RU2381462C1 - Method of measuring and quantifying optical characteristics of glass, method of fitting glass with desired optical properties - Google Patents
Method of measuring and quantifying optical characteristics of glass, method of fitting glass with desired optical properties Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381462C1 RU2381462C1 RU2008137020/28A RU2008137020A RU2381462C1 RU 2381462 C1 RU2381462 C1 RU 2381462C1 RU 2008137020/28 A RU2008137020/28 A RU 2008137020/28A RU 2008137020 A RU2008137020 A RU 2008137020A RU 2381462 C1 RU2381462 C1 RU 2381462C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- color
- glass
- measuring
- colour
- optical characteristics
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к строительной промышленности и архитектуре и к области контроля и измерения цвета объектов, а именно к способу измерения и количественного выражения цвета стекла или иных аналогичных материалов. Изобретение может быть использовано в различных областях, где необходимо точно определить и синтезировать цвет прозрачных объектов, например, в производстве архитектурного стекла. Более конкретно изобретение относится к способу определения формулы цвета для подбора выбранного цвета фасадного стекла и сопоставления выбранного цвета с цветовой палитрой стекла.The invention relates to the construction industry and architecture and to the field of control and color measurement of objects, and in particular to a method for measuring and quantifying the color of glass or other similar materials. The invention can be used in various fields where it is necessary to accurately determine and synthesize the color of transparent objects, for example, in the production of architectural glass. More specifically, the invention relates to a method for determining a color formula for selecting a selected color of facade glass and matching the selected color with a color palette of glass.
Уровень техникиState of the art
При анализе достижений российской и зарубежной архитектурно-строительной практики нетрудно заметить тенденцию к увеличению объемов потребления строительного стекла. Стекло сегодня, помимо простого заполнения оконных проемов, выполняет функции стенового материала. Следовательно, так как функциональное назначение стекла изменилось, то изменились и требования, предъявляемые к стеклянным конструктивным элементам. Поскольку стеновой материал принимает участие в формировании художественного образа объекта, крайне важными являются его декоративные качества, и придается большое значение таким характеристикам, как цвет, зеркальность, фактура поверхности, пропускающая способность и т.д.When analyzing the achievements of Russian and foreign architectural and construction practices, it is not difficult to notice a trend towards an increase in the consumption of building glass. Glass today, in addition to simply filling window openings, serves as a wall material. Therefore, since the functional purpose of the glass has changed, the requirements for glass structural elements have also changed. Since wall material takes part in the formation of the artistic image of an object, its decorative qualities are extremely important, and great importance is attached to such characteristics as color, specularity, surface texture, transmittance, etc.
Гармоничное сочетание цвета, прозрачности и степени отражения фасадного стекла с окружающей средой очень важно. На сегодняшний день существует проблема точного подбора визуальных характеристик стекла, поскольку малейшие отличия в цветовой гамме или других параметрах будет значительно выделяться и существенно влиять на внешний облик здания.The harmonious combination of color, transparency and the degree of reflection of facade glass with the environment is very important. Today, there is a problem of the exact selection of the visual characteristics of glass, since the slightest differences in the color scheme or other parameters will significantly stand out and significantly affect the appearance of the building.
Известен способ измерения и/или количественного выражения качества цвета в кодах и/или цифровых сигналах и система измерения и/или количественного выражения качества цвета окрашенных объектов (патент RU 2075772, опубл. 20.03.1997), согласно которому для измерения цвета объекта измеряют количество трех основных цветов и преобразуют эти показатели в коды или цифровые сигналы с использованием определенной математической модели.There is a method of measuring and / or quantitative expression of color quality in codes and / or digital signals and a system for measuring and / or quantitative expression of color quality of painted objects (patent RU 2075772, publ. 20.03.1997), according to which the number of three is measured to measure the color of an object primary colors and convert these indicators into codes or digital signals using a specific mathematical model.
Также известен способ измерения цвета кожи или иных аналогичных материалов (патент RU 2059211, опубл. 27.04.1996), который заключается в том, что при измерении количеств основных цветов эталонного образца или образца сравнения регулируют чувствительность средств измерения каждого из трех основных цветов до получения одного и того же базового значения, преобразуют результаты измерений в коды или цифровые сигналы путем деления измеренных значений количеств цвета исследуемого образца на базовое.Also known is a method of measuring the color of skin or other similar materials (patent RU 2059211, publ. 04/27/1996), which consists in the fact that when measuring the quantities of the primary colors of the reference sample or reference sample, the sensitivity of the measuring instruments of each of the three primary colors is adjusted to one of the same base value, convert the measurement results into codes or digital signals by dividing the measured values of the color amounts of the test sample to the base.
В патенте RU 2251084, опубл. 10.02.2004, раскрыт способ подбора цвета посредством устройства формирования электронного отображения, в котором измеренные цветовые сигналы калибровочных цветов и измеренных цветов преобразовывают в известные цветометрические данные и, используя банк данных, определяют формулу цвета, данные которой наиболее близко соответствуют рассчитанным данным измеренного выбранного цвета.In patent RU 2251084, publ. 02/10/2004, a color matching method by means of an electronic display forming apparatus is disclosed, in which the measured color signals of the calibration colors and the measured colors are converted into known colorimetric data and using a data bank, a color formula is determined whose data most closely matches the calculated data of the measured selected color.
