Системы спецификации (систематизация цветов)

10.1. ЦВЕТОВОЙ КРУГ И ЦВЕТОВОЕ ТЕЛО

Кроме измерения, заключающегося в прямом опреде­лении цветовых координат или в их расчете по кривым сло­жения, существует еще один способ описания цвета. Это указание его аналога в некоторой системе образцов-эта­лонов, разработанной так, чтобы расположение эталонных цветов было строго закономерным. Зная эту закономер­ность, легко отыскать цвет образца, тождественный или, по крайней мере, близкий к определяемому. Системы рас­положения эталонов называются системами специ­фикации цветов.

В соответствии с принятой системой составляют альбом эталонов, называемый атласом цветов. В совре­менных атласах цветовые координаты каждого образца указываются. Поэтому атлас — не только система цветов, но и, в сущности говоря, визуальный колориметр. Его до­стоинства — простота, наглядность, компактность. Недос­таток безынструментального метода измерения цвета — малая точность. Однако погрешности определений при ра­ционально составленном атласе не настолько велики, что­бы служить препятствием для широкого распространения такого метода измерения.

Основой всякой системы цветов служит цветовой круг. Пользуясь им, создают цветовое тело, заключающее все цвета, входящие в систему.

Цветовой круг. Естественной системой цветов служит спектр; его цвета изменяются в широко известной непре­рывной последовательности: за фиолетовым следует синий, затем голубой и т. д. В спектре находятся цветовые тона всех реальных цветов, за исключением пурпурных.

Изогнув узкую полоску спектра в незамкнутую окруж­ность (рис. 10.1, толстая линия), замкнем эту окружность, введя пурпурные цвета — от фиолетово-красного, близко­го к фиолетовому, до красно-пурпурного, почти красного (пунктир).


Пусть они будут иметь максимальную насыщен­ность, как и спектральные. Тогда получим систему, в кото­рой закономерно расположены все цветовые тона цветов природы при постоянной светлоте и насыщенности. Цвета такого круга обладают наибольшей насыщенностью, по­скольку они спектральные.

Расширим набор цветов, прибавив к нему цвета тех же тонов и светлот, но меньшей насыщенности. Расположим их внутри круга так, чтобы насыщенность постоянно пада­ла от максимального значения на периферии до нулевого в центре круга. Тогда любая линия, соединяющая централь­ную точку А с периферией (ГА, КА и т. д.), есть геометри­ческое место цветов постоянного цветового топа, но насы­щенности, падающей от максимального значения на пери­ферии круга до нуля в его центре. Точка А на­зывается ахроматической. Такая система, вклю­чающая цвета всех воз­можных цветностей при постоянной их светлоте, называется цветовым к р у г о м. Он известен со времен предложившего его Ньютона.

На практике цветовой круг получают с помощью красок. Их цвета, естест­венно, менее насыщены, чем спектральные, и круг, об­разованный красочными образцами (тонкая линия на рис. 10.1), лежит внутри образованного спектром. Цвета образцов изменяются не непрерывно, подобно цветам спектра, а скачкообразно. В спектре, выбранном для демонстрации принципа си­стематизации (рис. 10.1), расстояния от его начала (? = = 400 нм) пропорциональны длине волны. В практически используемых кругах естественная последовательность цветов соблюдается, однако пропорциональность длины волны расстоянию от начала, как правило, нарушается. О причинах этого см. ниже.

Для того чтобы ввести в систему не только цветности, но и светлоты, т. е. дать полную систематизацию цветов, необходимо перейти к пространственному их описанию. Прежде чем делать это, отметим, что при оптимальной осве­щенности глаз различает наибольшее число цветов и диа­метр круга при этом условии оказывается наибольшим. Пусть соседние точки в непрерывном круге выражают цве­та, едва различаемые глазом.


