FAREBNÝ PRIESTOR VYBRANÝCH DOMÁCICH DREVÍN

1. FAREBNÝ PRIESTOR VYBRANÝCH DOMÁCICH DREVÍN

2. Farba je dôležitá charakteristika • Farba dreva je dôležitá charakteristika jeho vzhľadu, predovšetkým pri takých výrobkoch akými sú nábytok, drevené obkladové materiály, podlahoviny, umelecké drevené predmety a mnohé iné.

3. Vnímanie svetla a farby • Vnímanie svetla a farby naším zrakom je individuálna, psychofyziologická záležitosť. Základné atribúty charakterizujúce farbu telesa sú – farebný tón, farebná sýtosť a svetlosť. • Aby si mohli ľudia vymieňať medzi sebou informácie o farbe, je potrebné presne kvantifikovať o akú farbu ide. Musíme preto vedieť farbu odmerať a číselne vyjadriť, najlepšie pomocou farebných súradníc v medzinárodnej sústave CIE. • Na meranie farieb využívame meracie prístroje, ktoré sa nazývajú – spektrofotometre a kolorimetre.

4. Proces vnímania farby • Ako príklad pre štúdium farby telesa, sme vybrali drevenú kocku. • Za účelom kvantifikácie procesu musíme najprv poznať vlastnosti svetla osvetľujúceho teleso, tzn. definovať iluminant. Farebné vlastnosti telesa sú dané reflexným spektrom (alebo transmisným spektrom v prípade priehľadných telies). Výsledné spektrum je kombináciou vlastností spektra iluminanta a reflexných schopností telesa. V našom prípade je iluminantom denné svetlo s teplotou chromatickosti 6504 K. • Teleso ovplyvňuje svetlo pri odraze (alebo prechode). Pigmenty a farbivá selektívne absorbujú svetlo niektorých vlnových dĺžok a iné odrážajú (alebo prepúšťajú).

5. Proces vnímania farby • Povrch nášho telesa má určitú štruktúru. Svetlo so známym spektrálnym zložením interaguje s atómami nachádzajúcimi sa v povrchovej vrstve telesa. V našom prípade sú fotóny zodpovedajúce určitej farbe znovu emitované týmito atómami a fotóny zodpovedajúce inej farbe sú absorbované.V smere uhla odrazu pozorujeme zložku spôsobenú priamym odrazom. • Po odraze svetlo vyznačujúce sa reemisným spektrom (predstavujúceho farebný podnet) pokračuje do oka. • Výsledné spektrum reemitovaného (odrazeného) svetla je kombináciou charakteristík spektra iluminanta a spektrálneho činiteľa odrazu. • Spektrum svetla dopadajúceho do oka, ktoré môže byť fyzikálne kvantifikované, má pre rozlišovanie farby pozorovateľom zásadný význam. Nasledujúce dva podstatné javy vedúce k vnímaniu farby, sú detekcia svetla okom a spracovanie nervovej informácie mozgom.

6. Proces vnímania farby Obr.1. Trichromatické zložky X,Y,Z získané z údajov o osvetlení, telese a pozorovateľovi

7. Proces vnímania farby • Vo vzťahu k vnímaniu farby je zrak charakterizovaný pomernou svetelnou účinnosťou monochromatického žiarenia V(λ) a trichromatickými členiteľmix(λ), y(λ) a z(λ). • Teraz už máme definované potrebné charakteristiky pre všetky tri elementy (svetlo, teleso, pozorovateľ) • svetlo pomocou spektrálneho zloženia • teleso pomocou spektrálneho činiteľa odrazu (alebo prechodu) svetla • pozorovateľ pomocou normalizovaných charakteristík. • Presný popis farieb sa uskutočňuje tromi nezávislými údajmi v trichromatických priestoroch (RGB, XYZ, CIELUV, CIELAB).

8. Trichromatický priestor • Priestor RGB je kocka s dĺžkou strany 255 (poprípade 1 alebo 65535), kde na súradné osi sú vynášané súradnice farieb r, g, b. • Zobrazovanie farieb sa častejšie ako v systéme RGB uskutočňuje v systéme XYZ alebo v systéme CIELAB. • Trichromatické zložky X, Y, Z predstavujú súradnice farieb v priestore XYZ a sú definované: kde je pomerná spektrálna hustota žiarivého toku, ktorý podnecuje farebný vnem, sú kolorimetrické koeficienty (spektrálne citlivosti).

9. Trichromatický priestor • Postup stanovenia atribútov farby v zmysle trichromatických zložiek X, Y, Z zahŕňa nasledovné vzťahy: kde φλ(λ) je krivka pomerného spektrálneho zloženia farebného podnetu, ktorú získame vynásobením spektra iluminanta S(λ) a spektrálneho činiteľa β(λ). Spektrálny činiteľ β(λ) ovplyvňuje výsledné spektrum v dôsledku odrazu (alebo prechodu) svetla telesom.

10. Trichromatický priestor • Postup stanovenia atribútov farby v zmysle trichromatických zložiek X, Y, Z zahŕňa nasledovné vzťahy: ∆λ je interval, kde bola hodnota podnetu získaná , a sú trichromatické členitele.

