Obiektywna ocena barwy wyrobów użytkowych

Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
Obiektywna ocena barwy wyrobów użytkowych
Objective evaluation of colour of usable products
Mariola Kazimierska
Instytut Przemysłu Skórzanego, Laboratorium Badań Środków Barwiących Wyrobów Barwionych i Barwometrii,
ul. Zgierska 73, 91-462 Łódź, [email protected]
Streszczenie
Percepcja i interpretacja barwy jest subiektywna. Każdy obserwator interpretuje barwę bazując na osobistym
odniesieniu i inaczej ją nazywa. Obiektywny opis barwy jest idealnym rozwiązaniem w kontaktach handlowych.
Obiektywnego pomiaru barwy dokonuje się instrumentalnie w taki sposób aby odpowiadała ocenie wzrokowej, za
pomocą spektrofotometrów lub kolorymetrów i definiuje w postaci liczbowej w oparciu o znormalizowany
rachunek kolorymetryczny opracowany przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową (CIE). Poważnym
problemem jest ustalenie granic tolerancji dla różnicy barwy. W artykule omówione są podstawowe zagadnienia
mające wpływ na akceptowalność barwy w stosunku do wzorca. Przedstawiony materiał obejmuje tylko niewielki
fragment problemów z jakimi spotyka się kolorysta w instrumentalnej ocenie barwy i interpretacji uzyskanych
wyników.
Abstract
The perception and interpretation of color is subjective. Each observer interprets color based on personal
respect and determinates it differently. An objective description of color is ideal for business contacts. Objective
color measurement is made instrumentally so as to match the inspected visually, using spectrophotometers or
colorimeters and defined in numerical form based on the normalized colorimetric bill developed by the
International Commission on Illumination (CIE). A major problem is to establish tolerances for color difference.
The article discusses the basic problems which affect the acceptability of the color relative to the standard. The
material presented covers only a small part of the problems that meets the colorist in instrumental color assessment
and interpretation of results.
Słowa kluczowe: barwa, różnica barwy, współrzędne barwy
Key words: color, color difference, color coordinates
1. Wstęp
Barwa jest to wrażenie psychofizyczne odczuwane za
pośrednictwem zmysłu wzroku pod wpływem światła o
znanym składzie widmowym. Obserwując barwny
przedmiot oceniamy wzajemne oddziaływanie barwy,
struktury powierzchni, połysku oraz padającego światła.
Obserwowana przez oko ludzkie barwa odpowiada
ilości i jakości odbitego promieniowania od
oświetlonego obiektu. Oko ludzkie rozróżnia bardzo
dużą liczbę barw, dane literaturowe podają kilkanaście
milionów. Ponowne rozpoznawanie określonej barwy
jest więc bardzo trudne, ponieważ nie możemy barwy
dokładnie zatrzymać w pamięci.
Odbiór barwy/koloru przez oko obserwatora jest
subiektywny, ponieważ interpretacja obserwatorów jest
bardzo nieprecyzyjna i niejednoznaczna. Można
założyć, że każdy człowiek widzi barwy na swój
indywidualny sposób i jest to zależne od budowy oka,
systemu edukacyjnego, środowiska
predyspozycji psychicznych.
naturalnego,
Ze względu na subiektywizm odbioru, opracowano
sposób obiektywnego, liczbowego opisu barw i oceny
różnicy barwy w stosunku do wzorca barwy.
Obiektywnego pomiaru barwy dokonuje się
instrumentalnie w taki sposób aby odpowiadała ocenie
wzrokowej. Pomiary wykonuje się za pomocą urządzeń
np. spektrofotometrów, kolorymetrów i definiuje
w postaci liczbowej w oparciu o znormalizowany
rachunek kolorymetryczny.
2. Instrumentalne metody wyznaczania parametrów
kolorymetrycznych barwy
Sposób instrumentalnego, numerycznego określania
barwy został opracowany i znormalizowany przez
Międzynarodową Komisję Oświetleniową (CIE)
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
i jest ciągle doskonalony w celu jak najdoskonalszego
odwzorowania widzenia okiem [1].
Instrumentalne metody wyznaczania parametrów
kolorymetrycznych barwy, różnicy barwy są
przedmiotem norm ISO, które obowiązują również
w Polsce. Normy zawierają definicje podstawowych
pojęć, wymagań dotyczących układów kolorymetrycznych, charakterystyk iluminantów, podstaw
rachunku
kolorymetrycznego,
informacji
dla
poprawnego wykonania instrumentalnego pomiaru
barwy [2, 3, 4, 5].
3. Trzy atrybuty barwy
Świat barw jest trójwymiarowy. Każdą barwę
charakteryzują jasność, odcień i nasycenie, których nie
można usystematyzować na płaszczyźnie, dlatego też
przedstawia się ją w układzie przestrzennym. Każdy
z trzech wymiarów przestrzeni charakteryzuje jedną
z tych cech:
odcień – jest cechą barwy, która zależy od rodzaju
promieniowania jakie wpada do oka i wywołuje
wrażenie konkretnej barwy np. niebieskiej, zielonej,
czerwonej, fioletowej. Barwy posiadające odcień noszą
nazwę barw chromatycznych
jasność (jaskrawość) – jest to odczucie natężenia
promieniowania wywołującego wrażenie barwy.
