Grassmannův zákon aditivity

Byla ověřována oblast platnosti Grassmannova zákona o aditivitě (barvy, které poskytují stejný fyziologický vjem, ať vznikají jakoukoli kombinací jiných barev, dávají při aditivním smíšení stejnou výslednou barvu) na jednotlivých odstínových listech měřených vzorků.

Obr. 32 – Přibližné umístění barevných vzorků testovacích řad v CIELAB

Každá testovací řada byla složena z barevných vzorků různého jasu a sytosti. V sérii 1 měl levý krajní vzorek maximální úroveň světlosti (barva bílá) a směrem k pravému krajnímu vzorku docházelo k nárůstu sytosti až do maximální hodnoty a poklesu světlosti. V sérii 2 měl levý krajní vzorek minimální úroveň světlosti (barva černá) a směrem k pravému krajnímu vzorku docházelo k nárůstu světlosti a k nárůstu sytosti opět až do maximální hodnoty. Série 3 byla složena z krajních vzorků série 1 a 2. Série 4 byla odlišná od ostatních sérií tím, že byla složena pouze ze vzorků o stejné světlosti a maximální sytosti. Krajní vzorky ze série 5 a 6 tvořily základ pro sérii1 a krajní vzorky ze série 7 a 8 tvořily základ pro sérii 2.

Barevné vzorečky, v tomto uspořádání, byly testovány, zda při vizuálním hodnocení, se bude lišit či nikoliv vnímaná barevná odchylka dvou vzorečků, které jsou v jedné testovací řadě umístěny vedle sebe a v jiné testovací řadě jsou umístěny na okrajích barevné trojice vzorků. Dříve vytvořené barevné systémy byly uspořádány tak, že stejně vnímané barevné rozdíly byly v prostoru znázorněny různě velkými vzdálenostmi. Tato vizuální nestejnoměrnost však komplikovala jednotné vyjádření barevných diferencí.

57

Nové systémy již využívají vlastností Munsellova atlasu, který je dobře vizuálně odstupňován v rovnoměrných intervalech, a svými vlastnostmi se Munsellovu systému blíží. Ideální vizuálně jednotný barevný prostor by měl mít vzdálenosti pro jakýkoliv pár vybarvení stejné. Ideální případ by nastal, kdyby barevná odchylka mezi dvěma vedle sebe umístěnými vzorečky byla dE = 1 v celém prostoru.

Při ověřování dat byly z experimentu vyřazeny hodnoty vizuálních odchylek pro poslední barevný vzorek (N, NW, W) ze série 2, pro své složení z achromatické trojice vzorečků. Dále byly také vyřazeny hodnoty pro celou sérii 4, jelikož vzorečky, které byly použity u této série, byly stejné světlosti a čistoty. Nebylo tedy možné je porovnávat s jinou sérií vzorků. Ověřování aditivního zákona bylo provedeno pomocí vzájemných korelací příslušných odstínových řad. Byla porovnávána levá strana série 1 s celou sérií 5, pravá strana série 1 s celou sérií 6, pravá strana série 2 s celou sérií 7, levá strana série 2 s celou sérií 8, levá strana série 3 s celou sérií 2 a pravá strana série 3 s celou sérií 1.

Tab. 5 – Vzájemné korelace odstínových řad mezi sebou

ODSTÍNOVÉ ŘADY 1310lx 682lx 236lx 31lx 2.8lx pozorovatelé vnímali vizuální odchylky velice podobně. A z toho tedy vyplývá, že při takto zvoleném způsobu experimentu, platí Grassmannův zákon aditivity, při všech zvolených adaptačních jasech, až do nejnižšího adaptačního jasu 0.78 (osvětlenosti 2.8lx).