11. Trichromatický priestor • Získané hodnoty trichromatických zložiek X, Y, Z predstavujú aditívne zložky zodpovedajúce parciálnym odozvám na červenú, zelenú a modrú zložku danej farby v prípade priemerného ľudského pozorovateľa, keď sa tento pozerá na teleso osvetlený denným svetlom. • Trichromatické zložky však majú pre špecifikovanie farby iba obmedzené použitie, pretože ich korelácia s atribútmi farebného vnemu je malá. • Tieto nedostatky môžeme formulovať nasledovne: • veličiny X, Y, Z boli vytvorené na základe aditívneho skladania farieb pomocou svetla a tento spôsob nie je celkom optimálny v prípade skladania pigmentových farieb pri subtraktívnom miešaní. • zložka X zodpovedá červenému svetlu, Y zelenému,Z modrému, z ktorých sa skladá farebný podnet. V prípade dorozumievania sa o farbe, najmä pri farbe telesa sú tieto veličiny pre pozorovateľa ťažko predstaviteľné.

12. Trichromatické zložky X,Y,Z • Na to, aby bola zlepšená schopnosť deklarovať informáciu o farbe, doporučila CIE (COMMISSION INTERNATIONALE DEL'ECLAIRAGE)používanie trichromatických súradníc x, y, z definovaných nasledovne: zo vzťahov vyplýva, že x + y + z = 1 • Systém XYZ má rovinné zobrazenie v kolorimetrickom trojuholníku, kde trichromatické súradnice x, y tvoria pravouhlý súradný systém.

13. Diagram chromatickosti CIE 1931 (x, y) • Zhrnutím predstavy o skladaní farieb vo farebnej rovine znázornenej farebným trojuholníkom je diagram chromatickosti, znázornený na obr.2. Obr.2. Diagram chromatickosti CIE 1931 (x, y)

14. Diagram chromatickosti • Všetky spektrálne svetlá vygenerované rozkladom bieleho svetla sú umiestnené na vonkajšej krivke spektrálnych farieb od červenej cez oranžovú, žltú, zelenú, azúrovú až po modrú. Body červenej a modrej sú spojené čiarou purpurových farieb. • Chromatickosť je dvojrozmerná veličina a teda je funkciou dvoch premenných. Môžu to byť x,y alebo dominantná vlnová dĺžka a spektrálna čistota, alebo tón a sýtosť, alebo ekvivalentné veličiny definované vo farebnej rovine. Avšak na komunikáciu o farbe to nie je dostatočné a potrebujeme ešte jednu premennú, a to: • jasnosť pri opise zdroja svetla, alebo • svetlosť pri charakterizovaní farby telesa.

15. Diagram chromatickosti • Tón farby je reprezentovaný sýtymi farbami znázornenými bodmi na obvodediagramu chromatickosti. Každému tónu zodpovedá určitá dominantná vlnová dĺžka svetla. Okrem achromatických farieb (biela, čierna a sivé farby), má tón každá farba. • Sýtosť charakterizuje, koľko nepestrej (achromatickej) zložky daná farba obsahuje. Sýtosť sa znižuje, keď postupujeme smerom do stredu k oblasti kde sa nachádza biela, jedna z achromatických farieb. Achromatické farby majú teda nulovú sýtosť. • Diagram chromatickosti má dve nezávislé súradnicové osi. Chromatickosť je dvojrozmerná veličina a teda je funkciou dvoch premenných. Môžu to byť x, y alebo tón a sýtosť, alebo ekvivalentné veličiny definované vo farebnej rovine. • Avšak na komunikáciu o farbe to nie je postačujúce, preto bolo potrebné zaviesť ešte jednu premennú.Tou je pri charakterizovaní farby telesa jeho svetlosť (ktorá je ekvivalentom jasu).

16. Kolorimetrický priestor L*a*b* • Pomocou svetlosti môžeme rozlišovať svetlé a tmavé farby. Čím viac svetla predmet odráža, tým je farba svetlejšia. • Pre potreby vybudovania vhodného priestoru pre usporiadanie farieb telesa a na preklenutie niektorých obmedzení diagramov chromatickosti, zaviedla CIE dva alternatívne farebné priestory: CIE 1976 L*a*b* (CIELAB) CIE 1976 L*u*v* (CIELUV) Kolorimetrický systém CIELAB vychádza z priestoru XYZ a definuje farby podobným spôsobom ako sú vnímané. • Veličina • L*merná svetlosť • a*odtieň medzi červenou a zelenou • b*odtieň medzi žltou a modrou

17. Kolorimetrický priestor L*a*b* Obr.3. Priestorový farebný model CIE L*a*b*

18. Kolorimetrický priestor L*a*b* Obr.4. Model farebného priestoru L*a*b* vo forme gule

19. Kolorimetrický priestor L*a*b* Obr.5. Horizontálny rez priestorom CIE L*a*b*

20. Princíp merania • Pri dopade svetla na povrch látky, svetelný zväzok stratí časť svojej pôvodnej energie. Odrazené svetlo už nebude mať tie isté vlastnosti ako malo pôvodné svetlo v jeho spektrálnom zložení nastanú zmeny. Presne zmerať a analyzovať spektrum tohto svetla dokážeme pomocou prístroja - spektrofotometra. • Princíp metódy spočíva v zmeraní príslušných spektrálnych charakteristík bieleho (zloženého) svetla odrazeného od povrchu vzorky, ktoré sa privedie do optického systému spektrofotometra, kde sa rozloží na jednotlivé vlnové dĺžky. Elektrické signály, úmerné intenzite svetla pre každú vlnovú dĺžku, sa ďalej vhodne upravia a spracujú. Celý proces merania a vyhodnocovania riadi počítač, ktorý je schopný vypočítať trichromatické súradnice automaticky. Pred začatím merania je potrebné prístroj nakalibrovať. • Výsledky meraní sa ukladajú vo forme dát do súborov. Tieto súbory je možné ďalej spracovať, exportovať do iných programov, vytvárať grafy a štatisticky vyhodnocovať.

21. Použitý merací prístroj • Pri našich meraniach sme použili spektrofotometer MINOLTA typ CM 2600d. • Prístroj je schopný pracovať autonómne, alebo môže byť riadený pomocou PC. Komunikácia Master / Slave je zabezpečená prostredníctvom štandardného sériového portu RS232C. Pomocou programového vybavenia „Spectra Magic“sme ovládali proces merania a prácu s nameranými údajmi. Pre ohraničenie meranej plochy na vzorkách dreva sme použili štandardnú meraciu clonu s priemerom otvoru 8 mm. Osvetľovací systém bol nastavený na režim merania vrátane rozptýlených zložiek (SCI). • Merania sme realizovali v rozsahu vlnových dĺžok od 360 do 740 nm, s rozlíšením 10nm, pričom pre zobrazenie hodnôt farebných súradníc sme zvolili farebný priestor - L*a*b*.

22. Spektrofotometer CM2600d Minolta

23. Technické parametre CM2600dMinolta • Osvetľovací a pozorovací systém: • Pozorovací uhol 80 • SCI (Specular Component Included) • SCE (Specular Component Excluded) • Rozsah vlnových dĺžok: 360 – 740 nm • Spektrálny filter: difrakčná mriežka • Rozlíšení: 10 nm • Šírka pásma: Približne 10 nm • Priemer meracej plošky: f8mm, alebo f3mm • Zdroj svetla: Xe výbojka (A,C,D50,D65,F2,...,F12) • Rozsah odrazivosti: 0 – 175 %, s rozlíšením 0,01 %

24. Technické parametre CM2600dMinolta • Pozorovatel: 2/100 • Fotodetektor : matica Si fotodiód (2x40) • Voľba farebného priestoru: • L*a*b*, L*C*h, CMC(1:1), CMC(2:1), CIE94, • Hunter Lab, Yxy, MUNSEL, XYZ, • MI, WI(ASTM E313), YI(ASTM E313/ASTM D1925), • ISO Brightness (ISO 2470), Density status A/T, WI/Tins, (CIE/Ganz), • L99a99b99, L99C99h99 • Kapacita pamäti: 6x 700 (SCI a SCE) • Napájanie: 4xAA, sieťový napájač • Hmotnosť: 670g (bez batérií)

25. Technické parametre CM2600dMinolta • Spektrofotometer je schopný pracovať autonómne, alebo môže byť riadený počítačom PC, pomocou programu SpectraMagic.

27. CM2600dMinolta Obr.5. Voľba farebného priestoru:L*a*b*

28. Vlastnosti vzoriek • Experimentálny materiál bol odobratý z 19-tich vybraných domácich drevín. Merané telesá v tvare doštičiek, boli vymanipulované z kmeňov tangenciálnym rezom . Celková plocha tangenciálneho rezu bola pre každú drevinu minimálne 1m2. Pred meraním bol povrch vzoriek upravený brúsnym papierom s drsnosťou “80“, zbavený prachu a bez povrchovej úpravy náterom. • Na rovine povrchu vzoriek príslušnej dreviny, náhodilým výberombolo uskutočnených 50 meraní. • Pri jadrových drevinách s úzkou zónou beli, bolo snímané iba jadro. • Pri niektorých drevinách sme preferovali prevládajúcu zónu beli (Fraxinus excelsior), respektive sme brali do úvahy jadrovú aj beľovú zónu dreviny (Quercus cerris, Salix). • Výsledky meraní boli následne, v rámci vyhodnocovania údajov, štatisticky spracované.

29. Namerané hodnoty s CM2600d *variabilita je charakterizovaná 95% limitom priemerov výberových súborov

30. Namerané hodnoty s CM2600d *variabilita je charakterizovaná 95% limitom priemerov výberových súborov

31. Namerané hodnoty s CM2600d Namerané hodnoty Lab vybraných druhov drevín rastúcich na Slovensku

32. SpektrofotometerNamerané hodnoty vybraných druhov drevín rastúcich na Slovensku