ТОЧКА ОПОРЫ - световые решения, проекты освещения
 

События
Проблемы освещения музеев и художественных галерей (цветовые сдвиги при восприятии произведений живописи, освещаемых различными источниками света)


Цветовой стимул (цвет, воспринимаемый зрением) – определяется спектром освещающего объект источника света в совокупности со спектральной характеристикой отражения этого объекта, например, масляных красок в живописных полотнах. Поэтому одинаковые цвета при освещении разноспектральными источниками света воспринимаются по-разному.

Равноконтрастная система CIE LАВ адекватно отражает восприятие цветов большинством людей (90%), населяющих Землю. [см. также В.В. Мешков, А.Б. Матвеев. Основы светотехники.(изд.1989 г), ч.2, гл. 2 – Основы учения о цвете. с. 288-302].

В 1976 году CIE LАВ претерпела некоторые корректировки и широко применяется в различных областях для оценки цветовых различий и контроля цвета [наряду с системами CIEXYZ и CIELUV].

Цветовой сдвиг воспринимаемого излучения – это изменение воспринимаемого цвета объекта, вызванное изменением спектрального состава излучения (может оцениваться с учётом или без учёта цветовой адаптации наблюдателя).

Исследовательская группа кафедры светотехники Технического университета Дармштадта под руководством докт. проф. Tran Quoc Khanh применила систему CIE LАВ для оценки цветовых сдвигов при восприятии цветов масляных красок, освещаемых источниками света с различной цветовой температурой и разным качеством цветопередачи.

Принципиальная модель цветового пространства CIE L*a*b*

[см. также В.В. Мешков, А.Б. Матвеев. Основы светотехники. (изд.1989 г), ч.2, гл. 2 – Основы учения о цвете. с. 288-302]

Rot – красный, Schwarz – чёрный, Blau – голубой, Grün – зелёный

Ось L* это яркость цветового стимула,
a* характеризует красно-зелёную зону цветового пространства,
b* жёлто-голубую зону.

Значения величины L* всегда положительны и лежат в пределах от 0 (для идеально чёрных красок) и до 100 – для идеально белых.
В этой модели евклидовы расстояния приблизительно соответствуют воспринимаемым цветовым различиям. При этом система CIE LАВ учитывает цветовую адаптацию наблюдателя, что даёт возможность адекватно зрительно оценить цветовой сдвиг и сравнить между собой различные цвета объектов и излучений различных источников света.

Рис. 1. Точки цвета 79 масляных красок, освещенных лампами накаливания (в цветовом пространстве L*a*b*)

На рис.1 показаны точки цвета масляных красок в цветовом пространстве L*a*b* при освещении их источником света со сплошным спектром – лампами накаливания.
В круге на плоскости a*/b* показаны точки основных цветов вместе с расположенными между ними смесями, причём расстояние от центра круга характеризует степень насыщенности цвета.
Ахроматические цвета (белый, серый, чёрный) лежат в центре круга, насыщенные хроматические – ближе к периметральному краю.
Отчётливо видно, что в области между красным, оранжевым цветом, цветом кожных покровов и жёлтым цветовым тоном встречается относительно много насыщенных масляных красок из исследованной палитры.

В областях зелёных цветов, цвета «циан» (зелёно-синий) и пурпура располагается намного меньше цветов масляных красок.
Рассматривая картины старых мастеров периода от 1300 и примерно до 1850 года, с большой вероятностью можно заметить, что в них преобладают красные, оранжевые, коричневые и жёлтые цвета. Они использовались живописцами для того, чтобы воспроизвести цветовые оттенки кожи людей, но, преимущественно, и для драматического отражения военных сюжетов, различных состояний непогоды, а также для выражения человеческих страданий, боли, гнева, ярости и т.п.

Как правило, все известные музеи хотят экспонировать ценные произведения изобразительного искусства длительное время, но возникает необходимость проведения целого ряда тематических выставок, посвященных творчеству известных художников и скульпторов.

При каждой новой экспозиции изменяется её содержание, объем, замысел, время, согласованное с владельцем картин из частного собрания, а также и исторический период, когда были созданы те или иные произведения.