Недостатками указанных способов с точки зрения поставленной задачи является его неприменимость в отношении прозрачных объектов.The disadvantages of these methods from the point of view of the task is its inapplicability to transparent objects.
Кроме того, в колориметрии известны различные, различающиеся по принципу реализации способы и методы измерения и цветовой индексации, в частности способы зрительного сравнения цвета измеряемого объекта и цвета эталонных объектов, способы математического описания спектральных характеристик цвета, методы определения цветовых координат и построения цветовой координатной системы (ЦКС), фотоэлектрические способы измерения цвета. Все эти способы и методы позволяют с различной степенью точности и полноты определять качественные и количественные характеристики цвета, однако каждому из них присущи определенные недостатки, ограничивающие их широкое практическое использование.In addition, various methods and methods for measuring and color indexing are known in colorimetry, in particular, methods for visual comparison of the color of the measured object and the color of reference objects, methods for mathematically describing the spectral characteristics of color, methods for determining color coordinates and constructing a color coordinate system ( CCS), photoelectric color measurement methods. All these methods and methods allow, with varying degrees of accuracy and completeness, to determine the qualitative and quantitative characteristics of color, however, each of them has certain disadvantages that limit their widespread practical use.
Наиболее широко распространен в практике метод сравнительной оценки цвета исследуемого объекта с цветом широко известных предметов или веществ или с использованием цветовых атласов, например, цветового атласа Манселла или цветовой палитры "Пантон". Известны также несколько цветовых моделей, использующих различные принципы и по которым издаются различные каталоги.The method most widely used in practice is the comparative assessment of the color of an object under study with the color of widely known objects or substances or using color atlases, for example, the Mansell color atlas or the Panton color palette. Several color models are also known using various principles and by which various catalogs are published.
Также одной из наиболее распространенных моделей является модель NCS (Natural Color System, естественная система цвета) - цветовая модель, предложенная Скандинавским институтом цвета в Швеции. В этой системе любой цвет можно выразить графически трехмерной геометрической моделью в виде сдвоенных конусов с общим основанием. В качестве основных приняты шесть простых цветов (таких, которые нельзя описать сочетанием двух других) - белый, черный, красный, желтый, зеленый и голубой. Черный и белый цвета расположены в вершинах конусов, а остальные четыре цвета находятся на общем основании конусов и постепенно переходят от одного к другому. В описании цвета учитывается темнота цвета, насыщенность и процентное соотношение между двумя основными цветами. Для описания насыщенности и светлоты используется вертикальное сечение модели, представляющее собой равносторонний треугольник. Левая его часть образует вертикальную шкалу и через оттенки серого демонстрирует постепенный переход от белого к черному. Насыщенность цвета возрастает по мере удаления вправо от вертикальной шкалы. Для описания цвета используется буквенно-цифровой код, пример кодированной записи цвета в этой системе: NCS 0580-Y10R (5% черного цвета, 80% насыщенности (цветные части), 90% желтого и 10% красного).Also one of the most common models is the NCS (Natural Color System), a color model proposed by the Scandinavian Color Institute in Sweden. In this system, any color can be expressed graphically by a three-dimensional geometric model in the form of double cones with a common base. The basic accepted six simple colors (those that can not be described by a combination of the other two) - white, black, red, yellow, green and blue. Black and white colors are located at the tops of the cones, and the remaining four colors are on the common base of the cones and gradually move from one to another. The color description takes into account the darkness of the color, saturation and the percentage between the two primary colors. To describe the saturation and lightness, a vertical section of the model is used, which is an equilateral triangle. Its left part forms a vertical scale and through shades of gray demonstrates a gradual transition from white to black. Color saturation increases as you move to the right of the vertical scale. To describe the color, an alphanumeric code is used, an example of an encoded color record in this system: NCS 0580-Y10R (5% black, 80% saturation (color parts), 90% yellow and 10% red).
Система NCS может быть представлена в виде атласа, блока, картотеки, альбома, стандартных листов разного формата, а также колерной книжки, отпечатанной типографским способом на бумаге.The NCS system can be presented in the form of an atlas, a block, a card file, an album, standard sheets of various sizes, as well as a color book printed in a printing way on paper.
Модель RGB (Red, Green, Blue - красный, зеленый, голубой) - аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета. Аддитивной эта модель называется потому, что цвета образуются путем смешения основных цветов - красного, голубого и зеленого, а при смешении всех трех цветовых компонентов образуется белый цвет. Эта модель была разработана для описания цвета на цветном мониторе, комбинируя эти цвета, монитор способен создавать миллионы оттенков. Для численного представления цветовой характеристики используют трехмерную систему координат: в начале координат точка черного цвета, на каждой из осей - количественная характеристика трех основных цветов, пространство между осями содержит двойные смешения исходных цветов. Эта модель широко используется, например, в способе распознавания цвета с получением цветового кода, описанного в патентной заявке UK 2413024A (опубл. 12.10.2005).The RGB model (Red, Green, Blue - red, green, blue) is an additive color model that describes the method of color synthesis. This model is called additive because the colors are formed by mixing the primary colors - red, blue and green, and when all three color components are mixed, white is formed. This model was developed to describe the color on a color monitor, combining these colors, the monitor is able to create millions of shades. For the numerical representation of the color characteristic, a three-dimensional coordinate system is used: at the origin, a black point, on each axis - a quantitative characteristic of the three primary colors, the space between the axes contains double mixtures of the original colors. This model is widely used, for example, in the method of color recognition to obtain the color code described in patent application UK 2413024A (publ. 12.10.2005).