58 6.3.2 Stevens–Huntův efekt

Jedná se o efekt, kdy s rostoucí intenzitou osvětlení se zvyšuje kontrast barevných odstínů. Barvy světlých odstínů se jeví ještě světlejší a barvy tmavých odstínů se jeví tmavší. Z grafu na Obr. 32, kde jsou použity vzorečky tmavé polohy ze série 8, je vidět, že se snižující se intenzitou osvětlení opravdu klesá vnímaný rozdíl mezi barevnými vzorky. Grafy všech hodnocených sérií vzorků viz příloha G. Dále je z grafu patrné, že větší pokles vnímané barevné odchylky je v případě hodnocení levé strany barevných vzorků, které byly nižší čistoty a světlosti. V případě hodnocení pravé strany vzorků byl pokles vnímané barevné odchylky také, avšak nebyl již tak vysoký, jelikož pravé krajní vzorky byly vyšší čistoty a jasu. Takový efekt mohl být způsoben tím, že při nízké osvětlenosti jsou do vidění zapojovány tyčinky a lidské oko tedy vnímá pouze jasovou úroveň nikoli úroveň barevnou.

Obr. 33 – Pokles vizuálních barevných odchylek série 2 při osvětlenosti 1310lx a 2.8lx 0

10 20 30 40 50 60 70

LS 1310 PS 1310 LS 2.8 PS 2.8

59

6.3.3 Porovnání vizuální odchylky dV a barevné odchylky dE v rovnicích CIELAB, CMC (l:c), CIE 2000 a CIE CAM 02

Hodnoty průměrů všech vizuálních odchylek dV sloužily také pro porovnání s vybranými rovnicemi barevných rozdílů. Pomocí spektrofotometru byly naměřeny hodnoty souřadnic L*, a* a b*, které sloužily k výpočtům barevných rozdílů pomocí rovnic CIELAB, CMC (l:c), CIE 2000 a CIE CAM 02. Nejprve byla vypočítána barevná diference mezi levým a prostředním vzorkem dE*1, barevná diference mezi prostředním a pravým vzorkem dE*2 a barevný rozdíl mezi krajními vzorky dE*3.

Těmito vypočítanými hodnotami bylo dosaženo výsledků barevných diferencí, které byly porovnány s výsledky z vizuálního hodnocení. Porovnávání těchto výsledků bylo provedeno pomocí vzájemných korelací a zobrazení pomocí grafu (Tab. 5).

Tab. 6 – Vzájemné korelace dV a dE z vybraných rovnic pro jednotlivé intenzity osvětlenosti

osvětlenost [lx] CIELAB CIE 2000 CMC (l:c) CIE CAM 02 1310 0,75944054 0,730232649 0,53067181 0,823548778

682 0,778845318 0,747206721 0,54916354 0,823877384 236 0,754355401 0,737451669 0,5103615 0,792686969 31 0,782365967 0,76117585 0,4894078 0,802549407 2.8 0,750748251 0,73438173 0,41501929 0,751604329

Obr. 34 – Porovnání vizuálního hodnocení s vybranými rovnicemi při osvětlenosti 1310lx y = 1,5463x - 18,455

60

Obr. 35 – Porovnání vizuálního hodnocení s vybranými rovnicemi při osvětlenosti 2.8lx

Z výsledků je patrné, že nejvyšší závislost dat mají výsledky rovnic CIE CAM 02.

S druhou nejlepší závislostí dat vyšly výsledky rovnic CIELAB. CIELAB byl vyvinut přímo na základě velkých barevných diferencí a CIE CAM 02 je modifikace CIELABu, tak aby zahrnoval také různé osvětlenosti. Také je patrné, že výsledky rovnic CIELAB jsou na velkých barevných rozdílech srovnatelné nejen s rovnicemi CIE CAM 02, ale také CIE 2000, která se prokázala jen o něco hůře než CIELAB. A to i přesto, že CIE 2000 je vyvinuta pro malé barevné diference. Tyto systémy tedy umožňují celkem dobrý odhad barevných rozdílů i pro odhad velkých barevných diferencí při tímto způsobem zadaném experimentu. Rovnice CMC (l:c) dopadla při tomto experimentu obecně špatně, jelikož výsledky vykazovaly velice nízkou až skoro žádnou závislost dat.

Jedná se však o optimalizaci pro malé barevné diference, a tudíž se pro vyhodnocení

61

7 Závěr

Tématem této diplomové práce byl vliv intenzity osvětlování na vnímání velkých barevných rozdílů. Jedním ze záměrů bylo tedy prozkoumat platnost některých zákonů při použitých intenzitách osvětlení. A to především Stevens-Huntův efekt vnímání barevných rozdílů při snižující se intenzitě osvětlení a Grassmannův zákon aditivity.

