4. fejezet - Színtan

A kontraszt tehát segíti a látást a körvonalak kiemelése által. Azonban zavarhatja is a látást, ha túlságosan erős. Ilyenkor káprázásról beszélünk.

A káprázás különösen zavaró lehet az esti vezetésnél, amikor a szemből jövő kocsik reflektora valósággal elvakíthatja az embert egy rövid időre. Az idős emberek kontraszt érzékenysége nagyobb, mint a fiataloké. A CIE kétféle káprázást különböztet meg:

A pszeudo-izokromatikus teszt-könyvek olyan képgyűjtemények, amelyeket színes, kerek vagy szabálytalan alakú pontokból állítottak össze („pöttyös könyvek" vagy "babos könyvek”). Ezeken a képeken az átlag-megfigyelő bizonyos betűket, valamilyen számokat, vagy más alakokat lát kirajzolódni, míg ezek az ábrák a színtévesztők számára felismerhetetlenek maradnak. A pontok színei, amelyekből az alakot, illetve a hátteret kirakják, pszeudokromatikus párokat alkotnak. Ez azt jelenti, hogy világosságuk és szín telítettségük azonos, csak színárnyalatban különböznek egymástól (4.18. ábra). A vörös-zöld színtévesztés felismerésére szolgáló képeken általában narancssárga és sárga pontok alkotják a figurát, míg a háttér sárga és sárgászöld pontokból áll – vagy megfordítva. A tesztlapokat olyan festékkel nyomtatják, amelyeket speciális festékanyagból, direkt keveréssel állítanak elő, ezért ezeket az ábrákat nem lehet színes nyomtatással tökéletesen reprodukálni.

Nagyon fontos a tesztnél a megfelelő megvilágítás biztosítása. A legjobb megoldás halogén lámpa vagy kompakt fénycső alkalmazása. Azok a fénycsövek viszont, amelyek vonalas spektrumú fényt bocsátanak ki, ("neon-cső"), nem használhatók színlátás vizsgálatra. A megvilágítás diffúz, szórt fényű legyen, sem túl sötét, sem vakítóan világos. Ne legyen a vizsgált személlyel szemben vakító fényforrás, és ne világítsunk úgy, hogy a teszt-ábra csillogása zavarja a látást.

A vizsgálatok folyamán a kísérletben résztvevő személy lehetőleg 15-20 képet azonosítson. Ha a vizsgálat során kettőnél több hibát követ el, színtévesztőnek tekinthetjük. A pszeudoizokromatikus teszt csak egy a színtévesztés kiszűrésére alkalmas módszerek közül. A teszt alapján nem lehet a színtévesztés típusára és súlyosságára következtetni, bár fel lehet tételezni, hogy valaki, aki több képet is elvét, rosszabb színlátással rendelkezik, mint az, aki kevesebbet hibázott. A pszeudoizokromatikus tesztek elsősorban a színek közötti különbségtétel képességét ellenőrzik.

Legismertebb az Ishishara- (Japán), Velhagen- (Németország), Rabkin- (Oroszország) és Dvorine- (Amerika) pszeudoizokromatikus teszt-könyv.

A pszeudoizokromatikus teszt-könyv viszonylag olcsó és kezelése egyszerű. Segítségével mégis csak az állapítható meg, hogy valakinek a színlátása gyenge, vagy sem. A színtévesztés súlyosságának és típusának meghatározására azonban nem alkalmas.

A színtévesztés vizsgálatára a legismertebb és a legpontosabbnak tartott készülék az anomaloszkóp. A készülék elvét Lord Rayleigh dolgozta ki. Ismert típusa a Nagel-anomaloszkóp. A Nagel-anomaloszkóp látóterében a vizsgált személynek egy köralakú, kettéosztott látómező felső térfelére vetített vörös (R) és zöld (G) monokromatikus fényt kell összekeverni, mindaddig, míg a kevert szín a látómező alsó térfelére vetített "cél-színnel", azaz sárga monokromatikus fénnyel (Y) azonosnak tűnik (4.19. ábra). Ha a látómező felső és alsó felét azonos színűnek és azonosan világosnak látjuk, a mérőműszer kijelzőjén a színtévesztés az R/G vörös-zöld viszony, és a sárga cél-szín Y intenzitása olvasható le. A keveréshez alkalmazott színek mennyiségéből következtetni lehet a színlátásra, illetve a vizsgált személy színtévesztésének fokára. Normális színlátású résztvevők esetén a műszer R/G = 45 és Y=15 értéket mutat.

A legidősebb anomaloszkópok egyike a Schmidt-Haensch gyár Nagel-anomaloszkópja. Ennél egy izzólámpa gondoskodik a megvilágításról, amelynek fényét vörös, zöld és sárga színszűrőn keresztül vetítik be a látómezőbe.

Egy modernebb variációt jelent a Heidelbergi anomaloszkóp, amelynek mérési adatai számítógépre vihetők, de a műszer számítógép nélkül is üzemeltethető. Fényforrásként vörös, zöld és sárga LED szolgál (4.19. ábra).

Ma a legmodernebb változat az OCULUS cég HMC anomaloszkópja. Csak számítógéppel üzemeltethető.

A japán Tomey anomaloszkóp nemcsak a Rayleigh színkeverést (vörös + zöld = sárga), hanem a Moreland színkeverést (kék + zöld = türkiz-zöld) is lehetővé teszi, ezáltal több információt szolgáltat a színtévesztésről mint a normál anomaloszkóp.

Az anomaloszkóp mérési eredményét a diagnózis meghatározásához ki kell értékelni. Egyetlen színegyeztetés alapján nem lehet megbízható diagnózist felállítani. Meg kell határozni, hogy milyen R/G értékeknél tudja a vizsgált személy egyformára beállítani az alsó és a felső mező színét. A súlyos színtévesztők (protanópok és deuteranópok) minden R/G mellett be tudják állítani a színegyezést.

A kiértékelés a vizsgált személy által beállított vörös-zöld arány és a sárga mező világossága alapján történik. A diagnózis adatai a (4.20. ábra) ábrán láthatók.

Az anomaloszkóp kezelése és a mérési adatok kiértékelése komplikált, viszont pontos, számszerű mérési eredményt ad a színtévesztés fokáról és típusáról. Ára igen magas, az egyéb igényes látásvizsgáló műszerekéhez hasonlóan.

Az Anomal Tester műszer három szín-egyensúly megkeresése alapján működik. A műszerben 3 LED van: vörös, kék és zöld. A vizsgált személynek három szín-egyensúlyt kell meghatározni:

A műszerrel még egy vizsgálatot lehet végezni: sárga háttérszín közepén észre kell venni egy vörös pöttyöt. A protanomáliás vagy protanóp személyek sokkal nehezebben fedezik fel a vörös pöttyöt, mint a normál színlátók.

A beállított adatok alapján számítógépi programmal lehet meghatározni a színtévesztés típusát és súlyosságát. A műszer a (4.21. ábra) ábrán látható.

A műszer LED-jeinek spektrális emissziója a (4.22. ábra) ábrán látható. Érdekes megfigyelni, hogy a LED-ek teljesítményének csökkentése során a spektrális maximum hely kismértékben megváltozik, de még 10 % teljesítmény alatt sem nagyobb ez a változás, mint 4 nm.

A kutatás évei alatt a színlátás vizsgálatára számos új módszert és műszert fejlesztettünk ki. Ezek közül a gyakorlatban a Színlátás Vizsgáló Atlasz vált be legjobban. A színlátás képesség vizsgálatára szolgáló Atlasz egy sor pszeodoizokromatikus tesztképet tartalmaz. Ezek az Ishihara könyvhöz hasonlóan színes pöttyökből vannak összeállítva. A tesztképeken a páciensnek nem számokat vagy betűket kell felismerni, hanem "Landolt C" képeket. A C betűk nyílása véletlenszerűen 8 különböző irányban helyezkedhet el, és a vizsgált személynek csak azt kell megmondani, hogy merre látja a nyílást. Így kiküszöböljük a pszeudoizokromatikus teszteknek azt a hibáját, hogy gyakran a színtévesztőkhöz sorolják a diszlexiában szenvedő, de egyébként jó színlátású pácienseket. Ezeknél a személyeknél a számok vagy betűk felismerési hibája nem a színlátás gyengeségéből, hanem az olvasási nehézségből adódik.