Модель CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, black - голубой, пурпурный, желтый, черный) - четырехцветная автотипия, субтрактивная схема формирования цвета (субтрактивными называют цвета, получаемые вычитанием определенного цвета из белого), используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати и обладает сравнительно небольшим цветовым охватом. При печати три основные цвета поглощают красную, зеленую и синюю составляющие белого света таким образом, что большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге.CMYK model (Cyan, Magenta, Yellow, black - cyan, magenta, yellow, black) - four-color autotype, subtractive color formation scheme (subtractive colors are the colors obtained by subtracting a certain color from white), used primarily in printing for standard process printing and has a relatively small color gamut. When printing, the three primary colors absorb the red, green, and blue components of white light so that most of the visible color spectrum can be reproduced on paper.
Модели CMYK и RGB, хотя и связаны друг с другом, однако их взаимные переходы не проходят без потерь, так как цветовой охват у них разный.CMYK and RGB models, although they are connected with each other, however, their mutual transitions do not pass without loss, since their color gamut is different.
Модель HSB (Hue, Saturation, Brightness - оттенок, насыщенность, яркость) - цветовая модель, основанная на физическом восприятии цветовой информации человеческим глазом и является нелинейным преобразованием модели RGB. Задание цвета в этой модели производится с помощью трех каналов. Первый параметр (оттенок) задает цвет, отражающийся от объекта или излучаемый объектом. Конкретный цвет задается в градусах, что определяет расположение этого цвета на стандартном цветовом круге. Значения этого параметра могут изменяться от 0 до 360°. Второй параметр (насыщенность) определяет активность данного оттенка, изменяется от 0 до 100%. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. При нулевом значении параметра любой оттенок представляет собой серый нейтральный цвет. Третий параметр (яркость) - относительное значение яркости, измеряющееся в процентах от 0 (черный цвет) до 100 (белый цвет). Эта модель ближе к человеческому восприятию цветов, так как ее параметры отражают информацию о цвете в более привычной человеку форме.HSB model (Hue, Saturation, Brightness - hue, saturation, brightness) - a color model based on the physical perception of color information by the human eye and is a non-linear transformation of the RGB model. The color setting in this model is made using three channels. The first parameter (hue) sets the color reflected from the object or emitted by the object. A specific color is set in degrees, which determines the location of this color on a standard color wheel. The values of this parameter can vary from 0 to 360 °. The second parameter (saturation) determines the activity of this hue, varies from 0 to 100%. The larger this parameter, the “cleaner” the color, so this parameter is sometimes called color purity. When the parameter value is zero, any shade is a gray neutral color. The third parameter (brightness) is the relative brightness value, measured in percentages from 0 (black color) to 100 (white color). This model is closer to the human perception of colors, as its parameters reflect information about color in a more familiar form to humans.
Для визуализации этой модели в трехмерное пространство используется цилиндрическая или коническая системы координат. В цилиндрической системе оттенок изменяется при движении вдоль окружности цилиндра, насыщенность - вдоль радиуса, а яркость - вдоль высоты. В конической системе насыщенность цвета возрастает с отдалением от оси конуса, а яркость - с приближением к основанию.To visualize this model in three-dimensional space, a cylindrical or conical coordinate system is used. In a cylindrical system, the hue changes as it moves along the circumference of the cylinder, saturation along the radius, and brightness along the height. In a conical system, color saturation increases with distance from the axis of the cone, and brightness increases with approach to the base.
Модель HSV часто используется в программах компьютерной графики, так как удобна для человека («разворачивание» трехмерного пространства HSV на двухмерный экран компьютера.)The HSV model is often used in computer graphics programs, as it is convenient for humans ("expanding" the three-dimensional space of HSV on a two-dimensional computer screen.)
CIE XYZ - линейная 3-компонентная цветовая модель, основанная на результатах измерения характеристик человеческого глаза. Построена на основе зрительных возможностей так называемого «стандартного наблюдателя», то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе длительных исследований человеческого зрения, проведенных комитетом CIE (фр. Commission Internationale de l'Eclairage). Основное свойство, присущее этой системе, - положительная определенность - любой физически ощутимый цвет представляется в системе XYZ только положительными величинами. С другой стороны, не всем точкам в пространстве XYZ соответствуют реальные цвета в силу неортогональности функций соответствия цветов.CIE XYZ is a linear 3-component color model based on measurements of the characteristics of the human eye. It was built on the basis of the visual capabilities of the so-called “standard observer”, that is, a hypothetical viewer whose capabilities were carefully studied and recorded during long-term studies of human vision conducted by the CIE committee (French Commission Internationale de l'Eclairage). The main property inherent in this system is positive certainty - any physically tangible color appears in the XYZ system only as positive values. On the other hand, not all points in the XYZ space correspond to real colors due to the non-orthogonality of the color matching functions.