V první části práce jsou uvedeny obecné informace týkající se základních pojmů používaných v oblasti měření barevnosti a vzhledu. Byly představeny nejpoužívanější a nejvýznamnější systémy uspořádání barev Munsellův atlas barev a systém NCS, jejich vývoj a uspořádání. Dále jsou v práci uvedeny stručné informace o světlu a světelných zdrojích a jejich spektrálních vlastnostech. Práce také obsahuje základní informace o fyziologii lidského oka a činnosti fotoreceptorů – čípků (barevné vidění) a tyčinek (noční vidění), za působení různých intenzit osvětlení. Dále byly v práci představeny výpočtové rovnice pro barevné rozdíly - CIELAB, CIE2000, CMC (l:c) a CIE CAM 02.

Podle těchto výpočtových rovnic se provedlo vyhodnocení experimentu.

Druhou částí této práce byla část experimentální, ve které bylo vysvětleno a popsáno, jak probíhalo subjektivní vizuální hodnocení barevných vzorků v jednotlivých experimentech Vizuální hodnocení 1 a Vizuální hodnocení 2. Vizuální hodnocení 1 bylo provedeno pomocí škály subjektivního vnímání 0-1. Při takto zadaném experimentu však z vypočítaných jednotlivých korelací u každého pozorovatele vyšlo, že pozorovatelé se sami mezi sebou v hodnoceních neshodovali, tudíž závislost dat byla velmi slabá, a to při všech použitých intenzitách osvětlení. Z toho důvodu byl původní experiment nahrazen novým - Vizuální hodnocení 2, kde byly velké barevné rozdíly vizuálně hodnoceny prostřednictvím vytvořené šedé stupnice. Takto zadaný experiment již splňoval podmínku vnitro-pozorovatelské shody, a tudíž byl vhodný pro další zpracování. Pomocí experimentu byla také prozkoumána platnost Grassmannova zákona aditivity a Stevens-Huntův efekt. Ověřování aditivního zákona bylo provedeno pomocí vzájemných korelací příslušných odstínových řad.

Závěr experimentální části byl věnován vyhodnocení dat z vizuálního i objektivního měření pomocí rovnic pro barevné rozdíly - CIELAB, CIE2000, CMC (l:c) a CIE CAM 02 a určení jejich vhodnosti pro použití k výpočtům velkých barevných diferencí.

Z výsledků je patrné, že nejlépe vychází na takto velké barevné rozdíly CIE CAM 02. O něco hůře se pak prokázala rovnice CIELAB a CIE 2000, které je určena pro výpočty

62

malých barevných diferencí. Poslední rovnicí, která byla v této práci porovnávána je CMC (l:c), také určena pro výpočty malých barevných diferencí. Z výsledků experimentu je však patrné, že tato rovnice se z vybraných výpočtových rovnic hodí nejméně pro takto velké barevné diference a tudíž ji nelze pro výpočty velkých barevných rozdílů doporučit.

63

Seznam použité literatury:

[1]Barevné základy. http://www.jub.cz/poradna/barevna-inspirace/barevne-zaklady [online] [cit. 18.12.2012]

[2] Poznámky z přednášek a přednášky z předmětu „Základy kolorimetrie“.

[3] VIK, Michal. Měření barevnosti a vzhledu – 1. část. Světlo – časopis pro světelnou techniku a osvětlování. http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=22867 [online] [cit. 18.12.2012]

[4] VIK, M.: Základy měření barevnosti I. díl. Skriptum TU Liberec, duben 1995.

[5] http://munsell.com/ [online] [cit. 27.12.2012]

[6] http://www.ncscolour.com/ [online] [cit. 19.12.2012]

[7] ANGLISS, Sarah. Almanach vědomostí: vesmír a Země, život na Zemi, lidské tělo, dějiny lidstva, země světa, kultura a sport, světová ekonomika, věda a vynálezy. Vyd. 1.