A Színlátás Vizsgáló Atlasz három sorozat képet tartalmaz. A sorozatok egyre nehezebbé váló sorrendben tartalmaznak pszeudokromatikusan kidolgozott képeket. Az első képeken a pontok színe nagymértékben különbözik a háttérben lévő pontokétól, a kép könnyen felismerhető. Ezután képről-képre csökken a színkülönbség, és az utolsó képen a színkülönbség olyan csekély, hogy ezt a képet már csak rendkívül jó színérzékkel megáldott személyek képesek felismerni.

Az első sorozat a vörös-zöld szín megkülönböztetési hiba súlyosságának meghatározására szolgál. A második sorozat a vörös érzékeny receptor (Protos) és a harmadik sorozat a zöld színre érzékeny receptor (Deuteros) hibájának kimutatására szolgál. (4.23. ábra). Aki a második sorban hamarabb hibázik, mint a harmadikban, az protanomal vagy protanop, aki a harmadik sorban hibázik hamarabb, mint a másodikban, az deuteranomál, vagy deuteranop.

Az Atlasz ezzel a három sorozattal lehetővé teszi a vörös-zöld szín megkülönböztetési hiba súlyosságának, és a színtévesztés típusának megállapítását is. Az Atlasszal tehát teljes diagnózist állíthatunk fel, és ennek alapján ki tudjuk választani a megfelelő korrekciós szemüveget is. Az eredmények az esetek 96 %-ában azonosak az anomaloszkopos mérési eredményekkel. Az Atlasz segítségével a korrekciós szemüveg által elért javulás is kimutatható. A mérés kb. 10 percet vesz igénybe, és a színtévesztők játéknak tekintik és szórakoztatónak tartják.

A korrekciós szemüveg javító hatása már a vizsgálatok folyamán, a lencsék próbájánál beigazolódik.

Az esetek 95 %-ánál (főleg a deuteranomália eseteknél) a színmegkülönböztetés képesség a korrekciós szemüveg hatására javul. Míg a javító-szemüveg nélküli színtévesztők már az első (a legkönnyebben felismerhető) képeknél is bizonytalanok lesznek, a szemüveggel korrigált színtévesztők, az egészséges színlátásúakkal azonosan, csaknem az utolsó (legnehezebben azonosítható) képig felismerik a tesztképeket.

Az Ishihara-tesztnél a vizsgált személyeknek átlag 20 számjegyet mutatunk be. A korrigálás nélküli színtévesztők ezekből általában csak 4-5 számot ismernek föl, míg azok, akik viselik a színtévesztést korrigáló szemüveget, általában 20, de legalább 19 számot képesek felismerni.

A színazonosítás-képesség javulása általában nem következik be látványos gyorsasággal. Először meg kell tanulni az új színárnyalatokat – amelyeket eddig a színtévesztő még sohasem látott – a javító-szemüveggel nézni és felismerni.

A színtévesztőknek mindössze kb. 4 %-át kitevő gyenge-színlátók (főleg protanópok) állapota nehezen javul, de a megfelelő korrekciós szemüveg alkalmazásával még ezeknél a pácienseknél is jelentős javulás érhető el.

A színtévesztés típusától és súlyosságától függően már a szemüveg felvétele pillanatában azonnal jelentős javulás mutatható ki. Azoknál a személyeknél, akik csak kicsit vagy közepesen színtévesztők, a szín megkülönböztetés gyorsan javul, míg azoknál, akik súlyosabb mértékben színtévesztők, csak később várhatunk eredményt, bizonyos szín-tanulási gyakorlat után. A rendszeres szemüvegviselés a korrekció eredményességét tovább fokozza, ezért célszerű a szemüveget minél többet viselni és közben figyelni a színeket - gyakorlással segíteni a színek megkülönböztetését és felismerését. Rossz megvilágítású helyiségekben, vagy éjszakai vezetésnél viszont nem ajánljuk a szemüveg viselését, mivel a beeső fényt a színszűrő némileg csökkenti. Egyéb esetekben - a TV-nézéstől a számítógépes munkáig – előnyös a viselése, mindenütt, ahol a színes látás fontos.

A sugárzott mennyiség Φ _e (λ) spektrális sűrűsége: a spektrális eloszlásnak egy megadott hullámhosszat tartalmazó elemi sávba eső része és a sáv szélességének hányadosa:

, ahol λ a fény hullámhossza

A Φ _e (λ) spektrális eloszlás: a sugárzást jellemző mennyiség spektrális sűrűség értékei a hullámhossz függvényében (4.25. ábra).

Ha egy anyag fényt bocsát ki, Φ(λ) spektrális emisszióról, ha fényt bocsát át, τ(λ) spektrális transzmisszióról, ha fényt ver vissza, ρ(λ) spektrális reflexióról és ha fényt nyel el, α(λ) spektrális abszorpcióról beszélünk.

Ha egy felületre Φ fény mennyiség esik, annak egy részét az anyag átereszti (Φ _τ ), egy másik részét visszaveri (Φ _ρ ), és egy részét elnyeli (Φ _α ). (4.26. ábra)

A fény-színek intenzitása a fényforrás fényerejétől függ. Mivel a szemünk fényadaptációs képessége gyors és 10..16 nagyságrend nagyságú, a fény színek világosságát csak egymáshoz viszonyítva, relatív világosságként tudjuk értelmezni. A spektrálisan tiszta színek nagyon élénkek, telítettek, a széles spektrális reflexiós görbéjű színek fakóbbak, telítetlenebbek.

A festék-színek előállításánál valamilyen színező anyagot (színezéket) szoktak összekeverni fehér színezékkel, ha világosítani akarják a színt, és fekete színezékkel, ha sötétíteni akarják. Mindkét esetben csökken a szín élénksége, tisztasága, telítettsége. Itt tehát a világosság és a telítettség között szoros összefüggés van.

A CIE additív színkeverési kísérletek alapján meghatározott függvények segítségével írja le a színeket.

Grassmann törvényei alapján három független alapszínből (pontosabban alapszín ingerből) bármely szín additív módon kikeverhető. A három alapszín tetszőlegesen választható, csak függetlenek legyenek, vagyis egyiket se lehessen a másik kettőből kikeverni. A legfüggetlenebb három alapszín az a három szín lenne, amelynek egyike csak a vörös-, másik csak a zöld- és a harmadik csak a kékérzékeny receptort ingerelné.

A CIE által választott alapszínek a λ ₁ =700 nm hullámhosszúságú vörös (R), az λ ₂ =546,1 nm-es zöld (G) és a λ ₃ =435,8 nm-es kék (B) spektrumszín volt.

Kísérletekkel megállapították, hogy ha a választott piros, zöld és kék alapszíneket rendre

arányban keverik, akkor olyan fehér szín adódik, amely azonosnak tűnik az egyenlő energiájú fehér fényforrás színével. (Egyenlő energiájú fényforrásnak azt a fényforrást nevezzük, amelynek spektrális teljesítmény-eloszlása állandó, azaz 380-tól 780 nm-ig egyenlő hullámhossztartományokban a kisugárzott teljesítmény ugyanakkora.)

Ezeket az arányszámokat tekintjük az alapszín ingerek egységnyi (R), (G) és (B) mennyiségének.

Az alapszínek egységei:

Ilyen megállapodással 1 egységnyi piros + 1 egységnyi zöld + 1 egységnyi kék keveréke 1 egységnyi (1 lm) fehér. Ezek a számok éppen az előbbi arányban állnak egymással, és összegük éppen 1.

