FAREBN

1
FAREBNÝ PRIESTOR VYBRANÝCH DOMÁCICH DREVÍN
2
Farba je dôležitá charakteristika

• Farba dreva je dôležitá charakteristika jeho
  vzhladu, predovšetkým pri takých výrobkoch akými
  sú nábytok, drevené obkladové materiály,
  podlahoviny, umelecké drevené predmety a mnohé
  iné.

3
Vnímanie svetla a farby

• Vnímanie svetla a farby naším zrakom je
  individuálna, psychofyziologická záležitost.
  Základné atribúty charakterizujúce farbu telesa
  sú farebný tón, farebná sýtost a svetlost.
• Aby si mohli ludia vymienat medzi sebou
  informácie o farbe, je potrebné presne
  kvantifikovat o akú farbu ide. Musíme preto
  vediet farbu odmerat a císelne vyjadrit,
  najlepšie pomocou farebných súradníc v
  medzinárodnej sústave CIE.
• Na meranie farieb využívame meracie prístroje,
  ktoré sa nazývajú spektrofotometre a
  kolorimetre.

4
Proces vnímania farby

• Ako príklad pre štúdium farby telesa, sme vybrali
  drevenú kocku.
• Za úcelom kvantifikácie procesu musíme najprv
  poznat vlastnosti svetla osvetlujúceho teleso,
  tzn. definovat iluminant. Farebné vlastnosti
  telesa sú dané reflexným spektrom (alebo
  transmisným spektrom v prípade priehladných
  telies). Výsledné spektrum je kombináciou
  vlastností spektra iluminanta a reflexných
  schopností telesa. V našom prípade je iluminantom
  denné svetlo s teplotou chromatickosti 6504 K.
• Teleso ovplyvnuje svetlo pri odraze (alebo
  prechode). Pigmenty a farbivá selektívne
  absorbujú svetlo niektorých vlnových dlžok a iné
  odrážajú (alebo prepúštajú).

5
Proces vnímania farby

• Povrch nášho telesa má urcitú štruktúru. Svetlo
  so známym spektrálnym zložením interaguje s
  atómami nachádzajúcimi sa v povrchovej vrstve
  telesa. V našom prípade sú fotóny zodpovedajúce
  urcitej farbe znovu emitované týmito atómami a
  fotóny zodpovedajúce inej farbe sú absorbované. V
  smere uhla odrazu pozorujeme zložku spôsobenú
  priamym odrazom.
• Po odraze svetlo vyznacujúce sa reemisným
  spektrom (predstavujúceho farebný podnet)
  pokracuje do oka.
• Výsledné spektrum reemitovaného (odrazeného)
  svetla je kombináciou charakteristík spektra
  iluminanta a spektrálneho cinitela odrazu.
• Spektrum svetla dopadajúceho do oka, ktoré môže
  byt fyzikálne kvantifikované, má pre rozlišovanie
  farby pozorovatelom zásadný význam. Nasledujúce
  dva podstatné javy vedúce k vnímaniu farby, sú
  detekcia svetla okom a spracovanie nervovej
  informácie mozgom.

6
Proces vnímania farby

• Obr.1. Trichromatické zložky X,Y,Z získané z
  údajov o osvetlení, telese a pozorovatelovi

7
Proces vnímania farby

• Vo vztahu k vnímaniu farby je zrak
  charakterizovaný pomernou svetelnou úcinnostou
  monochromatického žiarenia V(?) a
  trichromatickými clenitelmi x(?), y(?) a
  z(?).
• Teraz už máme definované potrebné charakteristiky
  pre všetky tri elementy (svetlo, teleso,
  pozorovatel)
• svetlo pomocou spektrálneho zloženia
• teleso pomocou spektrálneho cinitela odrazu
  (alebo prechodu) svetla
• pozorovatel pomocou normalizovaných
  charakteristík.
• Presný popis farieb sa uskutocnuje tromi
  nezávislými údajmi v trichromatických priestoroch
  (RGB, XYZ, CIELUV, CIELAB).