Таким образом, известно большое количество цветовых систем и моделей для характеристики, преобразования и обозначения цветовых параметров. Однако для определения и измерения цветовых и других оптических характеристик прозрачных объектов вышеописанные системы не могут быть применены, так как в них в основном указываются только параметры цвета. Следовательно, эти модели не могут быть использованы для таких объектов, как стекло, для которых важны также и другие оптические характеристики.Thus, a large number of color systems and models are known for characterizing, transforming, and designating color parameters. However, to determine and measure the color and other optical characteristics of transparent objects, the above systems cannot be applied, since they mainly specify only color parameters. Therefore, these models cannot be used for objects such as glass, for which other optical characteristics are also important.
Модель LAB (L*a*b*) была создана Международной комиссией по освещению (CIE) с целью преодоления существенных недостатков вышеизложенных моделей, в частности, она призвана стать аппаратно независимой моделью и определять цвета независимо от особенности устройства (монитора, принтера и т.п.). В цветовом пространстве L*a*b* значение светлоты (яркости) отделено от значения хроматической составляющей цвета (тон, насыщенность). Яркость задана координатой L (изменяется от 0 до 100, то есть от самого темного до самого светлого), а хроматическая составляющая - двумя полярными координатами а и b. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от темно-зеленого (низкая яркость) через серый (средняя яркость) до ярко-розового (высокая яркость), а вторая - от светло-синего (низкая яркость) до ярко-желтого (высокая яркость).The LAB model (L * a * b *) was created by the International Commission on Lighting (CIE) in order to overcome the significant shortcomings of the above models, in particular, it is designed to become a device-independent model and determine colors regardless of the device (monitor, printer, etc.). P.). In the color space L * a * b *, the value of lightness (brightness) is separated from the value of the chromatic component of the color (hue, saturation). The brightness is given by the L coordinate (varies from 0 to 100, that is, from the darkest to the lightest), and the chromatic component is given by the two polar coordinates a and b. The first denotes the position of the color in the range from dark green (low brightness) through gray (medium brightness) to bright pink (high brightness), and the second from light blue (low brightness) to bright yellow (high brightness).
Эта система является наиболее приспособленной для решения поставленной задачи, однако, также как и другие описанные системы, не позволяет в том виде, в каком она существует, применить ее для измерения таких прозрачных объектов, как фасадное стекло.This system is the most suitable for solving the task, however, like the other described systems, it does not allow, in the form in which it exists, to use it for measuring such transparent objects as facade glass.
Известно, что тонированное стекло обладает определенными оптическими характеристиками, поэтому произвести идентификацию его цвета очень сложно. Например, достаточно прозрачное на просвет стекло, имеющее желтоватый с серым оттенок, будучи положенным на лист белой бумаги, приобретает темно-коричневый оттенок. Изначально голубое стекло при изменении угла зрения может приобрести совершенно неожиданный оттенок. Внутри же здания оно, как правило, дает теплый оттенок. Таким образом, цвет тонированного стекла может изменяться в зависимости от условий освещения и точки восприятия объекта, поэтому обычно его нужно согласовывать с автором проекта на натурных образцах, представляющих собой достаточно большие по площади фрагменты остекления, смонтированные на различных фасадных плоскостях строящегося объекта. Это, очевидно, достаточно сложная и зачастую нереализуемая задача.It is known that tinted glass has certain optical characteristics, so it is very difficult to identify its color. For example, glass that is sufficiently transparent to light, which has a yellowish tint with gray, when laid on a sheet of white paper, acquires a dark brown hue. Initially, blue glass when changing the angle of view can acquire a completely unexpected hue. Inside the building, as a rule, it gives a warm shade. Thus, the color of the tinted glass can vary depending on the lighting conditions and the point of perception of the object, therefore, it usually needs to be agreed with the author of the project on full-scale samples, which are large enough fragments of glazing mounted on different facade planes of the building under construction. This, obviously, is a rather complicated and often impossible task.
Кроме того, важной оптической характеристикой стекла является светопропускание. Основная проблема заключается в том, что трудно предсказать, какую часть спектра будет пропускать стекло того или иного оттенка в условиях естественного освещения. Ранее для того, чтобы это определить, необходимо было проводить значительную работу, сравнивать внешний вид одинакового стекла в различных зданиях в различное время. Очевидно, что архитектор должен иметь возможность подбирать стеклоизделие нужного оттенка не эмпирическим путем, как это делается сегодня, а опираясь на результаты научных разработок.In addition, light transmission is an important optical characteristic of glass. The main problem is that it is difficult to predict what part of the spectrum a glass of one color or another will pass under natural light conditions. Previously, in order to determine this, it was necessary to carry out significant work, to compare the appearance of the same glass in different buildings at different times. It is obvious that the architect should be able to select the glassware of the desired shade not empirically, as is done today, but based on the results of scientific developments.
Таким образом, необходимо адаптировать авторское видение цветового решения всего объекта к реальным материалам и разработать методику, которая поможет архитектору подобрать тонированное стекло с учетом его натурного восприятия.Thus, it is necessary to adapt the author’s vision of the color scheme of the entire object to real materials and develop a methodology that will help the architect select tinted glass based on its natural perception.
