farebnÝ priestor vybranÝch domÁcich drevÍn

FAREBNÝ PRIESTOR VYBRANÝCH

DOMÁCICH DREVÍN

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

Vnímanie svetla a farbyVnímanie svetla a farby naším zrakom je individuálna, psychofyziologická záležitosť. Základné atribúty charakterizujúce farbu telesa sú – farebný tón, farebná sýtosť a svetlosť.

Aby si mohli ľudia vymieňať medzi sebou informácie o farbe, je potrebné presne kvantifikovať o akú farbu ide. Musíme preto vedieť farbu odmerať a číselne vyjadriť, najlepšie pomocou farebných súradníc v medzinárodnej sústave CIE.

Na meranie farieb využívame meracie prístroje, ktoré sa nazývajú – spektrofotometre a kolorimetre.

Proces vnímania farbyAko príklad pre štúdium farby telesa, sme vybrali drevenú kocku.

Za účelom kvantifikácie procesu musíme najprv poznať vlastnosti svetla osvetľujúceho teleso, tzn. definovať iluminant. Farebné vlastnosti telesa sú dané reflexným spektrom (alebo transmisným spektrom v prípade priehľadných 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 ovplyvňuje svetlo pri odraze (alebo prechode). Pigmenty a farbivá selektívne absorbujú svetlo niektorých vlnových dĺžok a iné odrážajú (alebo prepúšťajú).

Proces vnímania farbyPovrch nášho telesa má určitú štruktúru. Svetlo so známym spektrálnym zložením interaguje s atómami nachádzajúcimi sa v povrchovej vrstve telesa. V našom prípade sú fotóny zodpovedajúce určitej farbe znovu emitované týmito atómami a fotóny zodpovedajúce inej farbe sú absorbované. V smere uhla odrazu pozorujeme zložku spôsobenú priamym odrazom.

Po odraze svetlo vyznačujúce sa reemisným spektrom (predstavujúceho farebný podnet) pokračuje do oka.

Výsledné spektrum reemitovaného (odrazeného) svetla je kombináciou charakteristík spektra iluminanta a spektrálneho činiteľa odrazu.

Spektrum svetla dopadajúceho do oka, ktoré môže byť fyzikálne kvantifikované, má pre rozlišovanie farby pozorovateľom zásadný význam. Nasledujúce dva podstatné javy vedúce k vnímaniu farby, sú detekcia svetla okom a spracovanie nervovej informácie mozgom.

Proces vnímania farby

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

Proces vnímania farbyVo vzťahu k vnímaniu farby je zrak charakterizovaný pomernou svetelnou účinnosťou monochromatického žiarenia V(λ) a trichromatickými členiteľmi x(λ), y(λ) a z(λ).

Teraz už máme definované potrebné charakteristiky pre všetky tri elementy (svetlo, teleso, pozorovateľ)

svetlo pomocou spektrálneho zloženia

teleso pomocou spektrálneho činiteľa odrazu (alebo prechodu) svetla

pozorovateľ pomocou normalizovaných charakteristík.

Presný popis farieb sa uskutočňuje tromi nezávislými údajmi v trichromatických priestoroch (RGB, XYZ, CIELUV, CIELAB).

Priestor RGB je kocka s dĺžkou strany 255 (poprípade 1 alebo 65535), kde na súradné osi sú vynášané súradnice farieb r, g, b.Zobrazovanie farieb sa častejšie ako v systéme RGB uskutočňuje 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).

0

dλxX

0

dλyY

0

dλzZ

,x ,y z

Trichromatický priestor

Postup stanovenia atribútov farby v zmysle trichromatických zložiek X, Y, Z zahŕňa nasledovné vzťahy:

kde φλ(λ) je krivka pomerného spektrálneho zloženia farebného

podnetu, ktorú získame vynásobením spektra iluminanta S(λ) a

spektrálneho činiteľa β(λ). Spektrálny činiteľ β(λ) ovplyvňuje výsledné spektrum v dôsledku odrazu (alebo prechodu) svetla telesom.