Általában pedig, ha egy szín kikeveréséhez r, g, ill. b egységnyi kell az alapszín ingerekből, akkor a kapott szín világossága

Az itt szereplő r, g és b együtthatók az L világosságú szín trikromatikus jellemzői.

Miután ismertek az alapszín ingerek egységei, kísérletileg meg lehetett határozni, hogy ezekből milyen arányban lehet kikeverni a spektrumszíneket. Ezeket a méréseket Wright és Guild el is végezte 1928-1931-ben. Jó színlátású kísérleti személyekkel végezték a méréseket. Olyan mérőműszert alkalmaztak, amelynek eltűnő éles látómezejének egyik felébe felváltva, 5 nm-enként egymás után λ _m hullámhosszúságú monokromatikus fényt vetítettek be („cél-fény”), míg a másik felébe a három monokromatikus alap-színt („keverő fények”). A kísérleti személynek a három alapszín mennyiségét úgy kellett beállítani, hogy összegük színe megegyezőnek látsszon a cél-fény színével. Ilyenkor a látómező két felét elválasztó vonal eltűnni látszik (4.50. ábra).

Legyen a jobb oldali változó hullámhosszúságú fény mennyisége (intenzitása) a mérések során állandóan egységnyi. Jelöljük ezt a fényt Q(λ)-val. A bal oldalon r mennyiségű vöröset, g mennyiségű zöldet (G) és b mennyiségű kéket (B) kell összekeverni, hogy azonos színűnek tűnjön Q(λ)-val.

Azonban a három alapszín keveréke mindig fakóbbnak tűnt a monokromatikus cél-fénynél. Ezt a problémát úgy oldották meg, hogy a három keverő fény egyikét mindig a célfényhez vetítették be, és ez által ez az oldal is fakóbb lett.

A folyamatot most az alábbi egyenletek írják le annak megfelelően, hogy melyik alapszínt kellett a másik oldalra vetíteni be az egyezés létrehozásához.

A fenti egyenleteket Q(λ) –ra rendezve a keverő fények egyike minden esetben negatív lesz.

A spektrum minden hullámhosszához három érték tartozik: r, g és b. Ilyen arányban kell az R, G és B alapszín ingereket keverni ahhoz, hogy a tetszés szerinti λ hullámhosszúságú Q(λ) spektrumszínnel azonosnak tűnő színt megkapjuk.

A színkeveréshez felhasznált alapszínek mennyiségét diagramban ábrázolták, és a diagram görbéit CIE RGB rendszerbeli szín megfeleltető függvényeknek nevezték. A szín megfeleltető függvények jele:

Az RGB rendszerben a szín megfeleltető függvények a (4.51. ábra) ábrán láthatók.

A (4.51. ábra) ábrán ugyan nem jól látható, de a három koordináta valamelyike valóban mindig negatív előjelű. Negatív fénymennyiséget viszont nem lehet egy másik fényhez hozzákeverni. Ez azt jelenti, hogy egyetlen spektrumszínt sem lehet az alapszínekül választott három spektrumszínből additív módon, közvetlenül kikeverni.

Ha az alapszíneket egy háromszög sarkain helyezzük el, az additív színkeverékek színpontjai a háromszög területén belül helyezkednek el. A negatív színek a háromszögön kívül találhatók (4.52. ábra)

Az R, G és B alap színingerek pontjait összekötő egyenesek által körülzárt területen belül azoknak a színeknek a színpontjai vannak, amelyek kikeverhetők ezen alapszín ingerek pozitív értékeiből. Az ezen területen lévő színek színpontjai negatív értékeket is tartalmaznak.

Számítástechnikai szempontból a CIE célszerűnek találta, hogy az (R), (G) és (B) alapszín ingerek helyett minden valóságos színre kizárólag pozitív értékeket adó alapszín ingereket válasszanak. Ez csak abban az esetben valósulhat meg, ha olyan új alap szín ingereket választanak, amelyek az R, G és B alapszín ingereken kívül található spektrum-vonalon kívül esnek. Az új (X), (Y), (Z) alapszíneket úgy kell megválasztani, hogy az általuk alkotott háromszög teljesen körülzárja a spektrumszínek vonalát, és a bíborvonalat. Így az RGB rendszerhez hasonlóan alkotott új XYZ rendszerben minden valóságos szín jellemző értékei pozitívak lesznek.

Ilyen befoglaló háromszöget sokféleképpen lehet választani. Ezért még az alábbi követelményeket állították fel:

A 3. követelményt úgy elégítjük ki, hogy a háromszög másik két oldalául a spektrumvonal egy-egy érintőjét vesszük. A spektrumvonal vörös része majdnem egyenes, ezért a végén, a 700 nm- es pontban rajzolt érintőt választották. A spektrumvonal másik oldalán D.B. Judd javaslatára, a 4. követelmény minél jobb megközelítéséhez azt az érintőt választották, amely az 504 nm-s pontban érinti a spektrumvonalat. Ez a befoglaló háromszög kielégíti az összes követelményt. (4.53. ábra).

Annak érdekében, hogy az X, Y és Z tengelyek derékszögű koordináta rendszerben legyenek ábrázolhatók, még egy transzformációt hajtottak végre (4.54. ábra).

Az X, Y és Z új, virtuális alapszín ingereket az R, G és B alapszínekből a CIE az alábbi képlet szerint egy lineáris transzformációval a hozta létre:

Megjegyezzük, hogy a fenti értékekből számított egyenes nem érinti szigorúan a spektrumvonalat 504 nm –nél, de hozzá nagyon közel halad el.

Az X, Y, Z alapszínek a spektrumvonal területén kívülre esnek. Ezek tehát nem valóságos színek, hanem képzetesek. Belőlük ténylegesen nem lehet színeket kikeverni. Ha azonban az R, G, B alapszínekből kikevertünk egy színt, amelynek komponensei R, G, és B, akkor a transzformációs egyenletrendszerrel kiszámíthatjuk ennek a színnek az X, Y és Z összetevőit.

A transzformáció természetesen visszafelé is elvégezhető. Az X, Y és Z értékekből a következő képen meghatározható R, G és B.

Az új, nem valóságos (képzetes) X, Y és Z alapszín ingerek alkalmazása esetén a színmegfeleltető függvények csak pozitív értékekből állnak (4.55. ábra).

A CIE színmérő számokat – a színösszetevőket – a színmegfeleltető függvények segítségével a már korábban definiált φ(λ) szín-ingerfüggvény ismeretében az alábbi összefüggések szerint határozhatjuk meg.

        A φ(λ) szín-inger függvény – a szemünkbe jutó, a szín-élményt kiváltó fény – elsősorban a fényforrás színétől függ, de ha színes felületről visszaverődve vagy színes közegeken áthaladva jut a szembe, akkor spektrális összetétele módosulhat: Emlékeztetőül felidézzük a korábban ismertetett színinger függvényt:

        φ(λ) = Ф(λ) * ρ(λ) * τ(λ)

ahol

A φ(λ) szín-inger függvény alapján határozhatjuk meg a szín X, Y és Z színösszetevőjét:

Ahol k egy normalizáló tényező. A normalizáló tényező biztosítja azt, hogy az egyenlő energiájú fehér fény, vagy pedig az ideálisan fehér felület esetén X = Y = Z = 100 legyen.

Az X, Y, Z színösszetevőkből az x, y, z színkoordinátákat az alábbi módon határozhatjuk meg:

A (4.56. ábra) ábrán látható az xyY színháromszög, azaz a CIE színezeti diagram (népszerű nevén „papucsdiagram”). Ez a diagram a CIE x, y, z színkoordináták kétdimenziós ábrázolása. Vízszintes tengelyén az x, függőleges tengelyén az y koordináta található. A z koordináta ábrázolására nincs szükség, mivel a három színkoordináta nem független egymástól, hiszen:

Valamely szín helyét a koordináta rendszerben az x, y színkoordinátákkal, világosságát az Y színösszetevővel adják meg.