8
Trichromatický priestor

• Priestor RGB je kocka s dlžkou strany 255
  (poprípade 1 alebo 65535), kde na súradné osi sú
  vynášané súradnice farieb r, g, b.
• Zobrazovanie farieb sa castejšie ako v systéme
  RGB uskutocnuje v systéme XYZ alebo v systéme
  CIELAB.
• Trichromatické zložky X, Y, Z predstavujú
  súradnice farieb v priestore XYZ a sú definované
• kde
• je pomerná spektrálna hustota žiarivého toku,
  ktorý podnecuje farebný vnem,
  
• sú kolorimetrické koeficienty (spektrálne
  citlivosti).

9
Trichromatický priestor

• Postup stanovenia atribútov farby v zmysle
  trichromatických zložiek X, Y, Z zahrna
  nasledovné vztahy
• kde f?(?) je krivka pomerného spektrálneho
  zloženia farebného podnetu, ktorú získame
  vynásobením spektra iluminanta S(?) a
  spektrálneho cinitela ß(?). Spektrálny cinitel
  ß(?) ovplyvnuje výsledné spektrum v dôsledku
  odrazu (alebo prechodu) svetla telesom.

10
Trichromatický priestor

• Postup stanovenia atribútov farby v zmysle
  trichromatických zložiek X, Y, Z zahrna
  nasledovné vztahy
• ?? je interval, kde bola hodnota podnetu získaná
• , a sú
  trichromatické clenitele.

11
Trichromatický priestor

• Získané hodnoty trichromatických zložiek X, Y, Z
  predstavujú aditívne zložky zodpovedajúce
  parciálnym odozvám na cervenú, zelenú a modrú
  zložku danej farby v prípade priemerného ludského
  pozorovatela, ked sa tento pozerá na teleso
  osvetlený denným svetlom.
• Trichromatické zložky však majú pre
  špecifikovanie farby iba obmedzené použitie,
  pretože ich korelácia s atribútmi farebného vnemu
  je malá.
• Tieto nedostatky môžeme formulovat nasledovne
• veliciny X, Y, Z boli vytvorené na základe
  aditívneho skladania farieb pomocou svetla a
  tento spôsob nie je celkom optimálny v prípade
  skladania pigmentových farieb pri subtraktívnom
  miešaní.
• zložka X zodpovedá cervenému svetlu, Y zelenému,
  Z modrému, z ktorých sa skladá farebný podnet. V
  prípade dorozumievania sa o farbe, najmä pri
  farbe telesa sú tieto veliciny pre pozorovatela
  tažko predstavitelné.

12
Trichromatické zložky X,Y,Z

• Na to, aby bola zlepšená schopnost deklarovat
  informáciu o farbe, doporucila CIE
• (COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE)
  používanie trichromatických súradníc x, y, z
  definovaných nasledovne
• zo vztahov vyplýva, že x y z 1
• Systém XYZ má rovinné zobrazenie v
  kolorimetrickom trojuholníku, kde trichromatické
  súradnice x, y tvoria pravouhlý súradný systém.

13
Diagram chromatickosti CIE 1931 (x, y)

• Zhrnutím predstavy o skladaní farieb vo farebnej
  rovine znázornenej farebným trojuholníkom je
  diagram chromatickosti, znázornený na obr.2.
• Obr.2. Diagram chromatickosti
• CIE 1931 (x, y)

14
Diagram chromatickosti

• Všetky spektrálne svetlá vygenerované rozkladom
  bieleho svetla sú umiestnené na vonkajšej krivke
  spektrálnych farieb od cervenej cez oranžovú,
  žltú, zelenú, azúrovú až po modrú. Body cervenej
  a modrej sú spojené ciarou purpurových farieb.
• Chromatickost je dvojrozmerná velicina a teda je
  funkciou dvoch premenných. Môžu to byt x,y alebo
  dominantná vlnová dlžka a spektrálna cistota,
  alebo tón a sýtost, alebo ekvivalentné veliciny
  definované vo farebnej rovine.
• Avšak na komunikáciu o farbe to nie je
  dostatocné a potrebujeme ešte jednu premennú, a
  to
• jasnost pri opise zdroja svetla, alebo
• svetlost pri charakterizovaní farby telesa.