Практическая изобретательская проблема (задача) связана с тем, что необходимо установить те параметры, которые дают исчерпывающую (необходимую и достаточную) информацию об оптических свойствах стекла и выразить эти параметры в кодированной универсальной форме, доступной для использования различными архитекторами, а также при помощи средств программного обеспечения путем преобразования в цифровые сигналы. При этом такие параметры должны быть легко идентифицируемыми с цветовыми характеристиками стекла.A practical inventive problem (task) is connected with the fact that it is necessary to establish those parameters that provide comprehensive (necessary and sufficient) information on the optical properties of glass and express these parameters in a coded universal form, available for use by various architects, as well as using software tools providing by conversion to digital signals. Moreover, such parameters should be easily identifiable with the color characteristics of the glass.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности и достоверности измерения и/или количественного выражения цвета окрашенных прозрачных объектов и практического осуществления измерения и количественного выражения цвета в кодах или цифровых параметрах.The technical result of the claimed invention is to increase the accuracy and reliability of measurement and / or quantitative expression of color of colored transparent objects and the practical implementation of measurement and quantitative expression of color in codes or digital parameters.
Сущность изобретения заключается в том, что измерение и количественное выражение оптических характеристик стекла осуществляют путем спектрофотометрического анализа количества цвета исследуемого образца в диапазоне спектра видимого излучения с длиной волны 380-770 нм (в который входят все семь цветов, находящихся в закономерной связи цветов солнечного спектра: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового). Кроме того, измеряют коэффициент отражения и коэффициент светлоты образца и преобразуют результаты измерений в буквенно-цифровые коды с использованием определенной математической модели, которая использует количество цвета в четырех основных цветовых областях: красной, желтой, зеленой и синей.The essence of the invention lies in the fact that the measurement and quantitative expression of the optical characteristics of glass is carried out by spectrophotometric analysis of the amount of color of the test sample in the spectral range of the visible radiation with a wavelength of 380-770 nm (which includes all seven colors that are in the natural relationship of the colors of the solar spectrum: red, orange, yellow, green, blue, blue, violet). In addition, the reflection coefficient and lightness coefficient of the sample are measured and the measurement results are converted into alphanumeric codes using a specific mathematical model that uses the amount of color in the four main color areas: red, yellow, green and blue.
На основании полученной формулы, характеризующей оптические характеристики образца, осуществляют подбор стекла с необходимыми оптическими свойствами. Для этого, используя банк данных и основываясь на требованиях к новому разрабатываемому стеклу, определяют формулу цвета, оптические характеристики которого наиболее близко соответствуют этим требованиям. Таким образом, используя способ по настоящему изобретению, можно точно идентифицировать определенный образец стекла, имеющийся в наличии, а также разрабатывать новые образцы стекла, соответствующие требованиям (светлее, темнее, зеленее, прозрачнее и т.п.).Based on the obtained formula characterizing the optical characteristics of the sample, the selection of glass with the necessary optical properties is carried out. To do this, using a data bank and based on the requirements for a new glass being developed, determine the color formula, the optical characteristics of which most closely correspond to these requirements. Thus, using the method of the present invention, it is possible to accurately identify a specific glass sample available, as well as develop new glass samples that meet the requirements (lighter, darker, greener, more transparent, etc.).
Также полученные путем измерения или теоретически рассчитанные буквенно-цифровые коды, отражающие цветовые характеристики стекол, можно использовать при идентификации стекла в различных базах данных, электронных системах и приборах, используемых при подборе фасадного остекления.Also obtained by measuring or theoretically calculated alphanumeric codes reflecting the color characteristics of glasses can be used to identify glass in various databases, electronic systems and devices used in the selection of facade glazing.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - диаграмма, иллюстрирующая цветовое пространство L*a*b*.Figure 1 is a diagram illustrating the color space L * a * b *.
Фиг.2 - схема измерения термоизоляционных и светоотражающих характеристик стекла.Figure 2 is a diagram of the measurement of thermal insulation and reflective characteristics of glass.
Фиг.3 - схема проведения измерений с использованием спектрофотометра.Figure 3 - diagram of measurements using a spectrophotometer.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Стекло имеет ряд существенных отличий по своим свето-физическим свойствам по сравнению с непрозрачными материалами. Спектро-фотометрические характеристики архитектурного стекла следующие: цвет, светопропускание, отражение света, пропускание солнечного излучения, поглощение солнечного излучения, солнечный фактор (полное пропускание солнечного излучения), коэффициент затенения, коэффициент теплопередачи, термическое сопротивление теплопередаче, коэффициент эмиссии (эмиссивитет).Glass has a number of significant differences in its light-physical properties compared to opaque materials. The spectrophotometric characteristics of architectural glass are as follows: color, light transmission, light reflection, transmission of solar radiation, absorption of solar radiation, solar factor (total transmission of solar radiation), shading coefficient, heat transfer coefficient, thermal resistance to heat transfer, emission coefficient (emission).
Так как из всех существующих систем L*a*b* дает наиболее точное и полное математическое описание видимого человеческим глазом цветового пространства, именно эта модель и была взята за основу при разработке новой системы индексации архитектурного стекла.Since of all the existing systems, L * a * b * gives the most accurate and complete mathematical description of the color space visible to the human eye, it was this model that was taken as the basis for the development of the new architectural glass indexing system.
Благодаря характеру определения цвета в L*a*b* появляется возможность отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет, возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усиления цветового контраста, борьба с «шумом» на цифровых фотографиях. Во многих случаях это позволяет ускорить обработку изображений.Due to the nature of the color definition in L * a * b *, it becomes possible to separately influence the brightness, contrast of the image and its color, the possibility of selectively affecting individual colors in the image, enhancing color contrast, fighting “noise” in digital photographs. In many cases, this speeds up image processing.