A színezeti diagram határoló vonalán a 780 nm-s vöröstől a 380 nm-s ibolyáig a spektrumszínek láthatók („spektrum-vonal”). A vörös és a kék határpontot összekötő egyenes a „bíbor-vonal”. Az x = 0,33, y = 0,33 pontban van a fehér szín. A fehér szín pontján átfektetett egyenesek végpontjain helyezkednek el a kiegészítő színek, amelyekből mindig kikeverhető a fehér (vagy szürke) szín. A fehér pont környezetében találhatók a fakó, telítetlen színek, míg a spektrum-vonal közelében az élénk, telített színek.

A CIE színezeti diagram világossága az egész diagram területén Y=100.

A CIE xyY szín rendszer sok szempontból jónak bizonyult:

Azonban van ennek a rendszernek egy hibája, amelyre MacAdam mutatott rá. Ő újabb színkeverési méréseket folytatott a szín-tér 25 pontjában. A színeket különböző monokromatikus szín-párokból kevertette ki a kísérletben résztvevő jó színlátású személyekkel. Azt tapasztalta, hogy a mérési bizonytalanságból eredő szórási ellipszisek a színtér különböző területein egymástól nagymértékben eltérnek, vagyis a szín-tér nem egyenletes. Ennek pedig kellemetlen következménye az, hogy ebben a rendszerben a színek tűrésezése (a megengedett hibák definiálása) nehéz és bonyolult. Minden színnek minden irányban más a megengedett hibája (4.57. ábra)

Ezért az xyY színtér új meg új transzformációjával próbálták egyenletesebbé tenni a CIE színrendszert. Több mint 20 új szín-rendszert vezetett be a CIE (Pl. FMC2, CIE LAB, CIE LUV, CIE L*a*b*, CIE L*u*v*, stb). Ezek közül jelenleg a CIE L*a*b* színrendszer a szabványos.

A CIE L*a*b* színrendszer alapja a CIE X, Y és Z szín összetevő. Ezek alapján definiálják a CIE L, a* és b* színkoordinátát:

Ahol

Mivel ez a színtér érzet szerint egyenletesnek tekinthető, a szín különbségeket (és a színek megengedett eltéréseit) az egész színtérben azonos módon, a térbeli Pythagoras tétel alkalmazásával határozhatjuk meg.

Ahol az érzékelt színkülönbségek nagysága:

A CIE L*a*b* színrendszer – mint minden szín rendszer – továbbra is három dimenziós. Ábrázolása a (4.58. ábra) ábrán látható.

Az első színegyeztető méréseket a CIE szakemberei 2°-os látómezőben végezték, mivel a retinán 2°-on belül nem találhatók pálcikák, csak csapok, és így a színlátás 2°-on belül egyenletesnek tekinthető. A CIE 1931-es adatok tehát 2° látómezőre vonatkoznak.

1962-ben a CIE újabb mérések alapján újabb adatokat szabványosított. Ezeket az adatokat 10°-ban végzett mérések alapján hozták létre. Igaz, hogy 10°-ban a retinán a középrésztől kifelé fokozatosan egyre több pálcikát találunk, de a 10°-os látómező a gyakorlatban mégis jobban bevált, mert a színeket inkább 10°-ban és nem 2°-ban figyeljük meg. Ezek az adatok a CIE 1962-es néven ismeretesek.

Normál színmérő észlelőnek nevezzük azt a képzeletbeli személyt, akinek a színlátása kielégíti a CIE színmegfeleltető függvényeket.

A CIE színmérő rendszer egyik alap pillére a spektrális fényhatásfok függvény (relatív világossági vagy luminozitási függvény). Jele V(λ), de gyakran V _λ – val is szokták jelölni. A V(λ) függvény a látórendszerünk által a spektrum színekhez (monokromatikus színekhez) rendelt világosság érzetet írja le. A nappali látó rendszer (a csapok) V(λ) függvénye eltér az esti látó rendszer (a pálcikák) V’(λ) függvényétől (4.59. ábra).

A nappali fotopicus látás V(λ) függvényének maximuma 555 nm-nél van, éppen ott, ahol a napsugárzás energia eloszlásának maximumát találjuk, Az esti scotopicus látás V’(λ) függvényének maximuma pedig a Hold fényének maximuma közelében, 507 nm-nél található. A szürkületi mezopikus látásnál a V(λ) és a V’(λ) függvény különböző arányú keverékeivel számolhatunk.

Az esti látás ~ 1600-szor érzékenyebb, mint a nappali látás

A fényforrások színének mérésénél fontos szerepe van a Planck-féle fekete sugárzónak (fekete testnek). A fekete test sugárzása ugyanis a sugárzások spektrális teljesítmény eloszlásának etalonja. A Planck által létrehozott fekete test egyetlen példánya a National Physical Laboratory-ban, Párizsban található.

A fekete test olyan hőmérsékleti sugárzó, amely minden ráeső sugárzást teljesen elnyel, függetlenül a sugárzás hullámhosszától, beesésének irányától vagy polarizációs állapotától.

Megvalósítása: gondosan hőszigetelt, fekete belső felületű platina cső, indukciós fűtéssel.

A (4.60. ábra) ábrán a fekete test sematikus ábrája látható.

Az ábra jelölései:

A fekete test sugárzásának spektrális teljesítmény eloszlása a test T hőmérsékletétől függ az alábbi összefüggés („Planck-formula”) szerint:

Ahol

A sugárzás spektrális teljesítmény eloszlása a hullámhossz függvényében különböző hőmérsékletek mellett a (4.61. ábra) ábrán látható.

A fekete test színe a CIE színezeti diagramban is ábrázolható. A hőmérséklet függvényében a fekete test színe változó; alacsony hőmérsékleten (kb 1000 K° mellett) narancssárga, 3000 K°-nál sárga, 6000 K°-nál fehér, majd a még magasabb hőmérsékleteken kékes színű. A különböző színű pontokat a Planck sugárzó vonala köti össze (4.62. ábra).

A fényforrások színének meghatározása a fekete sugárzóval való összehasonlítás alapján történik.

A színhőmérséklet a fekete sugárzó azon hőmérséklete, amelyen sugárzásának színessége azonos a jellemzett sugárzás színességével. (Figyelem! Csak folyamatos, a fekete sugárzóéhoz hasonló spektrumú sugárzó jellemezhető a színhőmérséklettel!) Ha az adott sugárzó színpontja a Planck sugárzó vonalára esik, a színhőmérsékletet a Planck sugárzó vonalán feltűntetett hőmérséklettel jellemezzük. A színhőmérséklet mértékegysége: K (Kelvin) – Vigyázat! Nem fok, csak Kelvin!

A különböző színhőmérsékletekhez tartozó színek a CIE színességi diagramban ábrázolhatók. Ezek a színek a Planck sugárzó vonalán találhatók.

Korrelált színhőmérséklet a fekete sugárzó azon hőmérséklete, amelynek színpontja a CIE színezeti háromszögben legközelebb található a jellemzendő sugárzás színpontjához. Ha az adott sugárzó színpontja nem a Planck sugárzó vonalára esik, akkor a Planck sugárzó vonaláig a megfelelő korrelációs egyenesen haladunk, és ahol a korrelációs egyenes metszi a Planck sugárzó vonalát, ott olvassuk le a korrelált színhőmérséklet értékét (4.63. ábra).

A színes felületet megvilágító fényforrás színe jelentősen befolyásolja a színes felületek színét. Ezért a CIE meghatározott néhány sugárzás eloszlást, amelyek mellett a méréseket végezni kell. Ezek a következők:

A színvisszaadás a fényforrások egyik fontos jellemző tulajdonsága, amely azt mutatja meg, hogy az adott fényforrás fényével megvilágított színes felület színei mennyire helyesen jelennek meg. Helyesnek tekintjük az egyenlő energia eloszlású fényforrással megvilágított felület színeit, és a fekete test fényével megvilágított felület színeit (függetlenül a Napfény pillanatnyi színhőmérsékletétől).

