

случается так, что равные интервалы майредзначений соответствуют равным отличи

ям по цветности (Knight, 1972).

Рис. 10.14 на

¢¢

диаграмме демонстрирует линию цветностей планковского излу

чателя при различных его температурах (т.н. локус цветностей планковского абсо

лютно черного тела).

Для источников, цветность света которых лежит вне планковского локуса, корре

лированные цветовые температуры вычислены как цветовые температуры планков

ского излучателя, при которых цветность света по

диаграмме лежит ближе всего к

цветности интересующего источника (исторически сложилось так, что при оценке

цветностей источников света вместо

¢¢

диаграммы используется

диаграмма, опи

санная в разделе 8.6).

Коль скоро равные отрезки на

диаграмме представляют примерно равные отли

чия цветностей, результаты вычислений по данной методике весьма близки к тем, ко

торые можно получить при непосредственном визуальном сравнении.

На рис. 10.15 даны цветности наиболее важных источников, а также, в виде увели

ченной шкалы, фрагмент локуса цветностей планковского излучателя в диапазоне

цветовых температур, имеющих наибольшее прикладное значение.

195

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

10.12 ЦВЕТОВОСПРОИЗВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА

ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

10.12.1 Общий индекс цветопередачи

Источники с разным спектральным распределением энергии обладают разными

цветовоспроизводящими свойствами (поэтому качество освещения по данному крите

рию, даваемое натриевыми лампами, испускающими исключительно монохроматиче

ский свет, очень плохое). С появлением люминесцентных ламп, у которых относитель

ное спектральное распределение энергии варьирует в весьма широком диапазоне, воз



196

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

ТАБЛИЦА 10.4 Коррелированные цветовые температуры наиболее широко распространенных

источников света

Источник света Кельвины Майред

Типичное северное небо 7500 133

Типичный средний дневной свет 6500 154

Люминесцентные лампы искусственного дневного света

6500 154

Ксеноновые лампы (электронные фотовспышки или лампы

непрерывного горения)

6000 167

Типичная смесь солнечного света со светом неба 5500 182

Синие лампывспышки 5500 182

Угольные дуговые источники кинопроекторов 5000 200

Свет Солнца при угловой высоте 20° 4700 213

Люминесцентные лампы холодного белого света

4300 233

Свет Солнца при угловой высоте 10° 4000 250

Белые лампывспышки 3800 263

Белые люминесцентные лампы

3500 286

Фотографические лампы накаливания 3400 294

Галогенные лампы накаливания 3300 303

Софиты 3200 312

Студийные лампы накаливания 3200 312

Люминесцентные лампы теплого дневного света 3000 333

Лампы накаливания заливающего света 3000 333

Бытовые лампы накаливания (от 100 до 200 Вт) 2900 345

Бытовые лампы накаливания (от 40 до 60 Вт) 2800 357

Солнечный свет на закате 2000 500

Пламя свечи 1900 526

Иногда именуются «лампами северного света» или «цветопробными лампами».

Иногда именуются «лампами дневного света».

Иногда именуются «лампами естественного света».

никла необходимость в разработке способов количественной оценки того, насколько

удовлетворительной (или неудовлетворительной) является результат цветовоспроиз

ведения изображением, освещенным интересующим нас источником.

В 1965 г. CIE позиционировала т.н. общий индекс цветопередачи (R

)—GCRI

(General Color Rendering Index):

R dddddddd

= - +++++++100

12345678

()

где d

— это расстояние между точками на

диаграмме, представляющими позиции

цветовых стимулов, полученных от поверхности, имеющей тот же спектральный ко

эффициент отражения, что и у манселловского образца 7.5R 6/4

; d

...d

— аналогич

ные расстояния между точками, представляющими позиции цветовых стимулов, по

лученных от поверхностей с теми же спектральными коэффициентами отражения,

чтоиуманселловских образцов 5Y6/4, 5GY6/8, 2.5G6/6, 10BG6/4, 5PB6/8, 2.5P6/8 и

10P6/8 (CIE, 1965).