В системе L*a*b* одинаковое изменение значений координат цвета в разных областях цветового пространства производит одинаковое ощущение изменения цвета. Таким образом математически корректируется нелинейность восприятия цвета человеком. Иллюстрация цветового пространства L*a*b* приводится на чертежах.In the L * a * b * system, the same change in the color coordinate values in different areas of the color space produces the same feeling of a color change. Thus, the nonlinearity of color perception by a person is mathematically corrected. An illustration of the color space L * a * b * is given in the drawings.
Модель L*a*b* в принципе применима для цветовой индексации прозрачных материалов, в частности стекла, однако при ее использовании для таких объектов выявляются такие недостатки, как низкая эффективность, большая погрешность в оценке цвета стекла, субъективность его восприятия и невозможность управления цветом стекла.The L * a * b * model is in principle applicable for color indexing of transparent materials, in particular glass, however, when using it for such objects, disadvantages such as low efficiency, a large error in estimating the color of glass, the subjectivity of its perception and the inability to control the color of the glass are revealed .
Для того чтобы изменить систему L*a*b* для целей изобретения, необходимо было определить, какие оптические параметры стекла необходимы и достаточны для наиболее полного отражения визуальных параметров. Для этого использовали известные методики.In order to change the L * a * b * system for the purposes of the invention, it was necessary to determine which optical parameters of the glass are necessary and sufficient for the most complete reflection of the visual parameters. Known techniques were used for this.
В частности, наиболее часто используемым способом измерения оптических параметров является способ спектрофотометрического измерения цветовых координат и измерение коэффициента отражения объектов.In particular, the most commonly used method for measuring optical parameters is a spectrophotometric method for measuring color coordinates and measuring the reflection coefficient of objects.
Спектрофотометр позволяет делать измерения цветовых координат, имитируя различные виды освещения и различные условия восприятия. Колориметрический спектрофотометр использует источник света, чтобы освещать измеряемый образец, свет отражается от объекта, затем проходит через дифракционную решетку, которая делит его на спектр. Спектр попадает на диодную решетку, где измеряется количество света на каждой длине волны. Эти спектральные данные затем передаются на процессор, где обрабатываются вместе с табличными данными для выбранных CIE осветителя и/или стандартного наблюдателя, чтобы получить значения X, Y, Z. Данная схема проиллюстрирована на фиг.2.The spectrophotometer allows you to measure color coordinates, simulating various types of lighting and various conditions of perception. The colorimetric spectrophotometer uses a light source to illuminate the sample being measured, light is reflected from the object, then passes through a diffraction grating, which divides it into a spectrum. The spectrum falls on a diode array, where the amount of light at each wavelength is measured. This spectral data is then transmitted to a processor, where it is processed together with tabular data for the selected CIE illuminator and / or standard observer to obtain the values of X, Y, Z. This diagram is illustrated in FIG. 2.
При этом как LT обозначено светопропускание - отношение светового потока, проходящего сквозь стекло, к падающему световому потоку, а как LR обозначено светоотражение - отношение светового потока, отраженного от стекла, к падающему световому потоку.Moreover, LT indicates light transmission - the ratio of the light flux passing through the glass to the incident light flux, and LR denotes light reflection - the ratio of the light flux reflected from the glass to the incident light flux.
Обычно направленная геометрия прибора имеет облучение при 45° и измерение при 0°. Это называется 45°/0° геометрией. 0°/45° имеет излучение под углом 0° и измерение при 45°. Оба типа исключают зеркальное отражение при измерениях (блеск исключен). Это обеспечивает измерения, которые соответствуют визуальным оценкам изменения внешнего вида образца, обусловленным как разницей в цвете пигмента, так и блеском или структурой поверхности. Схема проведения измерений образцов на спектрофотометре приведена на фиг.3.Typically, the directional geometry of an instrument is irradiated at 45 ° and measured at 0 °. This is called 45 ° / 0 ° geometry. 0 ° / 45 ° has radiation at an angle of 0 ° and measurement at 45 °. Both types exclude specular reflection during measurements (gloss is excluded). This provides measurements that correspond to visual assessments of changes in the appearance of the sample due to both the difference in pigment color and the gloss or surface structure. The scheme for measuring samples on a spectrophotometer is shown in Fig.3.
Спектрофотометр подключают к компьютеру, обработка и вывод данных осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения. Перед началом работы выполняют следующие операции:The spectrophotometer is connected to a computer, data processing and output is carried out using specialized software. Before starting work, perform the following operations:
- выбирают параметры условий измерения, наиболее приближенные к реальным условиям восприятия цвета. Это источник света D65 (дневной свет) и «стандартный наблюдатель» с углом обзора 10 градусов (для лучшего согласования с усредненными визуальными оценками, проведенными при больших площадях обзора);- choose the parameters of the measurement conditions that are closest to the real conditions of color perception. This is a D65 light source (daylight) and a “standard observer” with a viewing angle of 10 degrees (for better agreement with the average visual assessments carried out for large viewing areas);
- для более точных и «ровных» результатов прогревают спектрофотометр не менее 20 минут и устанавливают количество измерений - 5 по каждому параметру;- for more accurate and “even” results, the spectrophotometer is heated for at least 20 minutes and the number of measurements is set to 5 for each parameter;
- юстируют спектрофотометр с помощью световой ловушки (абсолютно черный цвет - отсутствие света) и эталона белого цвета, который входит в комплект поставки аппарата.- adjust the spectrophotometer using a light trap (absolutely black color - no light) and a white standard, which is included with the device.
