Что такое колориметр L * A * B *?

Колориметры — это устройства, используемые для измерения цвета объектов. Они количественно определяют цвет с помощью различных цветовых систем и моделей. Одной из таких систем является цветовое пространство L*a*b*. Колориметр L*a*b* используется для измерения цвета в виде трех значений: L* для светлоты, a* для зеленого/красного и b* для синего/желтого.

Введение в цветовое пространство L*a*b*

Цветовое пространство L*a*b*, также известное как CIELAB или CIE L*a*b*, было разработано Международной комиссией по освещению (CIE) в 1976 году. Оно основано на теории оппонирующих цветов цветового зрения, которая гласит, что зрительная система человека интерпретирует цветовую информацию как пары светлый/темный, красный/зеленый и желтый/синий. Целью этого цветового пространства было создание стандартизированной, независимой от устройства модели для количественной оценки цвета, которая приближается к человеческому зрению.

Три координаты в модели L*a*b* представляют:

• L* — яркость в диапазоне от 0 (черный) до 100 (белый)
• a* — спектр зеленого/красного с зелеными отрицательными и красными положительными значениями
• b* — спектр синего/желтого с синими отрицательными и желтыми положительными значениями

В отличие от цветовой модели RGB, которая зависит от характеристик устройства, L*a*b* является абсолютным цветовым пространством, основанным на человеческом восприятии. Оно содержит все воспринимаемые цвета, не зависит от устройства и полезно для таких приложений, как управление цветом, сопоставление цветов и обработка изображений.

Принцип работы

Колориметр L*a*b* работает по принципу трехцветной колориметрии. Он использует три фильтра для аппроксимации реакции колбочек человеческого глаза, которые воспринимают красный, зеленый и синий цвета. Используются следующие фильтры:

• X – аппроксимирует x-полосу, реакцию на красный свет
• Y – аппроксимирует y-полосу, реакцию на зеленый свет
• Z – аппроксимирует z-полосу, реакцию на синий свет

Колориметр L*a*b* измеряет трехцветные значения X, Y и Z тестового образца. Затем эти значения преобразуются в координаты L*, a* и b* с помощью математических преобразований:

L* = 116(Y/Yn)^(1/3) – 16

a* = 500

b* = 200

Здесь Xn, Yn и Zn являются трехцветными значениями опорной белой точки, которая является источником света D65 в L*a*b*.

Компоненты колориметра L*a*b*

Основными компонентами типичного колориметра L*a*b* являются:

• Источник света — освещает образец, часто вольфрамовая лампа или светодиоды, имитирующие дневной свет
• Фильтры — фильтры X, Y, Z для имитации стандартного наблюдателя CIE
• Линза — фокусирует свет, отраженный от образца, на детектор
• Держатель образца — удерживает образец на месте для измерения
• Детектор — измеряет отфильтрованный свет, преобразует в электрические сигналы
• Процессор — преобразует сигналы в трехцветные значения, а затем L*a*b*
• Дисплей — показывает показания L*, a*, b*

Компонент	Функция
Источник света	Освещает образец
Фильтры	Фильтры X, Y, Z для имитации стандартного наблюдателя CIE
Линза	Фокусирует свет, отраженный от образца, на детектор
Держатель образца	Удерживает образец на месте для измерения
Детектор	Измеряет отфильтрованный свет, преобразует в электрические сигналы
Процессор	Преобразует сигналы в трехцветные значения, а затем L*a*b*
Дисплей	Показывает показания L*, a*, b*

Работа колориметра L*a*b*

Принцип работы колориметра L*a*b* следующий:

1. Источник света освещает образец, помещенный в держатель образца.
2. Отраженный свет фокусируется линзой на детекторе.
3. Фильтры X, Y и Z пропускают только красный, зеленый и синий свет соответственно.
4. Детектор измеряет отфильтрованный свет и преобразует его в три электрических сигнала, соответствующих трехцветным значениям X, Y и Z.
5. Процессор преобразует значения X, Y, Z в координаты L*, a* и b* с помощью математических преобразований.
6. Значения L*, a* и b* отображаются на экране.

Цвет образца полностью характеризуется тремя координатами L*a*b*. L* указывает на светлоту, a* указывает на зеленый/красный компонент, а b* указывает на синий/желтый компонент.

Применение колориметра L*a*b*

Некоторые основные применения колориметра L*a*b*:

• Контроль качества — Проверка постоянства цвета в таких продуктах, как текстиль, пластик, краски
• Соответствие цветов — Соответствие цветов между образцами или партиями для косметики, красок и т. д.
• Пищевая наука — Измерение изменений цвета во время приготовления, созревания, хранения в пищевых продуктах
• Сельское хозяйство — Определение зрелости, вкуса по измерению цвета фруктов, овощей, мяса и т. д.
• Судебная экспертиза — Определение цветовых оттенков для судебно-медицинского анализа
• Медицинские исследования — Изучение биологических образцы, такие как кровь, которые имеют цветовые индикаторы
• Косметические исследования — Оценка цвета, непрозрачности, прозрачности косметических продуктов
• Печать — Проверка и контроль цвета в процессах печати

Независимость от устройства и измерение, подобное человеческому восприятию, делают колориметры L*a*b* полезными во многих областях.

Преимущества колориметра L*a*b*

Некоторые ключевые преимущества колориметров L*a*b*:

• Независимость от устройства, обеспечивает абсолютное измерение цвета
• Моделирует восприятие цвета человеком
• Охватывает всю гамму видимых цветов
• Количественно определяет цвет с хорошей повторяемостью
• Позволяет легко обнаруживать небольшие различия в цвете
• Подходит для измерения отражающих и полупрозрачных материалов
• Полезен для образцов с визуальной текстурой и узорами
• Стандартизированная модель, данные L*a*b* совместимы между системами

Ограничения колориметра L*a*b*

Некоторые ограничения колориметров L*a*b* включают:

• Метамерия — разные спектры могут давать одинаковые значения L*a*b*
• Зависимость от источника света — значения L*a*b* различаются в зависимости от разных источников освещения
• Не подходит для источников излучения, таких как светодиоды, лампы, дисплеи
• Угол наблюдения не учитывается, подходит только для перпендикулярного измерения
• Трудно измерять очень темные цвета вблизи черного
• Высоконасыщенные цвета измеряются неточно
• Дорогой по сравнению с колориметрами RGB

Вывод

Колориметр L*a*b* — это универсальное устройство, которое обеспечивает стандартизированное, абсолютное измерение цвета, аналогичное человеческому восприятию. Он полезен для проверки и контроля цвета во многих отраслях. Благодаря независимому от устройства выходу и охвату всех воспринимаемых цветов он предлагает явные преимущества по сравнению с колориметрами RGB. Однако такие факторы, как метамерия, зависимость от источника света и угол обзора, ограничивают его использование в определенных приложениях. В целом, колориметрия L*a*b* — это ценный метод для точного и последовательного измерения цвета.