Fizyczną miarą jasności jest luminancja. Przy widzeniu
dziennym (fotopowym) największą luminancję
wykazuje promieniowanie barwy żółto – zielonej przy
długości fali 555 nm, a przy widzeniu nocnym
(skotopowym) barwy niebiesko – zielonej przy długości
510 nm.
nasycenie (czystość) – jest to odczucie barwy
chromatycznej w jej mieszaninie z achromatyczną
(białą, czarną, szarą). Do barw nienasyconych należą
barwy pastelowe, zawierające dużo barwy białej.
Znormalizowany system CIE pozwala na pełen opis
każdej barwy tylko trzema zmiennymi, atrybutami
barwy.
Zalecany przez CIE system o nazwie CIELAB. składa
się z dwóch osi, a* i b*, które usytuowane są względem
siebie pod kątem prostym i definiują tonację barwy.
Trzecia oś oznacza jasność L*. Jest ona prostopadła do
płaszczyzny a* b*.
- L*
- a*
- b*
jasność (wartości L mieszczą się w przedziale
od 0 (czerń) do 100 (biel),
wartość na osi czerwieni i zieleni w przedziale
a ± 120, b ± 120,
wartość na osi żółcieni i błękitu w przedziale
a ± 120, b ± 120,
Rysunek 1. Przestrzeń barw CIELAB [6]
Dwie barwy zapisane w przestrzeni barwnej CIELAB
można porównywać poprzez całkowitą różnicę barwy
∆Eab będącą odległością między tymi barwami
w trójwymiarowej przestrzeni CIELAB.
Różnice w barwach między wzorcem a próbką podaje
się jako różnicę tych liczb w odniesieniu do próbki i
wzorca. Różnicę barw w przestrzeni CIE w najprostszy
sposób można określić podając ich odległość w
przestrzeni, równą pierwiastkowi kwadratowemu z
sumy kwadratów różnic każdej z trzech współrzędnych
dwu porównywanych barw [2].
∆Eab = [(∆L)2 + (∆a)2 + (∆b)2]1/2
Interpretacja różnic w barwie:
∆L > 0 – próbka jaśniejsza od wzorca,
∆L < 0 – próbka ciemniejsza od wzorca,
∆a > 0 – próbka bardziej czerwona (lub mniej
zielona),
∆a < 0 – próbka bardziej zielona (lub mniej
czerwona),
∆b > 0 – próbka bardziej żółta (lub mniej
niebieska),
∆b < 0 – próbka bardziej niebieska (lub mniej
żółta).
45
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
Rysunek 2. Zasada wyznaczania różnicy barw
w przestrzeni CIE LAB w formie graficznej [7].
4. Zakresy tolerancji barwy
Barwy są identyczne jeśli leżą w przestrzeni barw
w tym samym punkcie, ich charakterystyki widmowe są
zgodne a różnice wszystkich parametrów barw są
równe zero. Jest to przypadek idealnego zrównania
barw, którego w praktyce przemysłowej się nie osiąga.
Wynika to z tego, że surowce (np. wyroby poddawane
barwieniu, środki barwiące) z różnych dostaw wykazują
już pewną różnicą barwy. Następcze procesy
wykończalnicze: np. barwienie, apreturowanie, itp.
przyczyniają się do tego, że idealne odtworzenie barwy
wzorcowej jest praktycznie niemożliwe. Każda partia
jest obarczona pewną odchyłką kolorystyczną.
W praktyce przemysłowej wprowadzono pojęcie
tolerancji odchyleń kolorystycznych - jest to przedział
odchyleń kolorystycznych w którym barwa może być
jeszcze uznana za praktycznie zgodną z wzorcem.
Najtrudniejszym zadaniem jest rozstrzygnięcie kiedy
barwę porównywanych próbek można uznać za zgodną.
Nie ma żadnych definicji akceptowalności barwy.
Można powiedzieć, że akceptowalność odpowiada
zakresowi dopuszczalnych odchyleń od barwy
wzorcowej, którą między sobą ustalają kontrahenci.
Przy rozpatrywaniu zakresu tolerancji należy brać pod
uwagę tolerancję typu handlowego, przeznaczenie
wyrobu i warunki użytkowania oraz barwę np. dla barw
złożonych, wymagających w procesie barwienia
zastosowania mieszanki kilku barwników tolerancja
powinna być złagodzona z uwagi na kierunkowość
odchyleń. Każde zawężenie tolerancji powoduje
podwyższenie kosztów wytwarzania.