Перед проведением измерений были определены наиболее оптимальные условия для проведения экспериментов по замеру цветности стекла. В результате были выбраны стекла толщиной 6, 8, 10 мм как наиболее часто употребляемые в формировании стеклопакетов фасадных систем.Before the measurements, the most optimal conditions were determined for experiments on measuring the color of the glass. As a result, glass thicknesses of 6, 8, 10 mm were selected as the most frequently used in the formation of glass units of facade systems.
Согласно вышеприведенной методике были произведены измерения основных световых параметров стекла: коэффициенты внешнего и внутреннего отражения, светопропускание различных по цвету, толщине и свето-теплотехнических свойств архитектурного стекла (см. таблицу 1).According to the above method, measurements were made of the main light parameters of the glass: external and internal reflection coefficients, light transmission of architectural glass of different color, thickness and light and heat engineering properties (see table 1).
Спектрофотометрические характеристики рабочих образцов стеколTable 1
Spectrophotometric characteristics of working glass samples
ниеSignificantly
nie
Для выбора основных параметров, которые влияют на визуальные характеристика фасадного стекла, был проведен анализ требований, предъявляемых к остеклению.To select the main parameters that affect the visual characteristics of the facade glass, an analysis of the requirements for glazing was carried out.
Полученные характеристики исследованных образцов стекол приведены в таблицах 2-6.The obtained characteristics of the studied glass samples are shown in tables 2-6.
Зависимость светопропускания и отражения от цвета и толщины стеклаTable 3
Dependence of light transmission and reflection on the color and thickness of glass
Зависимость светопропускания и отражения от вида стеклаTable 4
The dependence of light transmission and reflection on the type of glass
Зависимость светопропускания от вида стеклаTable 5
The dependence of light transmission on the type of glass
верStoppsol Supersil-
ver
верStoppsol Supersil-
ver
Результаты измерений количества основных цветов.Table 6
The results of measurements of the number of primary colors.
Проанализировав полученные данные и зависимости световых характеристик стекла от его толщины и свойств, был сделан вывод, что необходимые и достаточные параметры для визуальной идентификации это цвет, светлота и коэффициент отражения (то есть коэффициент отражения и цветовые параметры по системе L*a*b* - светлота и количество основных цветов).After analyzing the data obtained and the dependence of the light characteristics of glass on its thickness and properties, it was concluded that the necessary and sufficient parameters for visual identification are color, lightness and reflection coefficient (i.e., the reflection coefficient and color parameters according to the L * a * b * - lightness and number of primary colors).
Предварительно была создана палитра основных цветов с расширенным диапазоном в синей и зеленой области (стекла этого цвета наиболее широко применяются в архитектуре). Затем были отобраны те конкретные оттенки цвета, которые наиболее полно отражают возможные архитектурные стекла, и проведены измерения оптических характеристик соответствующих образцов на спектрофотометрах Color Quest XE, Pelkin Elmer и Ultra Scan.Previously, a palette of primary colors was created with an extended range in the blue and green areas (glasses of this color are most widely used in architecture). Then, those specific shades of color that most fully reflect the possible architectural glasses were selected, and optical characteristics of the corresponding samples were measured on spectrophotometers Color Quest XE, Pelkin Elmer and Ultra Scan.
Цвет образца стекла определялся в зависимости от расположения точки в пространстве цветовой области от 0 до 100 единиц (ее координата). Коэффициент отражения определялся с помощью измерений на спектрофотометре. Светлота измерялась в единицах от 0 (самый темный) до 100 (самый светлый).The color of the glass sample was determined depending on the location of the point in the space of the color region from 0 to 100 units (its coordinate). The reflection coefficient was determined using measurements on a spectrophotometer. Lightness was measured in units of 0 (darkest) to 100 (lightest).
Для объединения всех этих основных параметров в единую формулу была разработана система кодировки, которая может быть представлена следующим образом.To combine all these basic parameters into a single formula, an encoding system was developed, which can be represented as follows.
В зависимости от того, в какой цветовой области находится исследуемый образец, код GVG обозначается последовательным указанием основных параметров: светлоты (L), количества двух основных цветов (голубого В, зеленого G, желтого Y и красного R), а также отражающей способности стекла (LR).Depending on the color region of the sample, the GVG code is indicated by sequentially indicating the main parameters: lightness (L), the number of two primary colors (blue B, green G, yellow Y and red R), as well as the reflectivity of the glass ( LR).
Общая формула выглядит следующим образом:The general formula is as follows:
GVG - LBG (LR) - цвет из области смешения синего и зеленого;GVG - LBG (LR) - color from the mixing area of blue and green;
GVG - LGY (LR) - цвет из области смешения зеленого и желтого;GVG - LGY (LR) - color from the mixing area of green and yellow;
GVG - LYR (LR) - цвет из области смешения желтого и красного;GVG - LYR (LR) - color from the mixing area of yellow and red;
GVG - LRB (LR) - цвет из области смешения красного и голубого.GVG - LRB (LR) - color from the mixing area of red and blue.