Definició szerűen a színvisszaadás az adott fényforrás és egy tökéletes színvisszaadású referencia fényforrás által megvilágított azonos színes felület színingereinek összehasonlításával jellemezhető. A színingerek képzésénél figyelembe kell venni a szem színadaptációját az adott fényforráshoz. A színvisszaadás jellemzője:

Az általános színvisszaadási indexet tehát több színmintára meg kell határozni ahhoz, hogy ezekből egy általánosan jó értéket képezhessünk, a CIE 8 halványabb és 6 rikítóbb színmintát szabványosított.. Ezeket a színmintákat régebben zománc színetalonok formájában elküldték a fényforrás gyártóhoz, hogy minősíthesse a fényforrását. A szabványos CIE színminták:

Speciális igények esetére szolgál a további 6 színminta.

A szabványos CIE színminták színpontjai a CIE színezeti diagramban a (4.64. ábra) ábrán láthatók.

A (4.64. ábra) ábrán látható, hogy a színminták színpontjai a fehér-pont közelében vannak, tehát meglehetősen telítetlenek, fakók. A fakó színek spektrális reflexió görbéi lankásak, tehát a fényforrásnak a referencia-fényforrástól való eltéréseit nem mutatják ki érzékenyen, A hat speciális színminta már élénkebb színekből áll, ezért a fényforrásokat ezekkel szigorúbban lehet minősíteni.

Az R_a általános színvisszaadási indexet az R_i egyedi színvisszaadási index átlagaként lehet meghatározni:

Az R_a színvisszaadási index számítással történő meghatározása az alábbi folyamatábra szerint történik (4.65. ábra):

Az R_i meghatározásához nincs is szükség magukra a színmintákra, csupán spektrális reflexiójukra. A vizsgált fényforrás spektrális teljesítményeloszlásából és a referencia fényforrás spektrális teljesítményeloszlásából, továbbá a vizsgált színminta spektrális reflexiójából számítástechnikailag meghatározhatjuk a színkülönbségre jellemző ΔE értékeket.

Az egyes színmintákra vonatkozó ΔE értékeket 100-ból levonva kapjuk meg az (R_i) értékeket.

Az (R_i) értékek átlagaként meghatározható az R_a értéke.

Albert H. Munsell egy több ezer színmintából álló gyűjteményt hozott létre.

Munsell (1859-1918) amerikai festőművész volt, rajzot, művészi kompozíciót és anatómiát tanított a Massachusetts Normal Art School-on. Színminta gyűjteményének tagjait kézzel festették, és kézzel ragasztották kartonlapokra. Ez utóbbi műveletet mind a mai napig kézzel végzik. A Munsell színminta atlasz a legpontosabb, legmagasabb minőségű (és legdrágább) színminta gyűjtemény. Színmintáinak színét több mint egy évszázadon keresztül változatlanul elő tudják állítani. Természetesen, mint minden festett színes felület, ezek a színminták is fakulhatnak, piszkolódhatnak magas hőmérséklet, nedvesség vagy fény hatására, ezért lehetőleg légkondicionált helyen, sötétben kell tárolni azokat.

A Munsell színminta atlasz szín észleleten alapul, így három szín-jellemzője a Munsell-világosság, a Munsell-színezet és a Munsell-króma, ez utóbbi a telítettség megfelelője.

A Munsell-világosság a felület-színek fényvisszaverő képessége olyan skálán, amely 0-tól 10-ig terjed. A tökéletesen elnyelő (ideális fekete) felület Munsell-világossága 0, míg a tökéletesen szórtan visszaverő (ideális fehér) felületé 10. A két szélsőérték között a skála vizuálisan egyenközűnek látszik. A Munsell világossági skála az egész világon elfogadott legegyenközűbb világossági skála! A világosság jele az angol Value szóból V. Az akromatikus (szürke) színeket a Munsell Atlaszban N betűvel jelölik, a Munsell-világossági skála közepén lévő akromatikus színminta jele N 5,0.

Általában a szürke színek nem teljesen neutrálisak, hanem van valamilyen enyhe színességük, vagyis Munsell-krómájuk nem teljesen 0,0. Ha egy színminta Munsell-krómája kisebb 0,5-nél, akkor N szürke besorolást kap, de jelzésében egy / jel után zárójelbe írják a 0,0-tól eltérő Munsell-króma értékét és színét. Például N = 8,7/(B0,3) egy kicsikét kékes tónusú szürke színt jelent.

A Munsell-króma a felület-színek jellemzője. Definíciója szerint a Munsell-króma az ugyanolyan Munsell-világosságú akromatikus (0 krómájú) színtől mért távolság olyan skálán, amelynek osztása ( a Munsell-színezettől függetlenül) érzékelés szerint közel egyenletes. Jele az angol Chroma szóból Ch. Bizonyos mértékben a Munsell-króma a telítettséggel korrelációban van. A telítettség legnagyobb értéke mindig 100 %, de ezt az értéket a gyakaorlatban egyetlen festett színminta sem éri el, mert a festékek szinezékeinek mindig van egy kis szennyezettsége. A Munsell-króma elérhető maximuma mindig függ a színezettől és a világosságtól is.

A Munsell-színezet a színészleletnek megfelelő tulajdonságot jellemzi. Jele az angol Hue szóból H.

A Munsell színminták színei szigorú rendszer szerint követik egymást. A Munsell-színezeti skála 5 alapszínből és 5 keverék-színből áll. Az alapszínek és a keverék-színek között még további 10-10 színárnyalat helyezkedik el, így a Munsell-színezet összesen 100 színárnyalatot különböztet meg. Az alapszíneket és a keverék-színeket a következő képen jelölik:

A Munsell-színeket egy szín-kör mentén szokták elhelyezni (4.66. ábra és 4.67. ábra).

A Munsell színminta gyűjtemény teljes ábrázolása azonban csak három dimenziósan lehetséges, mivel három színjellemző szerint kell rendezni a színeket. Ha a szín-körre merőlegesen ábrázoljuk a színminták világosságát, akkor egy hengeres szín-testhez jutunk. Ennek külső palástján helyezkednek el a legtelítettebb színek, lent a sötét, fent a világos árnyalatok és körben a különböző színezetek. A henger tengelyén helyezkednek el az akromatikus (szürke) színek a feketétől a fehérig, a henger belsejében pedig belülről kifelé az egyre telítettebb színek (4.68. ábra).

A valóságos Munsell szín-test viszont nem lesz olyan szabályos, mint a 4.68. ábra, mert teljesen telített árnyalatokat nem tartalmaz. Nem is tartalmazhat, mert ilyeneket nem lehet előállítani. Teljesen tiszta pigmenteket ugyanis nem lehet gyártani, mindig van bennük több-kevesebb szennyezés, ami telítetlenebbé teszi a festéket (4.69. ábra).

Ezt a színrendszert elsőként a német fiziológus, Ewald Hering dolgozta ki, és Svédországban vezették be 1979-ben. Alapja a három opponens szín-pár: fekete-fehér, vörös-zöld és kék-sárga. Ezek alapján 40 színárnyalatot és azon belül 10-10 fokozatot, tehát összesen 400 színt definiáltak. Az NCS színkör a (4.70. ábra) ábrán látható.

Az NCS színrendszert 4 alap-színre építették fel, ez az érzet szerinti 2-2 ellentétpár, vagyis a vörös és a zöld, valamint a sárga és a kék. Ezek közé 9-9 átmeneti színárnyalatot helyeztek el, így az NCS színkörön összesen 40 alapszínt találhatunk. Ezeknek fehérrel vagy feketével kevert árnyalatai alapján az NCS színminta gyűjtemény több ezer színárnyalatból áll.