Это неизбежно вызывает необходимость изменения осветительной концепции (уровней освещенности, их распределения, цветового оттенка излучения светильников, направления световых пучков и т.д.). Поэтому практически для каждой новой экспозиции приходится индивидуально подбирать различные источники света и типы светильников.
Представляют интерес ответы на следующие вопросы:

  • Как изменяется восприятие цвета в живописи, если она освещается лампами с большим Ra, но с различной цветовой температурой Тц?
  • Что происходит со зрительным восприятием красок, если они освещаются лампами с одинаковой Тц, но с различным спектральным составом излучения?
  • Если даже Тц одинакова у разных типов ламп, то различается ли восприятие некоторых специфичных цветов?

Ниже приводятся примеры возможных ответов, не претендующие, однако, на полноту, так как число возможных комбинационных сочетаний достаточно велико.

Рис. 2. Точки цвета масляных красок в координатах плоскости a*/b*), освещенных люминесцентными лампами на многокомпонентных люминофорах с высоким качеством цветопередачи – Тц = 3050 К, Ra = 88 (точка – синий квадрат) и с Тц = 7000 К, Ra = 92 (точка – красная окружность).

На рис.2 показаны точки цвета масляных красок, когда они освещаются люминесцентными лампами тёпло-белого (3000 К) и холодного дневного света (7000 К); Ra соответственно равен 88 и 92.
В области красных цветов они частично весьма заметно смещаются в направлении к центру круга (т.е. «разнасыщаются» – насыщенность цвета снижается), а частично – в оранжевую или фиолетовую область, если освещение меняет тёпло-белый оттенок на холодно-белый.
Подобную же картину можно наблюдать и у зелёных цветов, которые сильно теряют насыщенность и смещаются в жёлтую или голубую область.
Жёлтые и голубые цвета под холодным светом не воспринимаются более насыщенными.

Рис. 3. Точки цвета масляных красок, освещенных нейтрально-белыми светодиодами (точка – синий квадрат LED Т18) и люминесцентными лампами с высоким качеством цветопередачи (Тц = 5000 К, Ra = 90-95); (точка – красная окружность).

Рис.3 показывает сравнение цветовых сдвигов при освещении нейтрально-белым светодиодом (4820 К) и холодно-белыми люминесцентными лампами (5000 К) с относительно высокой цветопередачей.
Как и предполагалось, цветовые сдвиги здесь не столь значительны. Однако можно отметить, что в свете выбранного светодиода типа Т18 все цвета воспринимаются смещёнными в направлении жёлтой или голубой зоны, что объясняется спецификой спектра белых светодиодов с конверсионным люминофором.
Светодиоды такой типовой конструкции содержат чип с голубым излучением, часть которого преобразуется люминофором в жёлтое. В результате свет такого светодиода, хотя и воспринимается белым, но в его суммарном спектре доли излучений в областях цветов «циан» (сине-зелёного), зелёного или красного значительно ослаблены. Поэтому предметы, объекты и картины с преобладанием таких цветов воспринимаются менее насыщенными.

Рис. 4. Точки цвета масляных красок, освещенных тёпло-белыми светодиодами с Ra = 80 (точка – синий квадрат LED Т13) и с Ra = 95 (точка – красная окружность LED Т17).

Теперь сравним два однотипных источника света, но с различным качеством цветопередачи (рис. 4): тёпло-белый светодиод (тип Т13: 3100 К, Ra = 80) и тёпло-белый (Т17: 3349 К, Ra = 95).
Основное различие здесь состоит в том, что цвета красок теряют насыщенность.
Подобное разнасыщение особенно заметно у красных красок. Обоснование такого явления: тёпло-белый светодиод типа Т13 характеризуется наличием максимума длины волны красного люминофора только у λ = 610 нм, пик в спектре светодиода Т17 приходится на λ = 635 нм.
Область отражения красных масляных красок начинается с λ = 610 нм, – поэтому излучение светодиода типа Т17 отражается интенсивнее и лучше воспринимается зрением.

Другой цветовой сдвиг находится преимущественно в голубой области и состоит в том, что изменяется цветовой тон. Причиной в этом случае являются различные пики спектра голубых светодиодов, которые являются первичными излучателями у светодиодов белого света с конверсионными люминофорами.

Небольшой экскурс в теорию оценки цвета и весьма важные дополнения применительно к различению цвета, которые должны учитываться при освещении произведений живописи.