Ocena wizualna barwy opiera się zawsze na: różnicy
odcienia, nasycenia, jasności. Rozmieszczenie barw w
przestrzeni nie jest równomierne co oznacza, że taka
sama różnica całkowitej różnicy barwy dwóch próbek
nie jest wywołana przez te same różnice jasności,
nasycenia i odcienia barwy lub różnice w parametrach
L, a, b. Tolerancje dla oka ludzkiego tych parametrów
nie są takie same w całej przestrzeni barw. Wielkość
różnic ∆L, ∆a, ∆b dostrzeganych przez oko ludzkie
rośnie wraz ze wzrostem chromatyczności barwy,
jakościowa cecha barwy określająca jej odcień
i nasycenie. Oznacza to, że w przypadku kolorów
nasyconych (tzw. „czystych”) różnice w barwie
porównywanych próbek mogą być większe niż
w przypadku barw o niższym nasyceniu. Oko ludzkie
trudniej zauważa różnice w chromatyczności, a łatwiej
w odcieniu. Stąd zwykle najostrzejsze są kryteria dla
dopuszczalnej różnicy odcienia [8].
Najczęściej zależności tolerancji różnicy jasności,
nasycenia i odcienia przyjmuje się jako stosunek: ∆L :
∆C : ∆H = 4 : 2 : 1 [8]. Liczbowe wartości
dopuszczalnych odchyleń kolorystycznych powinny
być zróżnicowane w zależności od barwy, nasycenia i
rodzaju wyrobu np.:
- firma samochodowa produkująca wysokiej
klasy wyroby dopuszcza tolerancję dla
poszczególnych
detali
stosowanych
na
wyposażenie samochodów określając np: dla
barwy beżowej: ∆L ± 0,5; ∆C ± 0,4; ∆H ±0,2,
dla barwy szarej: ∆L ± 0,4; ∆C ± 0,25; ∆H ±
0,17 [9]. Należy zwrócić uwagę, że są to
wyroby o bardzo wysokim standardzie więc
i wymagania kolorystyczne dla dostawców
podzespołów bardzo rygorystyczne.
- farby
ciemnozielone
do
zastosowań
wojskowych mają w wymaganiach NATO
określoną tolerancję ∆Eab < 1 i ∆a < 0,5.
- wymagania Bundeswery dla druku określone są
odchyłkami L, a, b dla poszczególnych kolorów
np.: dla ciemnej zieleni ∆L ± 1,5, ∆a ± 0,7, ∆b
± 0,8 .
Całkowita różnica barwy jest sumą różnic
poszczególnych składowych barwy. Dwie pary próbek
mogą wykazywać te same wartości ∆E*, jednak
wizualnie okażą się różne. Z obliczonej różnicy barwy
nie można ocenić udziału i wpływu poszczególnych
współrzędnych .
Do ustalenia rzeczywistych odchyłek barwy należy
przeanalizować składowe ∆L*, ∆a*, ∆b*, lub ∆L*,
∆C*, ∆H*. Wyznaczony limit różnicy dla ∆L*
(jasność), ∆a* (czerwień/zieleń) i ∆b* (żółty/niebieski)
tworzy prostokątny obszar tolerancji, akceptowalności
wokół wzorca.
Ustalając tolerancję barwy dla produkowanego wyrobu
należy przede wszystkim ocenić odtwarzalność barwy
w procesie technologicznym przy zapewnieniu dostaw
surowcowych z wysoką tolerancją kolorystyczną. Tylko
przez ocenę kolejnych szarż produkcyjnych,
powtarzalność w ramach jednej partii, ocenę kolejnych
dostaw surowców producent może określić tolerancję
kolorystyczną dla swojego wyrobu.
Należy zawsze pamiętać, ze akceptacja barwy wyrobu
odbywa się przez konsumenta głównie wzrokowo i tę
46
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
metodę
należy
również
stosować
w przemyśle, jako element potwierdzający zgodność
barwy z wzorcem.
5. Podsumowanie
Zastosowanie przyrządów do pomiaru barwy,
spełniających wymogi i założenia znormalizowanych
systemów barw, może zapewnić obiektywną ocenę
i kontrolę barw. Są one doskonałym narzędziem
precyzyjnie identyfikującymi i porównującymi barwy
wyrobów.
6. Literatura
1. CIE Publication No. 15.2, Colorimetry
2. PN-EN ISO 105-J01:2002 Tekstylia - Badania
odporności wybarwień - Część J01: Ogólne zasady
pomiaru barwy powierzchni
3. PN-EN ISO 105-J03:2009 Tekstylia -- Badanie
odporności wybarwień -- Obliczanie różnic barwy
4. PN-ISO 7724-2:2003 Farby i lakiery Kolorymetria - Część 2: Pomiar barwy
5. PN-ISO 7724-2:2003 Farby i lakiery - Obliczanie
różnic barwy
6. Colour By Numbers – Biuletyn firmy Coats http://www.coatsindustrial.com/
7. Stanisław Radomski, Kilka słów o barwie, Świat
druku, 2000 r.
8. Jóżef Mielicki, Zarys wiadomości o barwie, 1997r.
9. Standard colour tolerances firmy
47