A színminta gyüjtemény festett színmintáit egy album lapjain helyezték el. Minden színárnyalat külön lapra került, amelyen a minták világossága alulról felfelé 100 fokozatban változik, míg telítettsége a bal oldali függőleges világossági tengelytől kifelé fokozatosan növekszik. Ezen a tengelyen találhatók a neutrális (szürke) színek (4.71. ábra).

Az NCS szín-test a világossági tengelyre felfűzött színes lapok összessége, tehát egy kúpos forgástest

A színeket az NCS-ben is színezetükkel, világosságukkal és telitettségükkel jellemzik. Például:

       

Ahol

Ostwald színrendszere az első tudományos igényű, harmóniákon alapuló színrendszer.

Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932) - német származású, Nobel-díjas kémikus - nyugdíjas éveiben sok egyéb között színtannal is foglalkozott. Az Ostwald-féle színatlasz 1917-ben jelent meg.

A színrendszer 24 tiszta, a lehető legszínezet-dúsabb festékkel festett alapszínre épül fel. Ezek 1:4, 2:4 ill. 3:4 arányú keverékeiből további 3-3- színárnyalat hozható létre. Így a teljes színkör összesen 96 tiszta (azaz maximálisan színezet dús) alapszínből áll. Ebben a színkörben egymással szemben találhatók a kiegészítő színek, amelyeknek additív keveréke fehér vagy szürke színt eredményez (4.72. ábra). Például az 1. szín a 13-nak, a 3. szín a 15-nek kiegészítő színe. A kiegészítő színek harmonikus színpárt alkotnak.

A tiszta színekből fehér és fekete hozzáadásával hozhatók létre a világosabb illetve a telítetlenebb színek. Az Ostwald Szín-Atlasz egy-egy lapján az egyik alapszínhez tartozó, fehérrel illetve feketével kevert színárnyalatok találhatók. Ezek – éppen úgy, mint az NCS színrendszerben - a függőleges világossági tengelyre támaszkodó háromszögben helyezkednek el. A tengelytől kifelé haladva itt is az egyre telítettebb színek találhatók, az alsó részen a feketével kevert sötétebb, a felső részen a fehérrel kevert világosabb színárnyalatok helyezkednek el. A kiegészítő színek gyűjtőlapjai egymással szembe kerülnek (4.72. ábra).

A színkör színei a CIE színezeti diagramban a (4.74. ábra) ábrán láthatók. Az ábra alapján úgy tűnik, mintha az alapszínek közötti különbség helyenként nagyon kicsi, máshol nagyon nagy volna. Ez azonban a CIE színezeti diagram nem-linearitásából ered (l. MacAdam ellipszisei, 4.11.1.2. szakasz fejezet).

Ostwald színköre alapján egyszerűen választhatunk ki egymással harmonikus összeállítást alkotó színeket. A harmonikus színpárok a kiegészítő színek, ezek a (4.72. ábra) ábrán láthatók. Egymással harmonizáló 3 - 3 színt a 4.75. ábra alapján, egymással harmóniában álló 4 - 4 színt a 4.76. ábra alapján választhatunk ki.

A Coloroid színrendszert a magyar Nemcsics Antal fejlesztette ki - elsősorban építészeti alkalmazás céljára. Dr. Nemcsics Antal festőművész, a Budapesti Műszaki Egyetem emeritus professzora. Színdinamika című könyvét 9 országban adták ki. A Coloroid színrendszert az egész világon ismerik és alkalmazzák.

A Coloroid színrendszer az additív színkeverésen alapul. A színeket a határszínből (az adott alapszínből elérhető legtelítettebb színből) valamit fehérből és feketéből kevert színként kezeli. Ezen összetevők arányából határozhatók meg a Coloroid színrendszer színkoordinátái. A Coloroid színrendszer háromdimenziós színeit (színezet, fehér tartalom, fekete tartalom) a Munsell színrendszerhez hasonlóan henger-kordináta rendszerben lehet ábrázolni.

A színezetek a henger kerülete mentén körben helyezkednek el. A Coloroid 48, egymástól esztétikailag egyenlő, de ábrázolás technikailag nem egyenlő távolságban lévő alapszíne a 4.9.2.4.1. ábrán látható. A 8 alapszín jele 10 sárga, 20 narancs, 30 vörös, 40 bíbor, 50 viola, 60 kék, 70 hideg zöld, 80 meleg zöld. Ezek között 6-6 átmeneti színárnyalat található, egymástól esztétikailag megközelítően egyenlő távolságban. Így az alapszínek száma összesen 48.

A szürke színek a COLOROID színrendszer hengeres színterének hossztengelyében helyezkednek el.

A szürke skála Coloroid jelzőszáma egész szám 1-től 100-ig.

A szürke skála bármely tagjának Coloroid jelzőszámát tízzel osztva, majd az eredményt négyzetre emelve megkapjuk az adott szín CIE Y színösszetevőjét (CIE világosságát).

A fekete jele 0, a fehéré 100.

A COLOROID színrendszer alapszínei a CIE színezeti diagramban a 4.78. ábra és a 4.79. ábra ábrán láthatók. A (4.78. ábra) ábrán a jellemző hullámhosszak, a (4.79. ábra) ábrán az x és y színkoordináták vannak feltűntetve.

A telítettség a henger belsejében a sugarak mentén, belülről kifelé növekvő értékekkel találhatók. A telítettségi fokozatok száma 100.

A világosság változása a függőleges tengely mentén, alulról felfelé növekvő értékekkel ábrázolható (4.78. ábra). A színtelen (akromatikus) tengely egyik végpontján, legfelül, a tökéletesen fehér, másik végpontján, legalul, a tökéletesen fekete szín helyezkedik el.

A Coloroid színrendszer határszínei nem érik el a színteste elméletileg határoló (100 egység telítettségű) hengerpalást pontjait. A tökéletesen fehér és a tökéletesen fekete színnél e színtest a vízszintes metszetben egyetlen ponttá zsugorodik (4.80. ábra).

A Coloroid színkörön a kiegészítő (komplementer) színek egymáshoz képest 180° -ban találhatók. A színrendszer segítségével különböző harmonikus színösszeállítások tervezhetők, ezért ezt a színrendszert az építészek, belső építészek, iparművészek széles körben alkalmazzák.

A keverék színek szín-atlaszát nyomdatechnikai úton is előállították. Digitális változata is elkészült.

A Coloroid színrendszer színmintái közül csak a 48 határszín készült el festett formában. A keverék-színeket egy additív színkeverő berendezéssel lehet előállítani. A színkeverő berendezés a 48 határ-színmintán kívül fehér és fekete határ-színt is tartalmaz. A színes minták egy kör alakú tárcsán helyezkednek el, és egyenként beforgathatók a fény-útba. A színkeverő berendezés egy szabványos fényforrást is tartalmaz. A beállított additív keverékszín egy osztott éles látómező egyik oldalán jelenik meg, míg másik oldalán az azonos fényforrással megvilágított mérendő minta látható, amelyre a műszert rá kell helyezni.

A RAL Tervezési Rendszert 1976-ban a CIE (Comission International d'Eclairage) dolgozta ki. Ez a rendszer szakmai színtervezéshez lett kifejlesztve. 1688 színt tartalmaz, rendszerbe szervezve. Mindegyik 7 számjegyű színárnyalat különálló RAL színként van definiálva. Ezek jelzik a technológiailag mért színárnyalati, fényességi és színtelítettségi értékeket.

A RAL színkör 360 színárnyalatot tartalmaz. A RAL Tervezési Rendszerben a színek színárnyalat, fényesség és színesség szerint vannak rendszerbe foglalva. A 4.81. ábra mutatja a RAL Tervezési Rendszer térbeli felépítését. Ebben a színárnyalatok a spektrális színek sorrendjében körben vannak elrendezve, az elnevezés a szög-nagyságok alapján történik. Így a piros 00-nál (=3600) indul, a sárga 900-nál, a zöld 1800-nál és a kék 2700-nál.