Как показали исследования многих учёных – цветоводов, экспертов в области физиологии цветовосприятия и колориметрии, на видимом участке оптического спектра в области λ = 420 – 660 нм орган зрения человека способен при благоприятных условиях различать до 100 оттенков по цветовому тону.
По всему спектру, дополненному чистыми пурпурными цветами, в условиях достаточной для цветоразличения яркости – L ≥ 10 кд/м², число различаемых оттенков по цветовому тону достигает примерно 150. Минимальные значения порогов цветоразличения по цветовому тону в сине-зелёной и оранжево-красной зонах спектра Δλ ≈ 1 нм.
По краям видимого участка спектра пороги резко возрастают, причём цветовые тона становятся неразличиыми для излучений с длинами волн λк ≥ 680 нм и λк ≤ 420 нм. Из многочисленных опытов исследований порогов цветоразличения следует, что общее число различаемых цветовых оттенков уменьшается по мере уменьшения яркости полей сравнения. Причиной этого является рост порогов цветоразличения в условиях сумеречного зрения.

Цветовой тон излучения, являясь одной из двух характеристик цветности, применим для оценки качества не только монохроматических излучений, но и любого излучения со сложным спектром. Такое применение основано на экспериментально установленной возможности тождественного воспроизведения любого цвета смесью белого с монохроматическим. В соответствии с этим цветовой тон любого излучения обозначается длиной волны λ того монохроматического излучения, которое в определённой пропорции смеси с белым обеспечивает зрительное тождество с исследуемым излучением.

Долю монохроматического излучения, которое обеспечивает в смеси с белым зрительное тождество с исследуемым излучением, назывыают чистотой цвета:

p = Lλ / (Lб + Lλ) = Lλ / L,
где Lλ – яркость монохроматического излучения характеризуется цветом Φλ; Lб – яркость излучения белого цвета Φб, обеспечивающего пропорцию смеси с Φλ, тождественен по цветности исследуемому цвету.

Φ = Φλ+ Φб
Из изложенного следует, что чистота цвета максимальна (p = 1) для цветов всех монохроматических излучений и минимальна для белого цвета (p = 0).

Ощущения цветности могут различаться по двум параметрам: цветовой тональности и цветовой насыщенности.
Характерный пример различения ощущения по цветовой тональности является разноцветность монохроматических излучений. Различие ощущения цветности наиболее заметно по цветовой тональности. Цветовая насыщенность определяется степенью различения ощущения цветности заданного излучения от ощущения цветности белого.
Опыт показывает, что насыщенность цвета монохроматических излучений неодинакова.

Справочное приложение

Ниже приводятся некоторые сведения, касающиеся проблем, изложенных в настоящей публикации.

Для упрощения расчётов при построении системы CIE LАВ в качестве основных взяты координаты цвета X,Y,Z системы МКО 1931. Равноконтрастное пространство L*a*b* связано с этой системой уравнениями:

L* = 116 (Y/Yб )1/3 – 16;

a* = 500 [ (X/Xб) 1/3(Y/Yб )1/3];

b* = 200 [(Y/Yб )1/3 – (Z/Zб )1/3].

где X,Y,Z – координаты цвета исследуемого объекта, Xб,Yб,Zбкоординаты белого цвета.

Цветовое различие (сдвиг) в системе CIE LАВ определяется как расстоянии между сравниваемыми цветами в равноконтрастном пространстве:

ΔEц = [( ΔL*) 2 + (Δa*)2 + (Δb*)2]1/2.

Может представить интерес пересчёт цветового пространства CIE-L*a*b* в колориметрическую систему xyz (координат цветности) с предварительным расчётом координат цвета XYZ:

Координаты цвета

Xn, Yn, Zn выбираются в соответствии с тем или иным стандартным (эталонным) источником света МКО

D65

Стандартный источник дневного света “D65”
с Тц= 6500 К

A

Стандартный источник "A" c Тц = 2865 К

C

Стандартный источник "C" c Тц = 6774К

Нормальный (стандартный) колориметрический
наблюдатель МКО
2°-поле зрения

Нормальный (стандартный) колориметрический
наблюдатель МКО
10°-поле зрения

Эталонные источники света

Стандартный источник дневного светаD65”

C

A

Стандартный источник дневного светаD65”

C

A

Xn

95.05

98.07

109.85

94.81

97.28

111.14

Yn

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

Zn

108.90

118.22

35.58

107.34

116.14

35.20

Координаты цветности x,y,z определяются по рассчитанным координатам цвета X, Y, Z:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Далее будут полезны: небольшой экскурс в теорию оценки цвета и весьма важные дополнения применительно к различению цвета, которые должны учитываться при освещении произведений живописи.

Как показали исследования многих учёных – экспертов в области теории и метрики цвета, физиологии цветовосприятия и колориметрии, на видимом участке оптического спектра в области λ = 420-660 нм орган зрения человека способен при благоприятных условиях различать до 100 оттенков по цветовому тону.

По всему спектру, дополненному чистыми пурпурными цветами, в условиях достаточной для цветоразличения яркости (L ≥ 10 кд/м²), число различаемых оттенков по цветовому тону достигает примерно 150. Минимальные значения порогов цветоразличения по цветовому тону в сине-зелёной и оранжево-красной зонах спектра Δλ ≈ 1 нм.

По краям видимого участка спектра пороги резко возрастают, причём цветовые тона становятся неразличиыми для излучений с длинами волн λк 680 нм и λс≤ 420 нм. Из многочисленных опытов исследований порогов цветоразличения следует, что общее число различаемых цветовых оттенков уменьшается по мере уменьшения яркости полей сравнения. Причиной этого является рост порогов цветоразличения в условиях сумеречного зрения.

Цветовой тон излучения, являясь одной из двух характеристик цветности, применим для оценки качества не только монохроматических излучений, но и любого излучения со сложным спектром. Такое применение основано на экспериментально установленной возможности тождественного воспроизведения любого цвета смесью белого с монохроматическим.

В соответствии с этим цветовой тон любого излучения обозначается длиной волны λ того монохроматического излучения, которое в определённой пропорции смеси с белым обеспечивает зрительное тождество с исследуемым излучением.

Долю монохроматического излучения, которое обеспечивает в смеси с белым зрительное тождество с исследуемым излучением, назывыают чистотой цвета: p = Lλ / (Lб +Lλ) = Lλ /L,

где L λ – яркость монохроматического излучения характеризуется цветом Φλ; Lбяркость излучения белого цвета Φб, обеспечивающего пропорцию смеси с Φλ, тождественен по цветности исследуемому цвету.

Φ = Φλ+ Φб

Из изложенного следует, что чистота цвета максимальна (p = 1) для цветов всех монохроматических излучений и минимальна для белого цвета (p = 0).

Ощущения цветности могут различаться по двум параметрам: цветовой тональности и цветовой насыщенности.

Характерный пример различения ощущения по цветовой тональности является разноцветность монохроматических излучений. Различие ощущения цветности наиболее заметно по цветовой тональности. Цветовая насыщенность определяется степенью различения ощущения цветности заданного излучения от ощущения цветности белого.

Опыт показывает, что насыщенность цвета монохроматических излучений неодинакова.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Международная комиссия по освещению (МКО) – [ CIE – Commission Internationale d´Eclairage ] после фундаментальных исследований с большим числом подопытных наблюдателей в 1931 году нормализовала понятие «основной стандартный колориметрический наблюдатель МКО 1931 для 2°-поля зрения».

В 1963 году на XV cессии МКО, на основании полученных данных об усредненной функции спектральной чувствительности наблюдателя с полем зрения 10°, эти данные были приняты как международные, а приемник излучения с такими спектральными характеристиками был назван «дополнительным стандартным колориметрическим наблюдателем МКО 1964 для 10°-го поля зрения».

Стандартныеисточники света МКО

Тип стандартного источника света МКО

Система МКО 1931
Координаты цветности
x / y

Система МКО 1964 Координаты цветности
x 10 / y10

Тц,
градусы Кельвина

A

0,4476 / 0,4074

0,4512 / 0,4059

2856

B

0,3484 / 0,3516

0,3498 / 0,3527

4874

C

0,3101 / 0,3162

0,3104 / 0,3191

6774

D50

0,3457 / 0,3585

0,3478 / 0,3595

5003

D55

0,3324 / 0,3475

0,3341 / 0,3487

5503

D65

0,3127 / 0,3290

0,3138 / 0,3310

6504


возврат к списку статей

версия для печати
 
© 2020 ЗАО "Точка Опоры Промэлектросвет"
музейное освещение, светильники музеи, свет в музее, галерея светильники, выставочное освещение, освещение выставок, освещение выставочных залов, освещение галереи, световые линии, световые короба, нестандартное осветительное оборудование, освещение экспозиции, подсветка картины, современный музей, эрарта, музей воды, музейные технологии, освещение метро, светильники метрополитен, люстры для метро, реконструкция освещения метро, тоннельные светильники, архитектурное освещение метро, реставрация светильников для метро