anh sang mau

13 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT MÀU 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ MÀU SẮC Trên giới, lĩnh vực Khoa Học Màu Sắc, cụ thể lĩnh vực đo màu nghiên cứu từ sớm Những nghiên cứu màu sắc năm trước công nguyên Năm 800 tr.CN, người Ấn Độ Upanishads tìm mối liên hệ màu Năm 400 tr.CN, nhà triết học Hy Lạp Plato cho ánh sáng hay tia lửa phát từ mắt người, người thấy vật Epicurus cho vật tác động vào mắt người [1] Đến kỉ thứ 15, thời kì Phục Hưng, Leonardo da Vinci đưa số khái niệm trình nhận màu, hệ thống màu, ông đưa số quy luật màu tương phản (Black – White, Red – Green, Yellow ­ Blue),…Những nghiên cứu phát ông ảnh hưởng nhiều đến nghiên cứu sau Đến năm 1666 Issac Newton phát triển vịng màu Newton hữu dụng, ơng thực thí nghiệm tiếng lăng kính ánh sáng Ông chiếu chùm ánh sáng trắng liên tục qua lăng kính, có xuất cầu vồng cạnh bên lăng kính Ông xếp màu vòng tròn, từ màu đỏ đến màu chàm, sau ơng nối hai màu màu tím, ghép hai đầu cuối phổ màu lại với Hình 1.1: Vịng trịn màu Newton Học viên: Hồ Thị Thân 14 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý Vòng tròn màu bước cho nghiên cứu sau Sự khám phá ông đặt tảng ban đầu cho biểu diễn màu sắc, dẫn đến chuẩn màu vật lý dựa việc đo xạ, biết đến ngày phép đo màu (colorimetry) Johann Wolf Gang Von Goethe (1749­1832) nhà khoa học nhà vật lý, ơng xuất thân từ thơ ca Ơng bác bỏ lý thuyết Newton ánh sáng bao gồm tất màu sắc Ông khẳng định màu đạt kết việc trộn ánh sáng với bóng tối Ơng tun bố mạnh mẽ ánh sáng dựa cảm nhận, ông đặc biệt ý đến đường viền vạch phổ, chủ đề mà ơng cho Newton chưa xác Ta không bàn đường viền vạch phổ đây, sau phân tích Newton Goethe cho có giá trị Có thể nói quan điểm Goethe bước trung gian lịch sử màu sắc Hình 1.2 : Vịng trịn màu Goethe Năm 1802, Thomas Young đưa thuyết màu theo ơng có loại khác thành phần cảm nhận màu mắt người Ba thành phần nhạy với ba màu Red, Green Blue Đây thuyết quan trọng việc giải thích chế nhìn màu mắt tảng thiết bị đo màu sau Chính ý tưởng góp phần thúc đẩy Hermann Von Helmholtz nghiên cứu đơi gọi lý thuyết Young­Helmholtz Học viên: Hồ Thị Thân 15 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý Năm 1860, James Clerk Maxwell khảo sát việc sử dụng ba thành phần màu nhận khơng có kết hợp trộn thành phần màu tái tạo lại tồn vùng màu nhận biết Những nghiên cứu ông xem móng máy đo màu đại Năm 1931, Ủy Ban Quốc Tế Về Chiếu Sáng đưa chuẩn CIE sử dụng ứng dụng công nghệ, kĩ thuật Năm 1964, người ta thay đổi chuẩn này, trạng thái thay đổi đường viền biểu diển độ bão hòa màu, xa màu trắng độ bão hòa cao Năm 1976, người ta lại lần thay đổi sắc ký, màu trắng xuất giữa, đường cong sử dụng đáp ứng thực mắt người 1.2 Cơ chế nhìn màu mắt 1.2.1 Ánh sáng Để hiểu cách sâu sắc tượng màu sắc ta phải xét chất ánh sáng Bởi khơng có ánh sáng ta khơng thấy màu sắc Ánh sáng xạ điện từ lan truyền chân không với tốc độ 3.108m/s Mặt trời nguồn sáng sơ cấp Mặt trời phát xạ có bước sóng trãi rộng từ vùng có bước sóng cực ngắn tia gamma phát vật liệu phóng xạ bước sóng vơ tuyến (bước sóng dài cỡ hàng Km) Tuy nhiên mắt cảm nhận` khoảng bước sóng nhỏ dạng màu ánh sáng Vùng xạ gọi vùng bước sóng nhìn thấy hay xạ khả kiến, có bước sóng trãi từ khoảng 400nm đến khoảng 750nm Bao gồm màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Sự tổng hợp tất màu vùng quang phổ khả Học viên: Hồ Thị Thân Hình 1.3: Vùng phổ ánh sáng 16 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý kiến tạo thành ánh sáng trắng Và ngược lại ta tách ánh sáng trắng thành màu riêng lẻ lăng kính 1.2.2 Cấu tạo mắt Mắt xem cấu tạo hệ thống quang học tinh vi gồm có:  Một thấu kính thuỷ tinh thể che giác mạc thuỷ dịch để ngăn cản tia cực tím có hại cho mắt Và thủy tinh thể đóng vai trị thấu kính điều chỉnh