Тогда при уменьшении осве­щенности (или, что то же, при уменьшении яркости образ-



Рис. 10.1. Схема получения цвето­вого круга цов) возрастают цветовые пороги. Цвета, расположенные рядом и различимые при оптимальной освещенности, те­перь становятся неразличимыми. Расположив цвета, на­блюдаемые при уменьшенной яркости, на тех же расстоя­ниях друг от друга, что и до изменения условий наблюде­ния, можно увидеть, что занимаемая ими площадь сокра­тилась. При некотором значении яркостей образцов цвет­ности вообще перестают различаться, и круг вырождается в точку, называемую «черной».

Пороги возрастают не только при уменьшении яркости, но и при ее увеличении сверх оптимальной. Тогда образцы оказывают слепящее действие, и при известных их яркостях круг опять превращается в точку, на этот раз в «белую». В соответствии с этим тело, включающее всевозможные цвета, получаемые с помощью красок и составляющие опре­деленную систему, имеете общем случае форму двух кону­сов, совмещенных основаниями. Оно называется цветовым. Остановимся на свойствах его оси и поверхности. На оси лежат ахроматические цвета, составляющие шкалу светлот тела. Ось поэтому называется ахроматической. На поверхности тела находятся цвета, имеющие при дан­ном уровне светлоты максимальную насыщенность. Цве­товое тело включает ту часть цветового пространства, ко­торая содержит цвета несветящихся тел, наблюдаемые при данном колориметрическом источнике. Эта часть простран­ства, однако, не обладает колориметрическими свойства­ми, потому что, как увидим ниже, цвета в ней распола­гаются не так, как в метрическом пространстве, например XYZ. Отметим, в частности, что спектральные цвета рас­положены не по локусу, а по кругу.

Цветовые круги, составляющие основу разных систем, получают располагая цветовые образцы, называемые также на красками (или в ы к р а с к а м и), по окружно­сти. При этом расстояния между цветами не совпадают с расстояниями, показанными на рис. 10.1.


Располагают на­краски, исходя из разных соображений. Авторы некоторых систем стремятся к тому, чтобы на концах диаметров на­ходились строго дополнительные цвета. Это дает возмож­ность вводить в систему важное свойство цветов — их до­полнительность. Более существенным является требование хотя бы приблизительной равноконтрастности цветов кру­га. Такое расположение значительно облегчает подбор эталонов круга к данному цвету. Если цвет произвольного образца не совпадает с цветами круга, то подбор заключа­ется в определении той пары накрасок, между цветами которой находится цвет оцениваемого образца. Эта задача решается легче и точнее, если эталоны равноконтрастны.

Пользуясь цветовым телом, создают атласы цветов. Цветные таблицы атласа изображают сечения тела. Их делают через ахроматическую ось и, кроме того, в некото­рых системах — перпендикулярно оси, т. е. на разных уровнях светлоты.

Как правило, атласы создаются полиграфическими ме­тодами. Получение тиража строго идентичных оттисков, которые должны служить эталонами цвета, — весьма трудная техническая задача.

Попытки создать рациональную систему спецификации цветов предпринимались начиная от Ньютона и Ламбер­та. С тех пор было предложено множество систем. Первые удачные решения принадлежат американскому художнику Манселлу (1915 г.) и немецкому физику Оствальду (1917 г.). Их работы не потеряли значения до настоящего времени, хотя в их основе иногда лежали представления, не исполь­зуемые современной колориметрией.

10.2. СИСТЕМА ОСТВАЛЬДА

Цветовой крут Оствальда содержит восемь цветов, на основании которых классифицируются остальные, и назы­ваемых поэтому спорны м и. Их часто называют о с-н о в н ы м и. Но этим термином пользуются для обозна­чения другого понятия (см. с. 48). Поэтому цвета, на ко­торые опирается система классификации, будем называть опорными. Остальные цвета — промежуточные — обра­зуют группы, близкие к опорным.

Накраски располагаются так, что по диаметру круга лежат дополнительные цвета (рис. 10.2, а).