,)()(780

380 nm

nmxX ,)()(

780

380 nm

nmyY

,)()(780

380 nm

nmzZ

),().( )( S


Postup stanovenia atribútov farby v zmysle trichromatických zložiek X, Y, Z zahŕňa nasledovné vzťahy:

∆λ je interval, kde bola hodnota podnetu získaná

, a sú trichromatické členitele.)(z)(y)(x

,)()(780

380 nm

nmxX ,)()(

780

380 nm

nmyY

,)()(780

380 nm

nmzZ

),().( )( S


Získané hodnoty trichromatických zložiek X, Y, Z predstavujú aditívne zložky zodpovedajúce parciálnym odozvám na červenú, zelenú a modrú zložku danej farby v prípade priemerného ľudského pozorovateľa, keď 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 formulovať nasledovne:

veličiny 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 červenému svetlu, Y zelenému, Z modrému, z ktorých sa skladá farebný podnet. V prípade dorozumievania sa o farbe, najmä pri farbe telesa sú tieto veličiny pre pozorovateľa ťažko predstaviteľné.


Trichromatické zložky X,Y,ZNa to, aby bola zlepšená schopnosť deklarovať informáciu o farbe, doporučila CIE

(COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE) používanie trichromatických súradníc x, y, z definovaných nasledovne:

zo vzťahov vyplýva, že x + y + z = 1

Systém XYZ má rovinné zobrazenie v kolorimetrickom trojuholníku, kde trichromatické súradnice x, y tvoria pravouhlý súradný systém.

ZYX

Xx

ZYX

Yy

ZYX

Zz

yx1z

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)

Diagram chromatickosti CIE 1931 (x, y)

Všetky spektrálne svetlá vygenerované rozkladom bieleho svetla sú umiestnené na vonkajšej krivke spektrálnych farieb od červenej cez oranžovú, žltú, zelenú, azúrovú až po modrú. Body červenej a modrej sú spojené čiarou purpurových farieb.

Chromatickosť je dvojrozmerná veličina a teda je funkciou dvoch premenných. Môžu to byť x,y alebo dominantná vlnová dĺžka a spektrálna čistota, alebo tón a sýtosť, alebo ekvivalentné veličiny definované vo farebnej rovine.

Avšak na komunikáciu o farbe to nie je dostatočné a potrebujeme ešte jednu premennú, a to:

jasnosť pri opise zdroja svetla, alebo

svetlosť pri charakterizovaní farby telesa.

Diagram chromatickosti

Diagram chromatickosti

Tón farby je reprezentovaný sýtymi farbami znázornenými bodmi na obvode diagramu chromatickosti. Každému tónu zodpovedá určitá dominantná vlnová dĺžka svetla. Okrem achromatických farieb (biela, čierna a sivé farby), má tón každá farba. Sýtosť charakterizuje, koľko nepestrej (achromatickej) zložky daná farba obsahuje. Sýtosť sa znižuje, keď postupujeme smerom do stredu k oblasti kde sa nachádza biela, jedna z achromatických farieb. Achromatické farby majú teda nulovú sýtosť.Diagram chromatickosti má dve nezávislé súradnicové osi. Chromatickosť je dvojrozmerná veličina a teda je funkciou dvoch premenných. Môžu to byť x, y alebo tón a sýtosť, alebo ekvivalentné veličiny definované vo farebnej rovine.Avšak na komunikáciu o farbe to nie je postačujúce, preto bolo potrebné zaviesť ešte jednu premennú.Tou je pri charakterizovaní farby telesa jeho svetlosť (ktorá je ekvivalentom jasu).

Pomocou svetlosti môžeme rozlišovať svetlé a tmavé farby. Čím 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 L*a*b* (CIELAB)

CIE 1976 L*u*v* (CIELUV)

Kolorimetrický systém CIELAB vychádza z priestoru XYZ a definuje farby podobným spôsobom ako sú vnímané.