Вычисление общего индекса цветопередачи начинается с того, что рассчитываются

координаты цветности образца при интересующем источнике, затем координаты того

197

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

700

650

600

550

500

450

400

1000 Ê

2000 Ê

3000 Ê

4000 Ê

5000 Ê

10000 Ê

100

250

Рис. 10.14 Цветности планковского излучателя. Позиции D

—D

250

представляют цветности

стандартных CIE Dосветителей с коррелированными цветовыми температурами от 4000 К до

25000 К.

Напомним: манселловский цветовой тон — 7.5R; манселловская светлота — 6; манселлов



ская насыщенность — 4.

же образца при CIE Dосветителе с цветностью, ближайшей к цветности интересующе

го источника (за исключением источников с коррелированной цветовой температурой

ниже 5000 К, в отношении которых вместо Dосветителя используется планковский

излучатель). Полученное значение умножается на 800. Коэффициент 800 введен для

того, чтобы согласовать полученные значения со значениями на шкалах U

прост

ранства, в котором цветности всех стимулов умножены на 13W

, и коль скоро мансел

ловская светлота 6 соответствует W

значению 61, то 13W

примерно равно 800

(

диаграмма описана в разделе 8.6, а U

пространство — в разделе 8.8).

В 1973 г. методика расчета общего индекса цветопередачи была пересмотрена. Те

перь по каждому из восьми манселловских образцов описанным выше стандартным

путем рассчитывается т.н. специальный индекс, а затем полученные значения усред

няются (CIE, 1973). Такой метод вычисления GCRI позволяет включать в расчет ман

селловские образцы разной светлоты. Новый способ задействует более продуманную

методику учета эффектов различия в цветностях тестируемого источника и

Dосветителя (или планковского излучателя).

Альтернативно: цветовоспроизводящие свойства источников света можно выра

зить в показателях степени отличия распределения энергии тестируемого источника,

198

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

0.18 0.19

0.20

0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26

0.44

0.45

0.46

0.47

0.48

0.49

0.50

0.51

0.52

0.53

3000 Ê

3200 Ê

3500 Ê

4000 Ê

5000 Ê

4500 Ê

6000 Ê

7000 Ê

8000 Ê

9000 Ê

9300 Ê

100

ÒÁ

ÕÁ

ÈÄ

Рис. 10.15 Цветности наиболее важных источников света совместно с локусом цветностей

планковского излучателя при аналогичных коррелированных цветовых температурах

(

¢¢

диаграмма, увеличенный фрагмент). Люминесцентные лампы: ТБ — теплого белого све

та; Б — белого света; ХБ — холодного белого света; ИД — искусственного дневного света. Пози

ции D

—D

100

представляют цветности стандартных CIE Dосветителей с коррелированными

цветовыми температурами от 4000 К до 10000 К.

оцененного по серии широких спектральных полос, от оцененного по этим же полосам

распределения энергии соответствующего Dосветителя. Выбранные полосы, а также

спектральные энергии по каждой полосе для D

иD

осветителей даны в табл. 10.5. В

этой же таблице даны параметры двух полос ультрафиолетового излучения, посколь

ку учет UVсодержимого света источников важен в отношении образцов, содержащих

оптические отбеливатели или иные люминесцентные добавки.

10.12.2 Специальный индекс цветопередачи

Т.н. специальный индекс цветопередачи (CIE) — SGCRI (Special Color Rendering

Index) рассчитывается по конкретному интересующему образцу с помощью уравне

ния:

=-100 4 6.

где d

— это расстояние, измеренное в U

пространстве между позициями цвето

вых стимулов, полученных при освещении интересующего образца светом тестируе

мого источника и светом ближайшего Dосветителя (для источников с коррелирован

ной цветовой температурой ниже 5000 К — планковского излучателя).

