Почему два одинаковых цвета разные? Метамерия
Представим такую ситуацию. Некто утром надевает два черных носка, а придя на работу замечает (или ему замечают), что один из них темно-синий. Посмеявшись (или опечалившись), он, наверное, укорит себя за невнимательность. Ладно, с кем не бывает… Однако, вернувшись домой, и рассказывая супруге об этой досадной оплошности, он вдруг видит, что оба носка снова черные! Чудеса?
Нет, просто он стал очередной невинной жертвой метамерии.
Метамерия — свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета.
На метамерии основано воспроизведение цвета в полиграфии и фотографии, кино и телевидении, живописи. Без этого явления невозможно было бы, например, напечатать репродукцию картины или воспроизвести цвета на мониторе и телевизоре.
Благодаря существованию метамерии из смеси красителей с разными спектральными характеристиками поглощения света или люминофоров с разными спектрами излучения (в телевизорах и мониторах) можно составить цвета, которые воспринимаются нашими глазами как идентичные.
Очень полезная вещь. Но как и все на свете — имеет и обратную сторону.
Восприятие человеком цвета основано на том, что сетчатка глаза имеет три вида рецепторов света (красный, зеленый, синий), отвечающих за цветовое зрение. Каждый вид колбочек реагирует на определенный диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый этой реакцией, называется цветовым стимулом, при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул и, таким образом, восприниматься человеком одинаково.
Два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами, будут неразличимы для человека.
На практике может быть так: два окрашенных образца воспринимаются одинаково окрашенными под одним источником освещения, но теряют сходство при других условиях освещения.
Именно поэтому цвет носков был одинаковым, когда освещался люстрой дома, и стал отличаться при свете офисных ламп.
Или представьте такой случай: вы подбираете кепку под цвет футболки в магазине, находите кепку точно такого же цвета, и вполне удовлетворены результатом. Однако, выйдя на улицу, вы понимаете, что сильно промахнулись — цвета стали непохожими.
Явление метамерии
Когда бежевый становится розовым, синий кажется зеленым, а цвет краски Sherwin Williams Alabaster (SW 7008) выглядит скорее как желтый, чем светло-серый, не обязательно бить тревогу. Фактически, такие изменения цвета встречаются постоянно, но что в чем их причина?
Неважно, сколько часов вы потратите на выбор подходящего цвета краски — окончательно утвержденный цвет почти наверняка будет отличаться от образца, когда попадет в ваш дом.
В магазине ошиблись с колеровкой? Или цвет изменился внутри банки? Вряд ли.
По сути, это не изменения цвета — это лишь изменения в восприятии цвета. Причиной такого восприятия являются не ваши личные особенности, и для решения проблемы может потребоваться всего лишь замена лампочки. Это метамерия, и в ее власти изменить любой цвет в любое время дня и ночи, в помещении или на улице.
На самом деле цветов нет. То, что кажется определенным цветом — есть не что иное, как отраженный от поверхности свет с определенной длиной волны. Любой, кто пытался отличить красный цвет от синего в густых сумерках, знает, что это проблематично. В отсутствии света разных цветов просто не существует.
Но и свет свету рознь. И новый источник света способен разительно изменить оттенок цвета по сравнению с тем, как вы привыкли воспринимать его при знакомом освещении.
Цветовая температура, спектральный состав и другое
Источники света имеют свой цвет, который “подмешивается” в цвет окрашенных объектов. Из этого сложения образуется новый цвет. Свет лампы накаливания совсем не похож на естественный свет полуденного неба или голубоватый свет люминесцентной лампы.
Но почему одинаковые цвета вдруг становятся разными?
Разные красители плюс разное освещение
Это приводит к тому, что два цвета хоть и выглядят одинаково под определенным источником света, но при этом имеют разные кривые спектральной отражательной способности, так что под другим источником света они будут отражать свет по-разному, что приводит к очевидной разнице в цвете.