Veličina

L* merná svetlosť

a* odtieň medzi červenou a zelenou

b* odtieň medzi žltou a modrou

Kolorimetrický priestor L*a*b*

Obr.3. Priestorový farebný model CIE L*a*b*


Obr.4. Model farebného priestoru L*a*b* vo forme gule


Obr.5. Horizontálny rez priestorom CIE L*a*b*


Princíp meraniaPri dopade svetla na povrch látky, svetelný zväzok stratí časť svojej pôvodnej energie. Odrazené svetlo už nebude mať tie isté vlastnosti ako malo pôvodné svetlo v jeho spektrálnom zložení nastanú zmeny. Presne zmerať a analyzovať spektrum tohto svetla dokážeme pomocou prístroja - spektrofotometra. Princíp metódy spočíva 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 dĺžky. Elektrické signály, úmerné intenzite svetla pre každú vlnovú dĺžku, sa ďalej vhodne upravia a spracujú. Celý proces merania a vyhodnocovania riadi počítač, ktorý je schopný vypočítať trichromatické súradnice automaticky. Pred začatím merania je potrebné prístroj nakalibrovať. Výsledky meraní sa ukladajú vo forme dát do súborov. Tieto súbory je možné ďalej spracovať, exportovať do iných programov, vytvárať grafy a štatisticky vyhodnocovať.

Použitý merací prístrojPri našich meraniach sme použili spektrofotometer MINOLTA typ CM 2600d. Prístroj je schopný pracovať autonómne, alebo môže byť riadený pomocou PC. Komunikácia Master / Slave je zabezpečená prostredníctvom štandardného sériového portu RS232C. Pomocou programového vybavenia „Spectra Magic“ sme ovládali proces merania a prácu s nameranými údajmi. Pre ohraničenie meranej plochy na vzorkách dreva sme použili štandardnú meraciu clonu s priemerom otvoru 8 mm. Osvetľovací systém bol nastavený na režim merania vrátane rozptýlených zložiek (SCI). Merania sme realizovali v rozsahu vlnových dĺžok od 360 do 740 nm, s rozlíšením 10nm, pričom pre zobrazenie hodnôt farebných súradníc sme zvolili farebný priestor - L*a*b*.

Spektrofotometer

CM2600d Minolta

Technické parametre CM2600d Minolta

Osvetľovací a pozorovací systém:

Pozorovací uhol 80

SCI (Specular Component Included)

SCE (Specular Component Excluded)

Rozsah vlnových dĺžok: 360 – 740 nm

Spektrálny filter: difrakčná mriežka

Rozlíšení: 10 nm

Šírka pásma: Približne 10 nm

Priemer meracej plošky: 8mm, alebo 3mm

Zdroj svetla: Xe výbojka (A,C,D50,D65,F2,...,F12)

Rozsah odrazivosti: 0 – 175 %, s rozlíšením 0,01 %


Pozorovatel: 2/100

Fotodetektor : matica Si fotodiód (2x40)

Voľba farebného priestoru:L*a*b*, L*C*h, CMC(1:1), CMC(2:1), 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, sieťový napájač

Hmotnosť: 670g (bez batérií)


Spektrofotometer je schopný pracovať autonómne, alebo môže byť riadený počítačom PC, pomocou programu SpectraMagic.

Obr.5. Voľba farebného priestoru: L*a*b*

CM2600d Minolta

Vlastnosti vzoriekExperimentálny materiál bol odobratý z 19-tich vybraných domácich drevín. Merané telesá v tvare doštičiek, boli vymanipulované z kmeňov tangenciálnym rezom . Celková plocha tangenciálneho rezu bola pre každú drevinu minimálne 1m2. Pred meraním bol povrch vzoriek upravený brúsnym papierom s drsnosťou “80“, zbavený prachu a bez povrchovej úpravy náterom.Na rovine povrchu vzoriek príslušnej dreviny, náhodilým výberom bolo uskutočnených 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 beľovú zónu dreviny (Quercus cerris, Salix). Výsledky meraní boli následne, v rámci vyhodnocovania údajov, štatisticky spracované.

Variabilita farebného priestoru Lab vybraných druhov drevín rastúcich na Slovensku

67,1

84,3

77,3

85,4

69,971,9

69,3

77,9

88,4

79,882,5

69,5

57,1

81,8

76,0

68,1

80,778,1

75,0

81,081,5

54565860

626466687072

747678808284

868890

Abi

es_a

lba

Ace

rA

lnus

_glu

tinos

a

Bet

ula

Car

pinu

s_be

tulu

sC

eras

us_a

vium

Fagu

s_sy

lves

tric

a

Frax

inus

_exc

elsi

or_B

Jugl

ans_

regi

a_J

Lar

ix_d

ecid

uaPi

cea_

abie

sPi

nus_

sylv

estr

is_J

Popu

lus

Que

rcus

_cer

ris_

BQ

uerc

us_c

erri

s_J

Que

rcus

_rob

ur_J

Rob

inia

_pse

udoa

caci

a

Salix

_B

Salix

_J

Tili

a

Ulm

us

L [

%]