На схеме опор­ные цвета обозначены кружками, и их номера указаны цифрами. Рядом с каждым из них находятся промежуточ­ные цвета (отмечены радиальными штрихами), составляю­щие вместе С опорным группу, взятую на схеме в фигурную скобку. Они также обозначены цифрами (на рисунке не указаны). Например, группа желтых цветов: 1 — опорный, 2 и 3 — близкие к нему; оранжевые соответственно — 4,5 и 6. Всего, таким образом, круг содержит 24 образца-на-краски.

За опорные выбраны желтый, оранжевый, красный, фиолетовый, синий, голубой, зелено-голубой (аквамари­новый, или, иначе, цвет морской волны), зеленый.

Спектр, расположенный на рисунке концентрично цве­товому кругу, позволяет легко определить доминирующие длины волн для каждой накраски. Как видно, естествен­ная последовательность цветов в круге Оствальда сохра­нена. Однако расстояния между ними не соответствуют рас­стояниям в линейном спектре. В круге Оствальда они рас­тянуты в голубой области и сжаты в сине-фиолетовой, а



Рис. 10.2. Строение цветового тела Оствальда:

а — цветовой круг; 6 — форма цветового тела; в — половина сече-ння цветового тела

также в начале зеленой. Это позволило автору системы рас­положить по диаметрам строго дополнительные цвета.

Цветовое тело Оствальда — два конуса, соединенные основаниями (рис. 10.2, б).

Оствальд предложил рассматривать цвета накрасок как результат смешения максимально насыщенных («полно­цветных») с белым и черным. Этот принцип отражает пред­ставления Оствальда о цвете и в современной теории не ис­пользуется. Однако он имеет определенный смысл: примесь белого можно отождествить с возрастанием светлоты при уменьшении насыщенности, а примесь черного — с падени-

ем светлоты при одновременном уменьшении насыщенно­сти. Каждый заключенный в теле цвет обозначается цифрой, указывающей его положение в круге (т. е. цветовой тон), и двумя буквами, первая из которых обозначает «содержа­ние белого», а вторая — «содержание черного» (т.


е. опре­деляют светлоту и насыщенность). В табл. 10.1 даны соот­ношения между буквенными обозначениями и «содержа­нием белого» и «черного».

10.1. Буквенные обозначения цветов в системе Оствальда

Буквенное обозначение	а	с	е	g	i	l	п	р	Г	t
Белого	89	56	35	22	14	8,9	5,6	3,5	2,2	1,4
Черного (100% — % белого)	11	44	65	78	86	91,1	94,4	96,5	97,8	98,6

Например, символами 1 рс обозначен красный цвет, со­держащий 3,5 % белого и 44 % черного.

Расположение цветов внутри тела показано на рис. 10.2, в, на котором дана правая половина его сечения в виде треугольника АБЧ. Вследствие сложности получения накрасок насыщенных цветов в большинстве атласов (или наборов образцов), построенных по системе Оствальда, по­ля, в обозначения которых входят буквы r и t, исключены, как это видно из рис. 10.2, в, где наиболее насыщенный цвет — ра. Накраски по стороне ЧБ треугольника состав­ляют ахроматический ряд. Их светлоты находят по фор­муле

L = к lg r, где L — светлота; к — коэффициент; r — коэффициент яркости.

Следовательно, шкала ахроматических цветов в теле Оствальда подчиняется закону Вебера—Фехнера и рав-ноконтрастна в меру соблюдения этого закона при данном уровне яркости.

По стороне АБ треугольника светлота возрастает от А к Б, а насыщенность в этом направлении уменьшается. По стороне АЧ обе характеристики падают от А к Ч. Количе­ство черного постоянно на каждой из полос, параллельных стороне АБ, увеличиваясь к полю pp. Соответственно ко­личество белого постоянно в полосах, параллельных сто­роне АЧ, возрастая до максимального на поле aа.