Praha: Reader's Digest Výběr, 2003, 640 s. ISBN 80-861-9663-1.

[8] TROJAN, Stanislav a Michal SCHREIBER. Atlas biologie člověka: vesmír a Země, život na Zemi, lidské tělo, dějiny lidstva, země světa, kultura a sport, světová ekonomika, věda a vynálezy. 1. vyd. Praha: Scientia, 2002, volné listy, barev. il. ISBN 80-718-3257-X.

[9] HABEL, Jiří. Základy světelné techniky (2). Světlo – časopis pro světelnou techniku a osvětlování. http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=37974 [online]

[cit. 18.12.2012]

[10] Korigovat vrozené poruchy barvocitu pomocí barevných brýlových skel a kontaktních čoček? Česká oční optika, číslo 2/2010

[11] Současné metody vyšetřování barvocitu. Česká oční optika, číslo 4/2010 [12] Barvy. http://www.dobre-svetlo.cz/barvy.htm [online] [cit. 19.12.2012]

[13] HROMÁDKOVÁ, Lada. Šilhání. 2. dopl. vyd. Brno: Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví, 1995, 162 s. ISBN 80-701-3207-8.

[14] BIGELOW, Ron. Perception: Color & Luminosity – Part4 : Luminance.

http://www.ronbigelow.com/articles/color-perception-4/perception-4.htm [online] [cit.

3.1.2013]

[15] MONZER, Ladislav. Umělé osvětlení v obytných prostorech, 2. část – Volba intenzity osvětlení. Světlo - časopis pro světelnou techniku a osvětlování.

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=22993. [online] [cit.

18.12.2012]

64

[16] FEYNMAN, Richard P, Robert B LEIGHTON a Matthew SANDS. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady 1/3. 1.vyd. Praha: Fragment, 2000, 732 s. ISBN 80-720-0405-0.

[17] KULKA, Jiří, Robert B LEIGHTON a Matthew SANDS. Psychologie umění. Vyd.

2., přeprac. a dopl., v Grada Publishing 1. Praha: Grada, 2008, 435 s. Psyché (Grada Publishing). ISBN 978-802-4723-297.

[18] Barevné vidění – zrak a vidění. http://www.videni.cz/zrak/videni/29-barevne [online] [cit. 28.12.2012]

[19] KRAUS, H, I KAREL a E RŮŽIČKOVÁ. Oční zákaly. 1. vyd. Praha: Grada, 2001, 149 s., obr. ISBN 80-716-9967-5.

[20] KRAUS, Hanuš, I KAREL a E RŮŽIČKOVÁ. Kompendium očního lékařství. 1.

vyd. Praha: Grada Publishing, 1997, 341 s. ISBN 80-716-9079-1.

[21] Vik, M. : Měření barevnosti a vzhledu - Barevné odchylky, Skriptum TU Liberec 1995

[22] O. Zmeškal, M. Čeppan, P. Dzik: Barevné prostory a správa barev (10/2002) http://www.fch.vutbr.cz/lectures/imagesci/download/stud06_rozn02.pdf [online] [cit.

15.12.2012]

[23] ŠULA, O.: Příručka osvětlovací techniky. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1969. ISBN 04-519-68.

[24] BOGUSZAKOVÁ, Jarmila. Zrak a vidění – vybrané kapitoly z fyziologie zraku.

Světlo – časopis pro světelnou techniku a osvětlování.

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=23169 [online] [cit. 5.6.2013]

[25] HABEL, J. a kolektiv: Světelná technika a osvětlování. Praha: FCC PUBLIC, 1995. ISBN 800-901985-0-3.

[26] SOKANSKÝ, K. a kolektiv: Racionalizace v osvětlování kancelářských, školských a bytových prostor. Ostrava: VŠB-TU, 2004.