Предположим, что у вас есть два объекта, освещенных люминесцентной лампой. Оба объекта в этих условиях имеют одинаковый оранжевый цвет. Однако первый объект содержит пигмент, который отражает оранжевые длины волн света, а второй объект использует смесь красного и желтого пигментов для получения оранжевого цвета.
Затем вы меняете освещение на лампу накаливания, в свете которой больше волн в оранжевом и красном диапазоне, но меньше в желтом. В этом случае первый объект будет выглядеть как и раньше — оранжевым, однако второй объект будет иметь заметно более красно-коричневый оттенок, поскольку в источнике мало желтого света, который можно было бы добавить к красному для получения оранжевого. Такие два окрашенных объекта называются метамерными парами.
Чаще всего изменение цвета происходит при использовании в красках четырех и более красителей (пигментов).
Вот цвета, которые скорее всего изменят оттенок при смене освещения:
• Бежевый
• Селадон (светлый серо-зеленый)
• Серый и серо-голубой
• Сиреневый
• Мальвовый (розово-фиолетовый)
• Тан (желтовато-коричневый)
• Тауп (серо-коричневый)
Разные материалы
Цвета, в которые окрашены различные материалы — хлопок, вискоза, нейлон, шерсть, полиэстер и т. п., могут сильно различаться в зависимости от источника освещения, даже если все они только что вышли из одной красильной ванны. Поэтому очень важно сравнивать окраску таких материалов при источнике света, который вы в итоге собираетесь использовать.
Отражения
Вдобавок к источнику света и сочетанию пигментов, на оттенок цвета окрашенной поверхности может изменяться в зависимости от окружающих его цветов. Вот почему отраженный цвет красного ковра или деревянного пола часто придает светлым стенам розоватый оттенок. Иногда это может выглядеть неплохо, но такие отражения могут исказить цвет, например, светло-зеленой стены или превратить бежевый в почти красный.
Любые противоположные цвета на цветовом круге в смеси дадут серый или коричневый. Например, смешивание красного с зеленым образует коричневый цвет.
Следующие комбинации отраженного цвета всегда приглушают цвет, на который они падают:
• Красный на зеленом.
• Зеленый на красном.
• Синий на оранжевом.
• Оранжевый на синем.
• Фиолетовый на желтом.
• Желтый на фиолетовом.
Метамерия наблюдателя
Когда два человека расходятся во мнениях по поводу конкретного цвета, проблема не всегда в источнике света. Явление, называемое метамерным сбоем наблюдателя, может заставить двух людей воспринимать один и тот же цвет в одинаковых условиях по-разному. На самом деле различия в цветовом зрении между двумя индивидуумами встречаются чаще, чем может показаться. И это нередко приводит к тому, что окрашенная поверхность, которая одному наблюдателю кажется синей, может восприниматься другим как зеленая.
Причиной этого является следующее:
Различия в светочувствительности цветовых колбочек и палочек в глазу каждого человека.
Разные пропорции рецепторов, восприимчивых к разным цветам (более длинным и более коротким длинам волн).
Количество колбочек в центре поля зрения и в периферической области.
Окраска хрусталика. С возрастом у человека хрусталик глаза желтеет.
Геометрическая метамерия
Обычно такие атрибуты материала как полупрозрачность, блеск или текстура поверхности не учитываются при подборе цвета. Однако геометрическая метамерия может возникнуть, когда два образца совпадают по цвету при просмотре под одним углом, но не совпадают под другим. Типичным примером этого является изменение оттенков перламутровых и “металлических” красок.
Метамерия размера поля
Такой феномен возникает из-за того, что относительные пропорции трех типов колбочек (красный, зеленый, синий) в сетчатке меняются от центра поля зрения к периферии. Это приводит к тому, что воспринимаемый цвет маленьких образцов может субъективно отличаться от идентичного цвета больших окрашенных поверхностей.
Решения
Хотя невозможно избежать отрицательных последствий метамерии с одинаковой легкостью во всех ситуациях, есть способы их минимизировать.
Пытаясь подобрать цвета:
• Проводите сравнение цветов в условиях освещения, при которых они будут использоваться.