Например, цвет 7рс довольно светлый и насыщенный: он находится рядом с ра, имеющим наибольшую насыщен­ность.

Атлас цветов, построенный на основе рассмотренного гела, представляет собой сечения тела по всем его 24 опор­ным цветам, подобные представленному на рис. 10.2, в (по­лусечение, имеющее вид треугольника).


В атласе при исклю­чении цветов put (не показаны на рис. 10.2, в) по каждому из 24 сечений содержится 28 образцов цвета и, кроме того, 8 серых, расположенных по оси ЧБ, следовательно, всего 24 • 28 + 8 = 680 накрасок.

10.3. СИСТЕМА МАНСЕЛЛА

Цветовой круг Манселла содержит десять опорных цве­тов (рис. 10.3), которые указаны на рисунке цифровыми и буквенными индексами: R — красный (red); YR — желто-красный, т. е. оранжевый (yellow-red); У--желтый (yel­low); GY -- зелено-желтый (green-yellow); G — зеленый (green); BG — сине-зеленый, т. е. голубой (blue-green); В — синий (blue); PB — пурпурно-синий, т. е. фиолето­вый (purple-blue); Р—пурпурный (purple) и RP — красно-пурпурный (red-purple).

Цифрами от 1 до 10 (рис. 10.3, б) обозначены группы цветов—опорные и близкие к ним. Всем опорным присвоен индекс 5. Дуги круга между соседними опорными цве­тами разделены еще на 10 частей (показаны на увеличенном фрагменте круга рис. 10.3, б). В соответствующих точках дуг расположены промежуточные цвета, тона которых близ­ки к тонам опорных. Например, цвета 4R и 6R весьма близ­ки к цвету 5R, но 4R имеет еле ощутимый пурпурный отте­нок (холоднее, чем 5R), a 6R — оранжеватый (теплее 5R). В атласе практически представлены тона 2,5; 5; 7,5 и 10 каждого из опорных, как это указано на рис. 10.3, б. Круг Манселла, в отличие от круга Оствальда, равноконтрас­тен, причем это относится как к цветовым тонам, так и к насыщенностям.

Перейдем теперь к светлоте. Ахроматическую ось цветового тела Манселла можно рассматривать как се­рую шкалу, поля которой различаются на постоянное чис­ло порогов. Ступени светлоты обозначаются шифром, в котором ее уровень представлен числителем обыкновенной дроби: 1/обозначает черный цвет; 2/ — весьма темный и так до 10/, указывающего белый цвет. Светлоты распределе­ны не по закону Вебера—Фехнера, а в соответствии с зависимостями, которые, как считается, более точно связы­вают светлоты с психофизическими характеристиками.


К таким зависимостям относится, например, полином: 1,0257Y= 1,2219V — 0,23111 V2+ 0,23951 V3 — 0,021009V4 + 0,00084041V5 который был впервые применен Ньюхоллом.

Из-за сложности этого выражения полином ап­проксимируют более про­стой формулой Вышецки:

W* = 25Y|/3—17 или формулой МКО L* =25 (1,0257Y)1/3 —16.

В этих формулах: Y — цветовая координата, вы­ражающая яркость; V, W* и L* — светлота. Разное обозначение светлоты при-





Рис. 10.3. Цветовой круг Манселла a схема расположения опорных цветов; б увеличенный фрагмент круга меняется для того, чтобы показать, что она определя­лась по Ньюхоллу, Вышецки или МКО

При определении, коэффициента яркости пользуются эталоном, поверхность которого покрыта окисью магния, отражающим 97,5 % света. При обычных измерениях его коэффициент яркости условно принимается за единицу. Десятое поле шкалы Манселла — идеально отражающая поверхность (100 %). Ее коэффициент яркости по отношению к магниевому эталону равен 1 : 0,975 = 1,0257 — это ко­эффициент при Y в приведенной выше формуле МКО.