15
Diagram chromatickosti

• Tón farby je reprezentovaný sýtymi farbami
  znázornenými bodmi na obvode diagramu
  chromatickosti. Každému tónu zodpovedá urcitá
  dominantná vlnová dlžka svetla.
• Okrem achromatických farieb (biela, cierna a
  sivé farby), má tón každá farba.
• Sýtost charakterizuje, kolko nepestrej
  (achromatickej) zložky daná farba obsahuje.
  Sýtost sa znižuje, ked postupujeme smerom do
  stredu k oblasti kde sa nachádza biela, jedna z
  achromatických farieb. Achromatické farby majú
  teda nulovú sýtost.
• Diagram chromatickosti má dve nezávislé
  súradnicové osi. Chromatickost je dvojrozmerná
  velicina a teda je funkciou dvoch premenných.
  Môžu to byt x, y alebo tón a sýtost, alebo
  ekvivalentné veliciny definované vo farebnej
  rovine.
• Avšak na komunikáciu o farbe to nie je
  postacujúce, preto bolo potrebné zaviest ešte
  jednu premennú.Tou je pri charakterizovaní farby
  telesa jeho svetlost (ktorá je ekvivalentom jasu).

16
Kolorimetrický priestor Lab

• Pomocou svetlosti môžeme rozlišovat svetlé
  a tmavé farby. Cím viac svetla predmet odráža,
  tým je farba svetlejšia.
• Pre potreby vybudovania vhodného priestoru pre
  usporiadanie farieb telesa a na preklenutie
  niektorých obmedzení diagramov chromatickosti,
  zaviedla CIE dva alternatívne farebné priestory
• CIE 1976 Lab (CIELAB)
• CIE 1976 Luv (CIELUV)
• Kolorimetrický systém CIELAB vychádza z
  priestoru XYZ a definuje farby podobným spôsobom
  ako sú vnímané.
• Velicina
• L merná svetlost
• a odtien medzi cervenou a zelenou
• b odtien medzi žltou a modrou

17
Kolorimetrický priestor Lab

• Obr.3. Priestorový farebný model CIE Lab

18
Kolorimetrický priestor Lab

• Obr.4. Model farebného priestoru Lab vo forme
  gule

19
Kolorimetrický priestor Lab

• Obr.5. Horizontálny rez priestorom CIE Lab

20
Princíp merania

• Pri dopade svetla na povrch látky, svetelný
  zväzok stratí cast svojej pôvodnej energie.
  Odrazené svetlo už nebude mat tie isté vlastnosti
  ako malo pôvodné svetlo v jeho spektrálnom
  zložení nastanú zmeny. Presne zmerat a
  analyzovat spektrum tohto svetla dokážeme
  pomocou prístroja - spektrofotometra.
• Princíp metódy spocíva v zmeraní príslušných
  spektrálnych charakteristík bieleho
  (zloženého) svetla odrazeného od povrchu vzorky,
  ktoré sa privedie do optického systému
  spektrofotometra, kde sa rozloží na jednotlivé
  vlnové dlžky. Elektrické signály, úmerné
  intenzite svetla pre každú vlnovú dlžku, sa dalej
  vhodne upravia a spracujú. Celý proces merania a
  vyhodnocovania riadi pocítac, ktorý je schopný
  vypocítat trichromatické súradnice automaticky.
  Pred zacatím merania je potrebné prístroj
  nakalibrovat.
• Výsledky meraní sa ukladajú vo forme dát do
  súborov. Tieto súbory je možné dalej spracovat,
  exportovat do iných programov, vytvárat grafy a
  štatisticky vyhodnocovat.