• Проверьте цвет при трех разных источниках света (теплый, дневной, холодный) и, возможно, их смешивании.
• Сравнивая цвета при дневном свете, избегайте прямых солнечных лучей.
• Помните, что даже в одной комнате цвет краски будет медленно переходить из одного оттенка в другой в течение дня, так как освещение будет меняться.
• Используйте достаточно большие окрашенные образцы, чтобы оценить цвет в различных условиях на всех стенах.
• Первый взгляд на цвета — самый верный. Через некоторое время глаза приспосабливаются и вы можете не заметить разницу в оттенках. При сравнивании цветов всегда давайте отдых глазам.
Читайте другие полезные материалы:
Краски Sherwin-Williams
Краски Шервин-Вильямс для любых поверхностей — это безупречное по качеству, максимально долговечное, предельно безопасное и эстетически красивое покрытие. Необыкновенная свобода в выборе цвета
Метамерия (цвет)
Спектральное распределение мощности описывает долю общего света, излучаемого (испускаемого, проходящего или отраженного) образцом цвета на каждой длине волны видимого диапазона; он определяет полную информацию о свете, исходящем от образца. Однако человеческий глаз содержит только три цветовых рецептора (три типа колбочек ), что означает, что все цвета сводятся к трем сенсорным величинам, называемым трехцветными значениями.. Метамерия возникает из-за того, что каждый тип конуса реагирует на кумулятивную энергию из широкого диапазона длин волн, так что различные комбинации света на всех длинах волн могут вызывать эквивалентный отклик рецептора и одинаковые значения трехцветного стимула или цветового ощущения. В науке о цвете набор кривых сенсорной спектральной чувствительности численно представлен функциями согласования цветов.
СОДЕРЖАНИЕ
Источники метамерии [ править ]
Метамерные совпадения довольно распространены, особенно в почти нейтральных (серые или беловатые цвета) или темных тонах. По мере того, как цвета становятся ярче или насыщеннее, диапазон возможных метамерных совпадений (различных комбинаций длин волн света) становится меньше, особенно в цветах из спектров отражения поверхности.
Создание метамерных совпадений с использованием световозвращающих материалов сложнее. Внешний вид цвета поверхности определяется произведением кривой спектрального коэффициента отражения материала и кривой спектрального коэффициента излучения источника света, падающего на него. В результате цвет поверхностей зависит от источника света, используемого для их освещения.
Метамерный отказ [ править ]
Термин « метамерный отказ источника света» или « метамерия источника света» иногда используется для описания ситуаций, в которых два образца материала совпадают при просмотре под одним источником света, но не под другим. Большинство типов люминесцентных ламп создают нерегулярную или пиковую спектральную кривую излучения, так что два материала при флуоресцентном свете могут не совпадать, даже если они метамерно соответствуют лампе накаливания «белому» источнику света с почти плоской или гладкой кривой излучения. Цвета материалов, совпадающие с одним источником, часто могут отличаться от другого. Струйная печать особенно восприимчива, и струйные пробные отпечатки лучше всего просматривать при стандартном освещении с цветовой температурой 5000K для обеспечения точности цветопередачи. [1]
Обычно такие атрибуты материала, как полупрозрачность, блеск или текстура поверхности, не учитываются при подборе цвета. Однако геометрическая метамерия или геометрическая метамерия могут возникнуть, если два образца совпадают при просмотре под одним углом, но не совпадают при просмотре под другим углом. Типичным примером является изменение цвета, которое проявляется в перламутровой автомобильной отделке или «металлической» бумаге; например, Kodak Endura Metallic, Fujicolor Crystal Archive Digital Pearl.
Метамерный отказ размера поля или метамерия размера поля возникает из-за того, что относительные пропорции трех типов колбочек в сетчатке меняются от центра поля зрения к периферии, так что цвета, совпадающие при просмотре как очень маленькие, центрально фиксированные области, могут выглядят иначе, когда представлены в виде больших цветных областей. Во многих промышленных приложениях согласование цветов в большом поле используется для определения цветовых допусков.