*variabilita je charakterizovaná 95% limitom priemerov výberových súborov

Namerané hodnoty s CM2600d

Namerané hodnoty s CM2600dVariabilita farebného priestoru Lab vybraných druhov drevín rastúcich na Slovensku

Carpinus betulus

Populus

Salix B

Tilia

Fraxinus excelsior B

Picea abies

Abies alba

Quercus cerris B

Acer

Robinia pseudoacacia

Betula

Pinus sylvestris J

Quercus robur J

Fagus sylvestrica

Juglans regia J

Salix J

Ulmus

Quercus cerris J

Alnus glutinosa

Cerasus avium

Larix decidua

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

a*

b*

*variabilita je charakterizovaná 95% limitom priemerov výberových súborov

Drevina L*(D65) L*(STD) a*(D65) a*(STD) b*(D65) b*(STD)

Abies_alba 81,52 2,1 4,75 1,1 19,93 1,6

Acer 80,99 1,3 5,20 0,4 16,36 0,7

Alnus_glutinosa 75,02 1,9 8,06 0,6 20,90 1,0

Betula 78,07 1,5 5,92 0,5 20,02 0,8

Carpinus_betulus 80,75 1,1 3,31 0,4 17,16 1,8

Cerasus_avium 68,10 3,2 8,54 1,3 22,27 1,1

Fagus_sylvestrica 75,96 2,5 6,62 0,7 17,63 1,2

Fraxinus_excelsior_B 81,80 2,2 4,18 0,8 18,42 1,5

Juglans_regia_J 57,07 3,8 6,71 0,8 16,56 1,5

Larix_decidua 69,47 3,1 9,94 1,2 23,12 1,1

Picea_abies 82,53 1,7 4,60 0,7 21,39 1,2

Pinus_sylvestris_J 79,78 2,0 6,12 1,0 25,79 1,4

Populus 88,43 1,8 2,26 0,8 17,90 1,5

Quercus_cerris_B 77,86 2,4 5,20 0,6 18,93 1,0

Quercus_cerris_J 69,25 3,7 7,92 0,8 18,61 0,7

Quercus_robur_J 69,92 1,4 6,51 0,4 20,65 0,8

Robinia_pseudoacacia 71,87 1,9 5,28 0,6 25,02 0,6

Salix_B 85,38 1,5 3,31 0,6 17,72 1,7

Salix_J 77,27 1,5 7,01 0,3 17,75 0,5

Tilia 84,29 0,6 4,00 0,3 20,25 0,7

Ulmus 67,06 4,3 7,20 1,0 19,46 1,6

Namerané hodnoty Lab vybraných druhov drevín rastúcich na Slovensku

Namerané hodnoty s CM2600d

Spektrofotometer Namerané hodnoty vybraných druhov drevín rastúcich na Slovensku

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

36

0n

m

37

0n

m

38

0n

m

39

0n

m

40

0n

m

41

0n

m

42

0n

m

43

0n

m

44

0n

m

45

0n

m

46

0n

m

47

0n

m

48

0n

m

49

0n

m

50

0n

m

51

0n

m

52

0n

m

53

0n

m

54

0n

m

55

0n

m

56

0n

m

57

0n

m

58

0n

m

59

0n

m

60

0n

m

61

0n

m

62

0n

m

63

0n

m

64

0n

m

65

0n

m

66

0n

m

67

0n

m

68

0n

m

69

0n

m

70

0n

m

71

0n

m

72

0n

m

73

0n

m

74

0n

m

%

Abies_alba Acer Alnus_glutinosa Betula Carpinus_betulus

Cerasus_avium Fagus_sylvestrica Fraxinus_excelsior_B Juglans_regia_J Larix_decidua

Picea_abies Pinus_sylvestris_J Populus Quercus_cerris_B Quercus_cerris_J

Quercus_robur_J Robinia_pseudoacacia Salix_B Salix_J Tilia

Ulmus

farebnÝ priestor vybranÝch domÁcich drevÍn

Documents