Расчет по полиному дает следующую зависимость между уровнями светлоты и коэффициентами яркости:



По Манселлу, цветовое тело должно иметь форму ци­линдра, на поверхности которого расположены наиболее насыщенные цвета. Любое сечение цилиндра, перпендику-



Рис. 10.4. Сечение цилиндра Манселла по диаметру 5РВ—5Y

лярное оси, должно представлять собой цветовой круг той или иной светлоты, в зависимости от высоты сечения. Од­нако, как говорилось выше, число цветов, различаемых по насыщенности, зависит от уровня светлоты и сокращается с удалением этой характеристики от оптимального значе­ния. Причем характер изменения зависит от цветового то­на. Поэтому практически цилиндрическую поверхность тела при условии равноконтрастности цветов получить нельзя.

На рис. 10.4 показано сечение цилиндра Манселла по диаметру 5 РВ — 5Y (на рис. 10.3, а выделен). Сплошными прямоугольниками на рис. 10.4 представлены практичес-



Рис. 10.5.


Цветовое тела Мапселла и схе­ма изменения харак­теристик цветов



Рис. 10.6. Сечение цветового тела Ман-селла перпендику­лярно ахроматиче­ской оси



ки осуществимые цвета, пунктирными — неосуществимые (нет соответствующих реальных пигментов). Буквами N обозначены цвета ахроматической оси. Степень удаления от нее цвета, а следовательно, насыщенность выражается знаменателем дроби:/2 (весьма мало насыщен); /4 (мало насыщен); /6 (средне насыщен); /8 (насыщен); /10 (очень на­сыщен) и /12 (весьма насыщен — выходит за пределы по­верхности цилиндра). Как видно, изменение — на два ин­декса.

В качестве примера остановимся на цвете 2,5R 4/8. Его цветовой тон определяется близостью к опорному красно­му (5R) (на рис. 10.3, а и 10.3, б отмечен). Поскольку он находится между красным и красно-пурпурным опорными, то имеет пурпурный оттенок. Уровень светлоты 4/ и насы­щенности /8 виден из рис. 10.4 (прямоугольник 4/8 отмечен заштрихованными углами). Цвет темный (четвертая сту­пень светлоты), но насыщенный (восьмая ступень насы­щенности).

Из-за невозможности практического получения насы­щенных цветов, тем более при малых или, наоборот, высо­ких светлотах, цветовое тело Манселла в действительности представляет собой не цилиндр, а тело, показанное на рис. 10.5. Его элементы — «блоки» представляют собой ре­ально воспроизводимые при данной светлоте цвета. Сече­ние тела горизонтальной плоскостью через уровень светло­ты 5/ дано на рис. 10.6.

10.4. СИСТЕМА РАБКИНА

Система Рабкина (1956 г.) — первая из отечественных систем спецификации цвета, нашедшая широкое примене­ние.

Цветовой круг Рабкина показан на рис. 10.7. На концах диаметров расположены не строго дополнительные, а кон­трастные (близкие к дополнительным) цвета. Автор системы считает, что при этом легче обеспечить равноконтрастность образцов. В круге 45 цветов, из которых 9 приняты за опор­ные. Это — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голу­бой, синий, сине-фиолетовый, фиолетовый и пурпурный.


На рисунке указаны доминирующие длины волн этих цве­тов. Между каждым из опорных находятся четыре проме­жуточных. Таким образом, в круге 9 групп цветов. Опор­ные занимают среднее положение относительно остальных цветов группы; их порядковые номера 3, 8, 13 и так далее через пять номеров.

Цветовое тело, предложенное Рабкиным. —два кону­са, содержащие только опорные цвета, поэтому оно ребрис­то (рис. 10.8).

Цветовые таблицы атласа Рабкина представляют собой половины восьми сечений тела по опорным цветам (кроме голубого) и по промежуточным — красно-оранжевому, оранжево-желтому, желто-зеленому и зелено-голубому.