A különböző világossági értékek, amelyeknél még meg lehet egy-egy árnyalatot különböztetni, a különböző szintekhez síkokon kerülnek elhelyezésre. A 4.82. ábra mutat egy ilyen síkot. A központokon keresztül fut a színtelen tengely (4.82. ábra), amely egyúttal a világosságot is megadja. Ez a 0-nál feketével kezdődik, amely folyamatosan világosodva vált a szürke árnyalataira, majd végül 100-nál a fehérben végződik.

Az egyes színárnyalatok közti eltérést a CIELAB színárnyalat standard formái révén definiálták, amely a DIN 6174-ben is rögzítésre került.

Egy 210 60 30-as RAL szín jelenti például a 210-es színárnyalatot, 60-as fényességgel és 30-as színtelítettséggel. Ha például ezt a színárnyalatot világosabbal szeretnénk kombinálni, akkor választhatjuk a RAL 210 70 30-ast. Ezáltal egy 70-es fényességű szintet kapunk. A színárnyalat másik két paramétere változatlan marad.

A RAL színmintákat az egyszerű gyakorlati alkalmazás kedvéért legyezőszerűen kinyitható kártyák formájában szokták gyártani (4.83. ábra).

Jean Burges amerikai designer, reklámgrafikus. Színrendszerének alapgondolata a monitoron történő színtervezés és nyomdaipari színmegjelenítés összehangolása volt.

Ez a színrendszer a színes nyomtató három alapszínére (C, M, Y) épül fel. Ezáltal a színes nyomtató teljes gamutját kihasználja.

Jean Bourges színrendszerében a színeket 4 csoportba sorolja (vörösek, sárgák, zöldek és kékek). Minden csoportban 5-5 színátmenet található, így az alapszínek száma 20.

A kiegészítő színek Jean Bourges színkörében is egymással szemben találhatók (4.84. ábra).

Jean Burges szín-terének gamutja nagyobb, mint a többi színminta gyűjteményen alapuló színrendszeré. Ennek oka az, hogy Jean Bourges szín-terét a monitoron megjeleníthető és a színes nyomtatókon kinyomtatható színek határolják, míg az összes többinek az alapszínei festékekkel festett színminták. Ezek színei soha nem olyan színezet dúsak, mint a monitor vagy a nyomtatók alapszínei, (például az Ostwald színrendszer gamutja a (4.74. ábra) ábrán, vagy a Coloroid színrendszer gamutja a (4.79. ábra) ábrán).

A színkör színei a CIE színezeti diagramban a (4.85. ábra) ábrán láthatók. Ennek a színrendszernek a gamutja valóban nagyobb az előzőekben ismertetett színrendszerekénél.

A 20 színárnyalatot 10 fokozatban világosítja. Minden szín C, M, Y és K színjellemzőjét megadja (4.86. ábra). A számadatok alkalmazásához a nyomtató alapszíneit be kell kalibrálni.

Jean Bourges azt javasolja, hogy négy kiegészítő színből állítsunk össze színharmóniákat, mindig az azonos világosságú illetve fekete tartalmú fokozatokat

A színmintákkal történő összehasonlítást jó színlátású emberek végzik, tehát ez vizuális mérési módszer.

Az emberi szem rendkívüli fényérzékenysége a legjobb fénymérő műszerekkel vetekszik. A legérzékenyebb fényérzékelő, a photomultiplier elméletileg már egyetlen fotont is érzékelni tud. Dr. Bárány Nándor véleménye szerint szemünk pedig 2 foton érzékelésére képes. Ez a biológiai érzékelők gazdaságosságát is mutatja: egy foton beérkezése lehet véletlen, de ha ugyanarra a receptorra két foton érkezik be egyidejűleg, akkor ez már valószínűleg nem véletlen, tehát érdemes érzékelni.

Az emberi szem a színérzékelésben is nagyon jó. Azonban igazán jó teljesítményt csak a színkülönbségek érzékelésében tud nyújtani, abszolút értékeket nem tud mérni. A színkülönbséget akkor tudja legérzékenyebben észre venni, ha a két szín egymás közelében, lehetőleg egymás mellett van.

A színes felületek színét a felület spektrális reflexiója és a megvilágító fényforrás spektrális emissziója együtt határozza meg (32). A színmintával történő összehasonlítást ezért egyik oldalán nyitott, egyenletes, szabványos megvilágítású dobozban („color boksz”) kell végezni (4.90. ábra).

A GretagMachbeth Color Box színszűrőkkel kombinált halogén lámpákkal szimulálja a különböző szabványos ill. szokásos megvilágításokat:

A color box tetején homályos üveglap fölött helyezkednek el a szabványos fényforrások (halogén lámpák és fénycsövek), megfelelő színszűrőkkel kiegészítve. A color box belső felülete matt és világosszürke, hogy színes reflexiók ne színezzék el a mintákat. Az elülső fal nyitott, itt áll a szín összehasonlítást végző jó színlátású, képzett mérő személy.

A színminták a mérés etalonjai, a 4.9.2. szakasz fejezetben ismertetett színminta gyűjtemények egyikének tagjai.

A vizuális színmérést általában gyártás közbeni ellenőrzésnél alkalmazzák. Előnye, hogy nem igényel érzékeny, laboratóriumi környezetben üzemeltethető műszereket. Másik előnye, hogy a mérés azonnal, személyesen érzékelhető eredményt ad. Hátránya, hogy a véletlen hiba eshetősége nagyobb, mint a műszeres színmérésnél.

A leggyakrabban alkalmazott színmérő műszerek spektrális módszerrel működnek. Megmérik a színes felület spektrális reflexióját, és abból számolják ki a CIE színjellemzőket. A mérést a műszerbe beépített spektrofotométer végzi. A mérendő mintát a műszerbe beépített fényforrás világítja meg. A CIE színösszetevőket és színkoordinátákat a műszerbe beépített miniszámítógép határozza meg.

A műszerek általában meghatározzák az X, Y, Z színösszetevőket, az x, y, z színkoordinátákat és az L*, a*, b* színkoordinátákat, és meg tudják jeleníteni a színes felület spektrális reflexiós görbéjét is. Két különböző színű felület egymás utáni mérése alapján meg tudják határozni a színkülönbséget is.

A kereskedelemben kapható kis kézi műszerek általában 10 nm lépésközzel működnek a 400 nm…700 nm spektrumtartományban. Ha ez a lépésköz a nagyon élénk, színezet dús (tehát meredek spektrális reflexiós görbével rendelkező) színminták mérésénél nem ad elegendően pontos eredményt, akkor célszerű egy komolyabb spektrofotométerrel végezni el a mérést és a spektrum alapján külön számítógéppel végezni el a kiértékelést.

A műszereken általában be lehet állítani azt is, hogy melyik szabványos fényforrással mérjen. Ezt szellemes módon nem úgy oldják meg, hogy több szabványos fényforrást építenek be, hanem egyetlen fényforrást (Általában villanó fényt, hogy a fényforrás által termelt hő ne melegítse fel se a műszert, se a mérendő mintát), és ennek a fényével a mérés elején meg kell világítani a műszerhez adott etalon fehér felületet. A műszer megméri ennek a spektrális reflexióját az adott fényforrás fényében, és a számításnál ezekből az adatokból meghatározzák, hogy mi lenne az eredmény, ha valamelyik szabványos fényforrást alkalmazták volna.

Ha a műszer detektora φ(λ) színinger függvényt érzékel a műszerbe beépített Φ _e (λ) fényforrás fényében a ρ(λ) felület mérésekor, viszont φ _CIE (λ) színingert kellene érzékelnie, ha a szabványos Φ _CIE (λ) fényforrás lenne beépítve, akkor írható, hogy

és innen

A (4.91. ábra) ábrán egy spektrofotométeres kézi színmérő műszert láthatunk. A műszer olyan kicsi, hogy elfér egy ember kezében.