Наконец, метамерия устройств возникает из-за несогласованности колориметров одного или разных производителей. Колориметры в основном состоят из комбинации матрицы сенсорных ячеек и оптических фильтров, которые представляют собой неизбежные отклонения в своих измерениях. Более того, устройства разных производителей могут отличаться по конструкции. [2]
Слово « метамерия» часто используется для обозначения метамерного сбоя, а не совпадения, или используется для описания ситуации, в которой метамерное совпадение легко ухудшается из-за небольшого изменения условий, например, изменения источника света.
Измерение метамерии [ править ]
MI можно разложить на MI vis и MI UV, если рассматривается только часть спектра. Числовой результат можно интерпретировать путем округления до одной из пяти буквенных категорий: [4]
| Категория | MI (CIELAB) | MI (CIELUV) |
|---|---|---|
| А | 2,0 | > 2,6 |
Метамерия и промышленность [ править ]
Использование материалов, которые соответствуют метамерному цвету, а не спектральному соответствию цвета, является серьезной проблемой в отраслях, где важны соответствие цвета или допуски по цвету.
Подбор цвета в текстильной промышленности по окраске имеет важное значение. В этой ветви обычно встречаются три типа метамерии: метамерия осветителя, метамерия наблюдателя и метамерия размера поля. [6] Из-за большого количества различных источников света, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, трудно обеспечить соответствие цвета ткани. Метамерию на крупных текстильных изделиях можно устранить, используя разные источники света при сравнении цветов. Однако проблему метамерии в более мелких предметах, таких как текстильные волокна, решить труднее. Эта трудность возникает из-за необходимости микроскопа, который имеет один единственный источник освещения, для наблюдения за этими маленькими волокнами. Следовательно, метамерные волокна нельзя различить ни макроскопически, ни микроскопически. Метод, который позволяет решить проблему метамерии в волокнах, сочетает микроскопию и спектроскопию, называется микроскопией. [7]
Элементы защиты банкнот. Частное расследование
Тема элементов защиты банкнот меня заинтересовала после прочтения рекламной статьи на geektimes, в которой описывался карманный приборчик распознающий спец элемент «И» (anti-stokes luminescence).
Мир методов защит документов и банкнот от подделки оказался очень интересным и увлекательным. В чем то, даже теперь понимаю Виктора Ивановича Баранова.
Как оказалось, информациях о конкретных элементах и фишечках защит весьма скудна. А те статьи в Интернете, что можно найти, как правило, даже иллюстрации использует одни и те же.
Ничего принципиально нового я не «открыл», но возможно, результаты моих экспериментов покажутся кому то интересными.
Условно, для себя, я разделил методы проверки на две группы:
1. Элементы защиты доступные для проверки без специальных средств (максимум лупа).
2. Исследование с использованием «инструментальных» средств (UV, IR источники и т.п.)
Тема по п1. просто огромна и интересна, но она относительно широко освещена в открытых материалах и в этой статье я ее не затрагиваю.
Для экспериментов был собран приборчик:
Камера превращается в инфракрасную ближнего диапазона, путем удаления IR фильтра и заменой его на кусочек проявленной цветной пленки (не засвеченный хвостовик пленки).
Магнитные метки
Для отслеживания наличия магнитных меток использовал головку от считывателя магнитных карт и двухкаскадный усилитель на ОУ LM358. Оцифровка сигнала и вывод на экран как осциллограммы, что бы оценить зрительно.
Коэффициент усиление подбирал экспериментальным методом. Степень намагниченности карты с HiCo полосой на порядок выше, чем у банкноты.
Что можно сказать по экспериментам с таким примитивным датчиком? Участки с магнитными свойствами у банкнот есть. Это все. Подделать купюру под такой датчик, на мой взгляд, элементарно.
Встречаются упоминания (патенты) про следующие варианты проверки аутентичности меток:
Видел фотографии из документации к профессиональным приборам, которые показывают в 2D цветное изображение степени намагниченности. В этой же документации вскользь упоминалось про информацию, которая может быть закодирована в магнитных метках документов и которую визуально видно в данном приборе.