10.12.3 Коэффициент погрешности

и коэффициент добротности цветопередачи

Т.н. коэффициент погрешности цветопередачи (S) можно рассчитать по методу, по

казанному в табл. 10.6 на примере сравнения лампы искусственного дневного света

сD

осветителем; коэффициент добротности цветопередачи можно получить вычита

нием величины «S» из 1024 или 914 (на выбор). Величина «S» — это сумма величин

превышений допусков на процентное отличие между полосами.

Допуски таковы: ±10%для единичных полос и ±5%для среднего процентного от



личия в парах смежных полос. Допуски по источникам искусственного дневного све



199

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

ТАБЛИЦА 10.5 Спектральноширокополосное выражение индекса цветопередачи

Полоса Ширина полосы (нм) Интенсивность

по полосам при

100 лм D

Интенсивность

по полосам при

100 лм D

УФ I 300—340 11.2 мВт 4.70 мВт

УФ II 340—400 43.2 мВт 22.4 мВт

1 400—455 0.79 лм 0.57 лм

2 455—510 11.2 лм 9.60 лм

3 510—540 23.1 лм 21.8 лм

4 540—590 43.7 лм 44.2 лм

5 590—620 14.4 лм 15.8 лм

6 620—760 6.80 лм 8.01 лм

та, предназначенным для визуальной оценки окраски отражающих образцов (см. раз

делы 27.9 и 27.10) иногда указывают в процентах стандартной девиации: ±15%для

единичных полос и ±7.5%для пар смежных полос, а также по ±30%для каждой из

ультрафиолетовых полос (British Standard 950:1967).

В табл. 10.7, наряду с прочими величинами, даны общие CIEиндексы цветопере

дачи некоторых ламп. Отметим, что таблица 10.7 предназначена для того, чтобы

дать читателю общую картину R

значений, которых можно ожидать от света раз

личных источников, однако приведенные значения R

(равно как и значения цвето

вых температур и светоотдачи) у фактических ламп могут оказаться иными, по

скольку такие факторы, как мощность, реальная температура и срок службы, весьма

вариабельны. Общая же тенденция такова: чем выше светоотдача лампы, тем обычно

ниже значение ее индекса цветопередачи (Davies, Jackson и Rogers, 1972; Moore,

Stott, Davies и Halstead, 1973).

10.13 ЭФФЕКТ ВИЗУАЛЬНОЙ КЛАРИФИКАЦИИ

Давно замечено, что когда при свете некоей специфической лампы визуальная чис

тота цвета большинства объектов сцены растет, то в целом сцена будет выглядеть более

яркой, чем с тем же уровнем освещенности, но при обыкновенной лампе (Thornton,

1972). Следовательно, трехполосная люминесцентная лампа визуально будет давать

больше света, чем обыкновенная лампа с такой же фотометрической светоотдачей. Сей

феномен часто именуют эффектом визуальной кларификации, и возникает он, в част

ности, благодаря тому, что полнота цвета объектов сцены обычно растет по мере роста

общего уровня ее фотометрической освещенности (Boyce и Lynes, 1976; Hunt, 1979)

200

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ СВЕТА

ТАБЛИЦА 10.6 Пример вычисления коэффициента добротности цветопередачи с помощью

спектральноширокополосного метода

Спектральная

полоса (нм)

Полосная ф/м

яркость

тестового

источника

Полосная ф/м

яркость D65

Отношение

полосных

яркостей

Девиация

по полосе (%)

Девиация

по паре полос

(%)

Превышение

допуска

400455 0.864 0.79 1.09 +9

–2

455510 9.78 11.2 0.87 –13

–13

510540 20.2 23.1 0.88 –12

–1

540590 48.6 43.7 1.11 +11

590620 13.4 14.4 0.93 –7

–1

620670 7.12 6.8 1.05 +5

Коэффициент добротности = 1024 – 14 = 1010

или 914 – 14 = 900.

Сумма

превышений (S) = 14

Что известно как «эффект Ханта». — Прим. пер.