Значение составляющих В, G, Y и R определяется по формулам:The value of components B, G, Y and R is determined by the formulas:
В=-b*k,B = -b * k,
G=-a*k,G = -a * k,
Y=b*k,Y = b * k,
R=a*k,R = a * k,
где k=3 - масштабный коэффициент, введен для удобства визуального восприятия числового выражения цвета стекла.where k = 3 is a scale factor, introduced for the convenience of visual perception of the numerical expression of the color of the glass.
Пример обозначения оптических характеристик стекла с использованием вышеприведенной формулы GVG для зеленой области при координатах цветовой точки L*=28 (численное значение индекса светлоты), а*=3, b*=12:An example of designating the optical characteristics of glass using the above GVG formula for the green region at the coordinates of the color point L * = 28 (numerical value of the lightness index), a * = 3, b * = 12:
GVG - 28 GY 09 36 LR07.GVG - 28 GY 09 36 LR07.
Для получения более удобных в использовании чисел результаты оптических измерений образцов стекла преобразуют путем деления измеренных значений количеств цвета исследуемого образца на базовый масштабный коэффициент.To obtain more convenient numbers to use, the results of optical measurements of glass samples are converted by dividing the measured values of the color amounts of the test sample by a base scale factor.
Так как в целом система характеризует цвет цифрами, отражающими количество основных цветов и отражающей способности, то данный способ измерения цвета объектов может быть универсальным инструментом для количественного измерения качества цветовых характеристик любого прозрачного объекта и превращения этой информации в цифровые коды.Since the system as a whole characterizes color with numbers that reflect the number of primary colors and reflectivity, this method of measuring the color of objects can be a universal tool for quantitatively measuring the quality of color characteristics of any transparent object and converting this information into digital codes.
Кроме того, предлагаемый способ количественного (цифрового) описания цвета и система для его реализации создают условия для передачи количественной информации (цифрового кода) через различные каналы средств связи и записи на различные носители.In addition, the proposed method of quantitative (digital) color description and a system for its implementation create the conditions for the transfer of quantitative information (digital code) through various channels of communication and recording on various media.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008137020/28A RU2381462C1 (en) | 2008-09-16 | 2008-09-16 | Method of measuring and quantifying optical characteristics of glass, method of fitting glass with desired optical properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008137020/28A RU2381462C1 (en) | 2008-09-16 | 2008-09-16 | Method of measuring and quantifying optical characteristics of glass, method of fitting glass with desired optical properties |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2381462C1 true RU2381462C1 (en) | 2010-02-10 |
Family
ID=42123870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008137020/28A RU2381462C1 (en) | 2008-09-16 | 2008-09-16 | Method of measuring and quantifying optical characteristics of glass, method of fitting glass with desired optical properties |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2381462C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114873912A (en) * | 2022-06-06 | 2022-08-09 | 浙江大学 | Cyan borosilicate lead-free low-aluminum colored glaze and preparation, application and color prediction/design method thereof |
-
2008
- 2008-09-16 RU RU2008137020/28A patent/RU2381462C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114873912A (en) * | 2022-06-06 | 2022-08-09 | 浙江大学 | Cyan borosilicate lead-free low-aluminum colored glaze and preparation, application and color prediction/design method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6039109B2 (en) | Coloring inspection apparatus and coloring inspection method | |
| KR101162078B1 (en) | Method for matching paint | |
| Bodart et al. | Photometry and colorimetry characterisation of materials in daylighting evaluation tools | |
| Johnston-Feller | Color science in the examination of museum objects: nondestructive procedures | |
| CN104769419B (en) | The color, opacity, pigment that multi-angle is carried out to coating surface by vision and/or technical device are characterized and texture analysis | |
| Marcus | The measurement of color | |
| Setchell Jr | Colour description and communication | |
| Goodman | International standards for colour | |
| US9791318B2 (en) | Display of effect coatings on electronic display devices | |
| Gaiani et al. | Cultural and architectural heritage conservation and restoration: which colour? | |
| Harold | An introduction to appearance analysis | |
| RU2381462C1 (en) | Method of measuring and quantifying optical characteristics of glass, method of fitting glass with desired optical properties | |
| JPH10222653A (en) | Design method using computer graphics | |
| AU2002338353B2 (en) | Method and device for surface evaluation | |
| Okumura | Developing a spectral and colorimetric database of artist paint materials | |
| Berns | Rejuvenating Seurat’s palette using color and imaging science: A simulation | |
| KR20110010439A (en) | System and method for measuring reflectance based on image | |
| US20230291862A1 (en) | Fully integrated digital color management system | |
| US20060066097A1 (en) | Method of color specification and, using the same, color column structure and color chart | |
| Cauwerts et al. | A color graphic informing on the impact of electric lighting and coated glazing in complex architectural scenes | |
| Angelini et al. | Remote colorimetric measurements by hyperspectral lidar compared to contact conventional colorimetry | |
| Koirala et al. | Color mixing and color separation of pigments with concentration prediction | |
| Nadal et al. | Color and appearance | |
| Wu et al. | Towards a practical metric of surface gloss for metallic coatings from automotive industry | |
| Green | Fundamentals and Applications of Colour Engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20110718 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160917 |