Попробовал способ, которым часто проверяется юстировка магнитных головок в эмбоссерах. Магнитный порошок (сойдет и тонер от лазерного принтера) на магнитную полосу.
Способ позволяет оценить и качество записи и отклонения в расположение дорожек и пр. и пр.
Увы. С купюрой не сработало. И шершавая бумага/краска вместо гладкой поверхности и намагниченность не та.
Так и не смог определить, если «секретные» кодировки на магнитных метках купюр. Скорее всего нет.
Инфракрасное изображение. Метамерные краски
Пожалуй, самый распространенный способ контроля в детекторах. По некоторой информации (примеры подделок) научились подделывать еще в начале 2000-х.
Euro, RUB
Для российских и банкнот и евро никаких неожиданностей и сюрпризов. Все в точности по образцам на сайте ЦБ. Однако есть некоторые хитрости/рекомендации:
«Старые» банкноты USD 100 (1996 и 2006) вызвали некоторое замешательство. Вначале даже подумал «а не подделки ли».
На одной купюре вообще не было «белых» полос, на других были «грязноватые» и с нечеткими краями. Оказалось, после копания в интернете, так и должно быть.
Банкнота, без каких-либо меток в инфракрасном свете — оказалась образца 1996.
Возможно, из-за того, что на этих банкнотах отсутствуют IR метки, это вызывает проблемы при обмене этих купюр во многих странах (туристы сталкиваются с этим в ОЭА, Китай, Таиланд, Мальдивы).
Принципиальной разницы между банкнотами серии 2006 и 2009 (сиреневые) в IR «цвете» нет.
Но полосы на всех новых банкнотах гораздо контрастнее и с четкими краями.
Спецэлемент «М»
Спецэлемент «М» это часть изображения, напечатанного краской, практически «белой» в свете IR 940nm источника и поглощающей («черной») в свете IR 850nm.
Встречается не на всех видах купюр, и нужно знать в каких дизайнах и номиналах он должен быть, а в каких нет.
Метка «М» это очень упрощенный метод спектрального анализа краски. Более правильный способ – это спектральный анализ красок, используемый в профессиональном оборудовании для экспертизы:
Для RUB купюр метка очень контрастная и ее отлично видно, если попеременно подсвечивать 940nm и 850nm.
Никакой информации о подделках не нашел. Но, почему то не на всех купюрах используется. На некоторых дизайнах есть, на некоторых нет.
Например, не было на купюрах номинала 5000. появилось на купюрах 5000 образца 2010 года.
На 500 рублевых купюрах нашел на всех. Причем этой краской напечатан номер. А не пятнышко в левой части купюры, как на большинстве изображений найденных в Интернет.
На 1000 рублевых двух разных дизайнов не нашел.
«Яркость» банкноты в свете 850nm и 940nm «на глаз» одинакова. Похоже, этот способ защиты не применяется.
По банкнотам USD достоверной информации нет. Поэтому говорю только за те банкноты, которые у меня были на руках и которые я проверял сам.
Цвет краски печати темно зеленый. «Яркость» банкноты в свете 850nm и 940nm «на глаз» одинакова.
В Интернете кочует одна и та же цветная гифка с мигающей печатью казначейства. В реале, разница в яркости краски печати не так сильно заметна, но она есть.
Подозреваю, что это не было задумано как специальный признак, а просто особенность спектральной характеристики этой краски. Особенность, которая была просто замечена на российских детекторах с анализом спецэлемента «М».
Но, в принципе, можно на это полагаться как на упрощенный спектральный анализ краски в отраженном свете.
Очень четко отслеживается печать и номер под ней. Практически так же, как и на российских купюрах. Ярко зеленая краска печати и номера в белом свете.
Ультрафиолет
Просмотр в УФ излучении считается уже ненадежным способом (первое что подделывают). Кроме того, при дневном свете очень сложно рассмотреть что то. Хоть способ и простой, но «неудобный».