Рис. 10.7. Цветовой круг Рабкина

Всего в атласе приведено 12 половин сечений. Накраски представляют собой кружки, запечатанные красками соот­ветствующих цветов и расположенные по сторонам вписан­ных друг в друга треугольников (рис. 10.9). Ось цветового тела, как это видно из рис. 10.8, горизонтальна. В связи с этим накраски нейтральных цветов находятся в основа­нии сечения. Поэтому по основанию большого треугольника изменяется светлота. Цвета одинаковой светлоты лежат на перпендикулярах к основанию. Насыщенность возрастает к периферии тела, и, следовательно, в его сечениях цвета равной насыщенности лежат на линиях, параллельных ос­нованию большого треугольника. Направления изменения светлоты и насыщенности видны из рисунка, на котором в соответствии с обозначениями, принятыми автором систе­мы, цвета закодированы дробью. В числителе (№ горизон­тального ряда) указывается насыщенность. Она возрас-



Рис. 10.8. Цветовое тело, предложенное Рабкиным



Рис. 10.9. Схема цветовой таблицы атласа

тает от 2/ до 10/ — максимального значения. В знаменате­ле (№ вертикального ряда) — светлота, которая падает от /1 до /19 — минимального ее значения.

В каждом из 12 сечений тела содержится 55 образцов цвета, а всего в атласе 55 • 12 = 660 образцов-эталонов.

В ряде таблиц имеются отверстия, позволяющие более точно сравнивать цвета эталонов атласа с произвольными цветами.



Кроме описанных выше «треугольных» таблиц, в атласе даны 36- польные шкалы тех же цветовых тонов, что и сече­ния тела. Светлоты полей скачкообразно уменьшаются. Такие шкалы используются для исследования цветовых порогов.

10.5. СИСТЕМА СМЕШЕНИЯ КРАСОК «РАДУГА»

В полиграфии пользуются системами смешения красок. Они позволяют оформителям выбирать цвета, которые мож­но точно воспроизвести в данных условиях, а полиграфи­ческим предприятиям — составлять смесевые краски по рецептурным таблицам атласа, без предварительных проб.

Цветовое тело содержит цвета, получаемые с помощью данного набора красок.

Примером системы смешения служит разработанный во ВНИИКПП И. С. Файнбергом с сотрудниками атлас «Ра­дуга».

Для расположения цветов авторы воспользовались системой Манселла. На рис. 10.10 показан цветовой круг, на котором пунктирными линиями представлены совокуп­ности цветов постоянного тона, но разной насыщенности, воспроизводимые данными красками. Точками с кружком и буквами Г, С, Ф и т.д. обозначены восемь опорных цве­тов системы, а точками и цифрами — промежуточные, т. е. входящие в каждую из восьми групп, 2,5 РВ; 5 РВ; 7,5 РВ и т. д. — символы Манселла (см. рис. 10.3).

В основе системы находится триада красок субтрактив-ного синтеза: желтая краска (на основе пигмента желтого прозрачного О), пурпурная (на основе лака рубинового СК) и голубая (фталоцианиновый Б43У). Кроме того, были использованы краски, обеспечивающие бинарные цвета, т. е. получаемые в обычных условиях наложением двух красок субтрактивного синтеза. Это — красная (пигмент ярко-красный 2С), зеленая (пигмент зеленый фталоциани­новый) и синяя (лак основной фиолетовый). Для того чтобы компенсировать потери насыщенности при смешении кра­сок указанных двух типов (они, как и другие, имеют погло­щение по всему спектру), применялось еще несколько кра­сок промежуточных цветов.

Образцы промежуточных цветов обеспечивают равно­мерное заполнение цветового пространства. В круге 8 опор­ных и 24 промежуточных, а всего 36, как их назвали авто­ры, базовых цветов.

Содержание раздела

---

---