A kis kézi színmérő műszerekbe egy teljes spektrofotométer van beépítve (4.92. ábra és 4.93. ábra).

A mérésnél 4 speciális színszűrőt alkalmazunk, amely közvetlenül az X₁, X₂, Y és Z színösszetevő értékét méri meg. (Itt X₁ és X₂ az x szín-megfeleltető függvény két maximuma körül különválasztott két rész alapján meghatározott színösszetevőt jelenti.)

A műszer fényforrása egyszerű autó-izzó, amelynek előnye, hogy spektrális energia eloszlása folytonos, és ezen kívül hosszú élettartamú és jól bírja a mechanikus igénybevételt. Az érzékelő általában szelén-fényelem, amelynek spektrális érzékenysége hasonló a V(λ) függvényhez.

 A műszerben speciális színszűrőket alkalmaznak, amelyek biztosítják, hogy minden csatorna mért értéke olyan legyen, mintha szabványos megvilágítással és a CIE színmegfeleltető függvényekkel azonos spektrális érzékenységű detektorokkal történt volna a mérés.

Az alábbiakban ismertetjük a tristimulusos színmérő műszerek színszűrőinek tervezési elvét:

A tristimulusos színmérő műszerek előnye, hogy közvetlenül a CIE színösszetevőket mérik. További előny, hogy nem 10 vagy ritkább esetben 5 nm-es lépésközzel mérnek, mint a spektrofotométeres műszerek, hanem a hullámhossz függvényében folyamatos érzékenységű színszűrőkkel, ezért a rikító (gyorsan változó spektrális transzmissziójú) színeket pontosabban mérik, mint a spektrofotométeres színmérők. Előnyük még, hogy a hullámhossz kalibrációjuk nem állítódik el, mint némely esetben a spektrális műszereké.

Hátrányuk, hogy amennyiben a leírt módon megtervezett színszűrők spektrális illesztése nem megfelelő, ez egy rendszeres hibát okoz. Ennek a hibának csökkentésére azt a módszert alkalmazzák, hogy nem teljes spektrumtartományban, egyetlen fehér etalonnal kalibrálják a műszert, hanem szín-tartományonként más-más színű etalonnal. A kalibráló etalon színét aszerint határozzák meg, hogy milyen színű felületet akarnak mérni. Ilyen módon minden színtartományban külön-külön csökkenteni lehet a rendszeres hibákat.

Magyarországon a MOM optikai gyár gyártott világszínvonalú tristimulusos színmérő műszereket. Ehhez a műszerhez 15 tagú színes zománc etalon készletet fejlesztettek ki a LAMPART zománc-edény gyárral, amelyet az OMH (Országos Mérésügyi Hivatal) hitelesített nagypontosságú spektrofotométeres mérésekkel.

Ennek a műszernek a továbbfejlesztésével készült a BME MOGI Tanszékén a KONTAKTA villamossági Gyár megrendelésére egy olyan tristimulusos kétcsatornás színmérő műszer, amely egyidejűleg két alkatrész színösszetevőit mérte. Az egyik csatorna a megrendelt színű alkatrész (az etalon színminta), a másik a megrendelés alapján elkészült színminta színét. A műszer ki tudta külön-külön is jelezni az egyes csatornákon mért értékeket, tehát egycsatornás műszerként is működött, de alkalmas volt a színösszetevők különbségének kijelzésére is.

A (4.94. ábra) ábrán a BME MOGI Tanszéken kifejlesztett kétcsatornás tristimulusos színmérő műszer kísérleti példánya látható az OMH zománc etalonokkal együtt.

A színmérő műszerek kalibrálására szín etalonokat alkalmaznak.

A PDT színrendszer kidolgozása idején még nem voltak ismeretesek az emberi szem Stockmann és Sharpe által meghatározott l(λ), m(λ) és s(λ) spektrális érzékenységi függvényei. Több mint 10 szerző ismertetett ilyen függvényeket (Pl. König, Fick, Hunt, Thomson és Wright, Schmidt és Pokorny, Mac Leod és Boynton, Judd, és mások). Ezek a függvények azonban a CIE színmegfeleltető függvények különböző együtthatókkal meghatározott lineáris transzformációi voltak. A színkeverési „receptkönyv” egyszerű lineáris transzformációja csak többé-kevésbé jó közelítést adhat a színérzékenységi függvényekre, hiszen alapvetően más célú méréseken alapul. Természetesen mindegyik közelítés más alakú és más maximum helyekkel rendelkező színérzékenységi függvényeket eredményezett.

Más szerzők (Pl. Estevez, Marks, Dobelle és Mac Nichol) különböző mérések alapján közöltek színérzékenységi függvényeket. Ezek szintén egymástól különbözőek voltak. Ezért célszerűnek tűnt újra gondolva a kérdést újra meghatározni ezeket a függvényeket.

A protos, deuteros és tritos (azaz L, M és S) színérzékelő receptor spektrális érzékenységi függvényét Weibull-eloszlás alakú háromparaméteres függvények alakjában a CIE színmegfeleltető függvények alapján határoztuk meg Dr. Szász Gábor kollégámmal:

Itt f(λ) a keresett l(λ), m(λ) és s(λ) színérzékenységi függvény közelítő függvénye, λ a fény hullámhossza, és a, b, c, és λ _max konstans értékek.

A λ _max paramétert a függvények várható alakjának ismeretében vettük fel és konstansnak tekintettük, 3x3 további paraméterét (a, b és c) pedig úgy határoztuk meg, hogy az így kapott érzékenységi függvényekkel felruházott színmérő észlelő a színmegfeleltető méréseket éppen a CIE színmegfeleltető függvényekkel azonos eredménnyel végezze el. A megoldást a keresett p(λ), d(λ), t(λ) és egy kiinduló paraméterekkel felvett p(λ), d(λ), t(λ) érzékenységi függvényből meghatározott hibafüggvény minimalizálásával hoztuk létre, komplex tanuló algoritmus alkalmazásával.

Kiinduló feltételünk volt még, hogy a kapott színérzékenységi függvények összege megegyezzen a V(λ) spektrális fényhatásfok függvénnyel:

Az ily módon létrehozott virtuális CIE színmérő észlelő spektrális érzékenységét P, D és T betűvel jelöltük, az érzékenységi függvényeiket pedig p(λ), d(λ) és t(λ)-val.

A függvények az alábbiak:

A (4.95. ábra) ábrán látható a függvények alakja akkor, ha mindegyik színérzékenységi függvény maximumát 100 %-nak tekintjük.

A PDT színrendszer felépítése teljes mértékben megegyezik a CIE xyY színrendszerrel. Ez biztosítja azt, hogy az új színrendszerre való esetleges áttérés zökkenőmentes legyen. Az áttérésnél mindössze a CIE színmegfeleltető függvényeket kell kicserélni a p(λ), d(λ) és t(λ) spektrális érzékenységi függvényekre.

A P, D és T színösszetevők ezek után a CIE formulákhoz hasonlóan

Ahol a k értéke:

A p, d és t színkoordináták pedig:

A PDT színrendszer színezeti diagramja a (4.96. ábra) ábrán látható. Ebben éppen úgy, mint a CIE xyY színrendszerben, a papucs alakú görbe vonalon helyezkednek el a spektrumszínek, és ennek a vonalnak a két végpontját összekötő egyenesen a bíbor (vagy lila) színek. A neutrális pont helye is – a CIE xyY színezeti diagramhoz hasonlóan - a p = d = 1/3 pontban van.

Ennek a színrendszernek előnye a CIE xyY színrendszerhez képest, hogy a színtévesztők színlátásának modellezésére (bemutatására, elemzésére) is alkalmas. Ehhez egyszerűen a normál színlátók spektrális érzékenységi függvényei helyett a színtévesztő személy spektrális érzékenységi függvényeit kell behelyezni a P, D és T színösszetevő képletébe.