И, наверное, поддельную купюру, напечатанную на бумаге, светящейся в UV и без UV видно сразу как подделку.
Cветодиод (noname) заявленный как 365nm скорее ближе к 400nm или просто имеет сильную засветку фиолетовым видимым светом. От этого плохой контраст и быстро устают глаза.
Для профессионального детектора LED UV подсветка была бы не удобна. Хотя, возможно, мне попались такие светодиоды (из двух разных заказов на eBay).
Euro и новые USD
Картинка в целом соответствует заявленным эталонным изображениями, но следует отметить, что изображение для глаза не столь уже контрастное как при освещении UV лампой и глаза быстро устают.
Увидеть красивые светящиеся звезды при использовании LED UV с сильной фиолетовой засветкой — нужно напрячься и включить немого воображения.
Розовую полоску лучше рассматривать на просвет. Не понимаю, почему сделано так, что на более мелких купюрах полоса светится гораздо сильней, чем на крупных. Это же неудобно. Полосу не так хорошо видно, как ожидал.
RUB номинала 1000 и 5000 образца 2010
Случайно нашел, что кусочек изображения обладает свойствами фосфоресценции после накачки UV. Если поднести участок банкноты вплотную к UV светодиоду, а потом выключить светодиод/отвести банкноту в сторону, то участок банкноты светится ярким зеленым светом.
Свечение затухает в 2..1.5 сек.
Анти-Стокс (Anti-Stokes luminescence)
Поиск по русскоязычному сегменту по слову «Анти-Стокс» дает исключительно ссылки на производителей и перепродавцов оборудования или гаджетов для проверки банкнот.
С непременной надписью об уникальности технологии, о том что «позволяет однозначно судить о подлинности банкноты», о том что «существует защитный признак, который не удалось воспроизвести никому» и даже о том, что эта технология секретна и строго охраняется на государственном уровне.
Но первое что приходит в голову: Краска с Анти-Стокс эффектом используется везде. Начиная от купюр небольшим номиналом, заканчивая одноразовыми акцизными наклейками.
Т.е. это не может быть эксклюзивной технологией и набрать фальшивомонетчикам материал на подделки есть где.
Поиск по «anti-stokes luminescence» дает гораздо больше информации:
Способы детектирования Анти-Стокс эффекта
В профессиональном оборудовании для экспертов это чаще всего упоминается в контексте рублевых банкнот. Похоже никто кроме России и Китая (новые юани) этот метод защиты не применяет.
Визуальное отслеживание свечения пятна IR (от 900nm) лазера
Лазерный модуль IR диапазона относительно не дорого стоит и прост в использовании. Относительная низкая цена, если покупать лазерный модуль, а не готовый «фонарик» на который продавцы в России накрутили минимум 400% прибыли.
Основные недостатки варианта форм фактора «фонарик»:
Например, очень маленькие светящиеся пятнышки разбросаны по этой области купюр 1000 RUB. Если не знаешь – не найдешь. И рассмотреть можно только под лупой и в темноте.
Сфотографировать не получилось. Но они там есть. возможно это дефект производства. А может быть так и задумано.
Профессиональное оборудование для экспертов имеет мощную (не лазерную) IR подсветку (900-1100nm) для проявления эффекта на всей исследуемой поверхности.
Автоматическое детектирование Анти-Стокс меток
В описаниях счетчиков банкнот и автоматических детекторах упоминаются «пульсирующий режим» лазера (к сожалению, без подробностей и без ссылок на патенты). Причем утверждается, что контролируется и аутентичность материала метки. Возможно это по принципу U.S. Pat. No. 4,047,033
Вариант с парой IR светодиод и IR фотодиод (или фототранзистор?). Некоторые продавцы таких девайсов утверждает, что контролируется и аутентичность материала метки. На фотках с двух сторон платы карманного детектора отчетливо видена схема управления IR светодиодом (транзисторный ключ) и весьма похоже, что это фототранзистор/фотодиод в затемненном компаунде. (US 20040031931 A1)
После анализа всей доступной информации (патенты), я для себя вывел предположения:
