ColorWorkDesk: pomiar koloru za pomocą spektrofotometrów

Badanie koloru jest dziedziną bardziej złożoną, niż mogłoby się wydawać, ponieważ sam kolor jest niczym innym jak subiektywnym ludzkim odczuciem. Z tego względu nie można go obiektywnie określić ilościowo bez naukowej analizy interakcji pomiędzy światłem a materią, na którą ono pada.

W tym artykule:

• Atlasy: pierwsze próby klasyfikacji koloru

• Iluminanty: pierwsza stała w pomiarze koloru

• Oko: druga stała w pomiarze koloru

• Materia: jedyna zmienna w systemie koloru

• Spektrofotometry: różne tryby pomiaru

• Spektrofotometry ColorWorkDesk: gdy innowacja przewyższa tradycję

Atlasy: pierwsze próby klasyfikacji koloru

Pierwsze badania nad kolorem, które doprowadziły do jego początkowej klasyfikacji, opierały się na atlasach barw, takich jak systemy Munsella i NCS. Są to zbiory wariantów kolorystycznych katalogowanych według jasności/ciemności, tonu oraz nasycenia.

Z czasem jednak ich stosowanie ujawniło szereg ograniczeń, ponieważ nie rozwiązywały one w pełni problemu subiektywnej percepcji człowieka. Szybko okazało się, że są niewystarczające w obliczu coraz bardziej szczegółowych wymagań przemysłowych dotyczących kontroli oraz formulacji kolorów.

Zwiększyło to potrzebę mierzenia koloru za pomocą urządzeń odwołujących się do obiektywnych skal kolorymetrycznych.

Iluminanty: pierwsza stała w pomiarze koloru

Zgodnie z teorią falową, która wyjaśnia makroskopowe zjawiska związane ze światłem, światło jest zbiorem fal elektromagnetycznych klasyfikowanych według długości fali.

Spośród wszystkich fal elektromagnetycznych ludzkie oko jest w stanie dostrzec jedynie te o długości od 400 do 700 nm. Ocena energii każdej monochromatycznej składowej w tym zakresie tworzy widzialne spektrum barw.

Różnym częstotliwościom odpowiadają różne kolory: na jednym krańcu widma najwyższe częstotliwości odpowiadają fioletowi, natomiast najniższe — czerwieni.

Każdy iluminant, zarówno naturalny, jak i sztuczny, na przykład światło dzienne, żarówki, świetlówki czy diody LED, posiada własny stały profil rozkładu energii. Profil ten można zarejestrować, określić ilościowo w zakresie widma widzialnego oraz usystematyzować w uniwersalnej tabeli.

Oko: druga stała w pomiarze koloru

Aby mierzyć kolor w sposób obiektywny, należy brać pod uwagę wyłącznie to, co rejestruje oko, pomijając późniejsze przetwarzanie sygnałów optycznych przez mózg, które wprowadza element subiektywności.

Ludzkie oko jest zatem podstawowym elementem procesu pomiaru barwy.

Oko określa odbierane światło za pomocą dwóch typów receptorów:

• Pręciki: rozmieszczone na większości powierzchni siatkówki. Rejestrują ogólne zmiany ilości energii docierającej do oka, ale nie rozróżniają zmian chromatycznych, odpowiadając za widzenie czarno-białe.

• Czopki: znajdują się w dołku środkowym, czyli znacznie mniejszym obszarze w pobliżu centrum siatkówki. Są wrażliwe na zmiany intensywności barw. Istnieją trzy rodzaje czopków, z których każdy reaguje na światło niebieskie, zielone lub czerwone.

Kolory, które postrzegamy, są addytywnym połączeniem tych trzech składowych chromatycznych.

Oko, za pomocą tęczówki — działającej jak przysłona, która może się otwierać i zamykać — reguluje ilość docierającej energii świetlnej, aby zapewnić optymalne warunki widzenia.

Gdy otoczenie zapewnia wystarczającą ilość energii świetlnej, kąt stożkowy wyznaczony przez średnicę tęczówki względem siatkówki kieruje większość energii na dołek środkowy, a więc na czopki. W takim przypadku widzenie ma charakter barwny.

Po określeniu optymalnego zakresu kątowego, wynoszącego od 2° do 10°, możliwe jest obliczenie czułości oka na trzy składowe koloru — niebieską, zieloną i czerwoną — dla każdej monochromatycznej składowej widma.

Średnio odpowiedź oka na postrzegane kolory można uznać za stałą i przedstawić w formie tabeli.