21
Použitý merací prístroj

• Pri našich meraniach sme použili spektrofotometer
  MINOLTA typ
• CM 2600d.
• Prístroj je schopný pracovat autonómne, alebo
  môže byt riadený pomocou PC. Komunikácia Master /
  Slave je zabezpecená prostredníctvom štandardného
  sériového portu RS232C. Pomocou programového
  vybavenia Spectra Magic sme ovládali proces
  merania a prácu s nameranými údajmi. Pre
  ohranicenie meranej plochy na vzorkách dreva sme
  použili štandardnú meraciu clonu s priemerom
  otvoru 8 mm. Osvetlovací systém bol nastavený na
  režim merania vrátane rozptýlených zložiek (SCI).
  
• Merania sme realizovali v rozsahu vlnových dlžok
  od 360 do 740 nm, s rozlíšením 10nm, pricom pre
  zobrazenie hodnôt farebných súradníc sme zvolili
  farebný priestor - Lab.

22
Spektrofotometer

• CM2600d Minolta

23
Technické parametre CM2600d Minolta

• Osvetlovací a pozorovací systém
• Pozorovací uhol 80
• SCI (Specular Component Included)
• SCE (Specular Component Excluded)
• Rozsah vlnových dlžok 360 740 nm
• Spektrálny filter difrakcná mriežka
• Rozlíšení 10 nm
• Šírka pásma Približne 10 nm
• Priemer meracej plošky f8mm, alebo f3mm
• Zdroj svetla Xe výbojka (A,C,D50,D65,F2,...,F12)
• Rozsah odrazivosti 0 175 , s rozlíšením 0,01

24
Technické parametre CM2600d Minolta

• Pozorovatel 2/100
• Fotodetektor matica Si fotodiód (2x40)
• Volba farebného priestoru
• Lab, LCh, CMC(11), CMC(21), CIE94,
• Hunter Lab, Yxy, MUNSEL, XYZ,
• MI, WI(ASTM E313), YI(ASTM E313/ASTM D1925),
• ISO Brightness (ISO 2470), Density status A/T,
  WI/Tins, (CIE/Ganz),
• L99a99b99, L99C99h99
• Kapacita pamäti 6x 700 (SCI a SCE)
• Napájanie 4x AA, sietový napájac
• Hmotnost 670g (bez batérií)

25
Technické parametre CM2600d Minolta

• Spektrofotometer je schopný pracovat autonómne,
  alebo môže byt riadený pocítacom PC, pomocou
  programu SpectraMagic.

26
(No Transcript)
27
CM2600d Minolta

• Obr.5. Volba farebného priestoru Lab

28
Vlastnosti vzoriek

• Experimentálny materiál bol odobratý z 19-tich
  vybraných domácich drevín. Merané telesá v tvare
  došticiek, boli vymanipulované z kmenov
  tangenciálnym rezom . Celková plocha
  tangenciálneho rezu bola pre každú drevinu
  minimálne 1m2. Pred meraním bol povrch vzoriek
  upravený brúsnym papierom s drsnostou 80,
  zbavený prachu a bez povrchovej úpravy náterom.
• Na rovine povrchu vzoriek príslušnej dreviny,
  náhodilým výberom bolo uskutocnených 50 meraní.
• Pri jadrových drevinách s úzkou zónou beli, bolo
  snímané iba jadro.
• Pri niektorých drevinách sme preferovali
  prevládajúcu zónu beli (Fraxinus excelsior),
  respektive sme brali do úvahy jadrovú aj belovú
  zónu dreviny (Quercus cerris, Salix).
• Výsledky meraní boli následne, v rámci
  vyhodnocovania údajov, štatisticky spracované.

29
Namerané hodnoty s CM2600d
variabilita je charakterizovaná 95 limitom
priemerov výberových súborov
30
Namerané hodnoty s CM2600d
variabilita je charakterizovaná 95 limitom
priemerov výberových súborov
31
Namerané hodnoty s CM2600d
Namerané hodnoty Lab vybraných druhov drevín
rastúcich na Slovensku
32
Spektrofotometer Namerané hodnoty vybraných
druhov drevín rastúcich na Slovensku