[27] VIK, M. a kolektiv: Rozlišování barev při nízkých osvětlenostech, aneb Purkyňův jev z hlediska současné kolorimetrie. LCAM DMS TF TU Liberec 2013

[28] http://www.rpimaging.com/store/manufacturers/x-rite/x-rite-farnsworth-munsell-100-hue-scoring-software.html [online] [cit. 16.2.2013]

[29] http://geo3.fsv.cvut.cz/vyuka/kapr/sp/2010/soul/index.html [online] [cit. 18.2.2013]

[30] http://www.medscape.com/ [online] [cit. 8.11.2013]

65

Seznam obrázků:

Obr. 1 - Munsellův atlas barev („Barevný strom“) [2] ... 13

Obr. 2 - odstínový kruh – HUE [2] ... 14

Obr. 3 - svislá osa světlosti – VALUE [5] ... 15

Obr. 4 - čistota – CHROMA [5] ... 15

Obr. 5 - Heringův kruh barev[29] ... 17

Obr. 6 - NCS barevný kruh a NCS těleso – dvoukužel [2] ... 18

Obr. 7 - NCS atlas barev složený z barevných trojúhelníků [2] ... 18

Obr. 8 - Schéma lidského oka [7] ... 19

Obr. 9 - Předávání signálu fotoreceptory ostatním nervovým buňkám [2] ... 21

Obr. 10 – Spojité centrum viditelného světla [2] ... 23

Obr. 11 – Definice prostorového úhlu [26] ... 25

Obr. 12 – Spektrální distribuce denního světla (vlevo) a žárovkového osvětlení (vpravo) [2] ... 27

Obr. 13 – Spektrální distribuce zářivkového osvětlení Cool White (vlevo) a Warm White (vpravo) [2] ... 27

Obr. 14 – Spektrální citlivost čípků [2] ... 29

Obr. 15 – Stevens – Huntův efekt [2] ... 31

Obr. 16 – Křivky poměrné spektrální světelné účinnosti podle CIE [24] ... 32

Obr. 17 – Změna transparentnosti čočky vlivem stáří [30] ... 33

Obr. 18 - Barevný prostor CIELAB [2] ... 35

Obr. 19 - Zobrazení tolerančních elips CMC (l:c) [2] ... 37

Obr. 20 – Ukázka měření při adaptačních jasech: a) 354.21 , b) 187.16 , c) 64.79 , d) 8.32 , e) 0.78 ... 42

Obr. 21 – Spektrální průběhy osvětlení na různých jasových úrovních [27] ... 43

Obr. 22 – Kolorimetrické souřadnice osvětlení na různých jasových úrovních, při různých osvětlenostech [27] ... 43

Obr. 23 - Farnsworth-Munsell 100 Hue test [28] ... 44

Obr. 24 - Jednotlivé barevné řady a vyhodnocení testu [28] ... 45

Obr. 25 – Diagram SUPERIOR ... 47

Obr. 26 – Diagram AVERAGE ... 48

Obr. 27 – Diagram LOW ... 49

Obr. 29 – Jednotlivé barevné karty ... 51

Obr. 30 – Zapisovací karta ... 52

Obr. 31 – Hodnocení barevných vzorků pomocí šedé stupnice ... 54

Obr. 32 – Přibližné umístění barevných vzorků testovacích řad v CIELAB ... 56

Obr. 33 – Pokles vizuálních barevných odchylek série 2 při osvětlenosti 1310lx a 2.8lx ... 58

Obr. 34 – Porovnání vizuálního hodnocení s vybranými rovnicemi při osvětlenosti 1310lx ... 59

Obr. 35 – Porovnání vizuálního hodnocení s vybranými rovnicemi při osvětlenosti 2.8lx ... 60

66

Seznam tabulek:

Tab. 1 – Vlnový rozsah hlavních barevných pásem viditelného spektra [23] ... 22 Tab. 2 – Rozřazení respondentů do skupin dle chybového skóre TES při osvětlenosti 1310lx ... 45 Tab. 3 – Celkové chybové skóre TES podle FM100 testu při různých osvětlenostech [27] ... 46 Tab. 4 – Korelace jednotlivých pozorovatelů (vnitro-pozorovatelská ne/shoda) prvního měření při všech osvětlenostech ... 53 Tab. 5 – Vzájemné korelace odstínových řad mezi sebou ... 57 Tab. 6 – Vzájemné korelace dV a dE z vybraných rovnic pro jednotlivé intenzity

osvětlenosti ... 59