Materia: jedyna zmienna w systemie koloru

Materia może pochłaniać, przepuszczać lub odbijać światło, rozpraszając je w różnych kierunkach wewnątrz i na zewnątrz swojej struktury. Może również selektywnie pochłaniać określone monochromatyczne składowe, które normalnie są emitowane przez źródło światła w połączonej formie i przy określonych poziomach energii.

Jeżeli obiekt pochłania całe światło, wydaje się czarny. Jeśli odbija całe światło — łącząc wszystkie monochromatyczne składowe w zrównoważony, neutralny zestaw — wydaje się biały, czyli odbija światło neutralne. Jeśli natomiast część lub całość światła przechodzi przez obiekt, postrzegamy określony stopień jego przezroczystości.

Poprzez pochłanianie niektórych monochromatycznych składowych bardziej niż innych materia powoduje fizyczne zjawisko, które postrzegamy jako kolor.

W rezultacie jedyną zmienną w systemie koloru jest materiał, z którego wykonany jest obiekt. To właśnie on pochłania, odbija lub przepuszcza różne ilości światła, generując postrzeganą barwę.

W ujęciu liczbowym można określić, jaka część padającego białego światła jest ponownie emitowana przez obiekt, uzyskując w ten sposób jego swego rodzaju „chromatyczny odcisk palca”.

Spektrofotometry: różne tryby pomiaru

Aby uzyskać obiektywne wartości liczbowe opisujące kolor obiektu, należy uwzględnić wzajemne oddziaływanie trzech elementów: oka, światła i materii, tworząc system o charakterze uniwersalnym.

W efekcie opracowano tabele przedstawiające poziomy energii poszczególnych iluminantów naturalnych i sztucznych dla każdej długości fali w widmie.

Ponadto stworzono tabele określające średnią czułość oka na trzy postrzegane energie chromatyczne dla każdej długości fali w widmie, uwzględniając dwa skrajne kąty obserwacji: 2° i 10°.

Ponieważ jedyną zmienną jest materiał obiektu, możliwe jest określenie jego koloru na podstawie właściwości samego materiału.

Wymaga to jednak użycia urządzenia takiego jak spektrofotometr, które mierzy sposób, w jaki materiał i jego konkretne właściwości oddziałują ze światłem.

Rozdzielając światło na poszczególne długości fal w zakresie widzialnym, urządzenie mierzy intensywność każdej z nich i zapisuje dane za pomocą fotodiod. Dzięki temu możliwe jest wykonywanie precyzyjnych pomiarów nawet przy niewielkich odstępach pomiędzy kolejnymi długościami fal.

Ilościowe określenie ponownie emitowanego światła obejmuje:

• pomiar światła padającego na materiał,

• pomiar światła ponownie emitowanego lub przepuszczonego przez materiał,

• odniesienie obu pomiarów do siebie dla każdego punktu pomiarowego.

W rezultacie stosunek pomiędzy światłem emitowanym przez iluminant a światłem wykrywanym przez sondę dla każdego punktu w zakresie od 400 do 700 nm tworzy charakterystyczny profil, czyli swoisty „odcisk barwy”.

Jak wspomniano wcześniej, spektrofotometr może działać w dwóch różnych trybach:

• Odbicie: stosowane wtedy, gdy światło nie przechodzi przez obiekt. Światło pada na jego powierzchnię i zostaje odbite. Sonda spektrofotometru zbiera i mierzy odbitą część wiązki świetlnej.

• Transmisja: stosowana w przypadku obiektów przezroczystych, gdy światło przechodzi przez materiał i jest mierzone przez sondę znajdującą się po przeciwnej stronie. Różnica pomiędzy energią początkową a zmierzoną pozwala również określić stopień przezroczystości obiektu oraz ilość energii pochłoniętej podczas przechodzenia światła przez materiał.

Spektrofotometry ColorWorkDesk: gdy innowacja przewyższa tradycję

Zastosowanie stacjonarnych i przenośnych spektrofotometrów z gamy CWD umożliwia pomiar koloru dowolnego materiału w różnych warunkach.

Te innowacyjne urządzenia mogą pracować zarówno w trybie odbicia, jak i transmisji, zapewniając kompleksowe możliwości pomiaru barwy.

Wybór spektrofotometrów CWD oznacza wykorzystanie wysokowydajnych narzędzi, które płynnie integrują się ze współczesnymi technologiami cyfrowymi, takimi jak aplikacje, platformy chmurowe i serwery.

Ta istotna przewaga ma realne znaczenie w branży kolorymetrycznej, pozwalając odejść od przestarzałych metod i zapewniając szybsze, bardziej precyzyjne i kompleksowe pomiary koloru.