tia sáng phù hợp đến võng mạc  Màng ngăn (tròng đen) giúp cho mở rộng hay hẹp, giúp điều tiết lượng ánh sáng qua thủy tinh thể để đến võng mạc Hình 1.4: Cấu tạo bên mắt Giống thấu kính khác, thuỷ tinh thể tạo nên hình ảnh vật tiêu điểm Với mắt thường (mắt khơng bị tật) tiêu điểm cuối nhãn cầu, phía võng mạc tựa kính hay phim ảnh Khi nhận thơng tin màu dạng lượng sóng ánh sáng hệ thống dây thần kinh thị giác truyền hình ảnh não, não tập hợp dựng lại yếu tố hình ảnh Như nhìn cảm giác sinh vỏ não  Võng mạc có hàng ngàn tế bào nhạy sáng, tế bào nhạy sáng gồm loại: + Tế bào hình que: liên quan đến khả phân biệt độ sáng tối Học viên: Hồ Thị Thân 17 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý + Tế bào hình nón: Liên quan đến khả cảm nhận màu sắc, gồm loại, loại nhạy với bước sóng Red, Green Blue Hình 1.5: Cấu trúc võng mạc Sự phân bố tế bào hình nón tế bào hình que thay đổi theo vị trí chúng võng mạc Vùng võng mạc chứa tế bào hình nón riêng biệt xa trung tâm lượng tế bào hình nón vùng đơn vị giảm đáng kể Vùng trung tâm vùng nhìn hình ảnh sắc nét Lượng tế bào hình que hồn tồn khơng có vùng trung tâm Càng phía rìa mắt lượng tế bào hình que tăng Cách khoảng 200 từ vùng trung tâm lượng tế bào hình que tập trung cao giảm xuống nhanh chóng đến biên Mỗi tế bào hình nón hấp thụ ánh sáng vùng phổ rộng, đỉnh hấp thụ củ Hình 1.6: Đường cong hấp thụ tế bào hình nón loại R, G, B vùng phổ khả kiến Học viên: Hồ Thị Thân 18 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý  Cơ chế nhìn màu mắt Mắt nhìn thấy vật có ánh sáng phát từ vật đập vào mắt Màu sắc vật mà ta cảm nhận kết kết hợp từ ba yếu tố ­ nguồn sáng, vật thể người quan sát Ánh sáng từ mặt trời hay nguồn sáng khác chiếu vào vật thể xung quanh sau phản chiếu bổ sung vật thể tới thành phần thu nhận tín hiệu mắt người quan sát, sau tín hiệu não diễn dịch thành thứ mà ta gọi màu Màu sắc vật mà mắt người cảm nhận đặc tính vật thể hấp thụ hay phản xạ bước sóng (trong vùng xạ khả kiến) ánh sáng chiếu tới Nếu tất bước sóng (trong vùng xạ khả kiến) bị vật thể hấp thụ, vật thể có màu đen Nếu tất bước sóng (trong vùng xạ khả kiến) bị vật thể phản xạ, vật thể có màu trắng Nếu vật thể hấp thụ tất bước sóng ngoại trừ bước sóng màu đỏ (hoặc cam, vàng…) vật có màu đỏ (hoặc cam, vàng…) Hay nói cách khác, vật có màu hấp thụ ánh sáng nào, phản xạ ánh sáng nào? Chiếu sáng Cảm nhận Phản xạ Hình 1.7: Cơ chế nhìn màu mắt Học viên: Hồ Thị Thân 19 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý  Những yếu tố ảnh hưởng đến cảm nhận màu mắt Màu vật thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố là: ánh sáng, kích thước vật, màu viền xung quanh, đặc biệt cịn phụ thuộc vào cảm nhận chủ quan người quan sát 1.3 Sự tổng hợp màu 1.3.1.Tổng hợp màu cộng Khi bước sóng ánh sáng kết hợp lại theo tỉ lệ không nhau, cảm nhận màu Đây tảng qui trình tái tạo màu cộng Các màu sơ cấp tổng hợp màu cộng ánh sáng màu Red, Blue, Green Ngoài màu này, màu thứ cấp tạo cách cộng màu sơ cấp lại với nhau, Red kết hợp với Green cho Yellow, Red kết hợp với Blue cho màu Magenta Blue kết hợp với Green cho màu Cyan Sự diện tất màu cho màu trắng thiếu màu tạo màu đen Nguyên lý hỗn hợp màu cộng mơ tả dễ dàng với ba vòng tròn màu, vòng tròn màu đại diện cho chùm sáng màu sơ cấp tổng hợp cộng chiếu lên hình Giao điểm màu sơ cấp màu thứ Hình 1.8: Hỗn hợp màu cộng cấp Nguyên lý tổng hợp màu cộng ứng dụng hình màu, chiếu sáng sân khấu Thay đổi cường độ màu tất màu sơ cấp tạo tất màu có dãi quang phổ thấy Đây nguyên tắc hình màu Học viên: Hồ Thị Thân 20 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý 1.3.2 Tổng hợp màu trừ Cyan, Magenta Yellow màu sơ cấp hỗn hợp màu trừ, chúng gọi màu hai phần ba chúng đại diện cho hai phần ba khoảng quang phổ thấy Các màu hỗn hợp trừ tạo cách bớt (trừ đi) màu cộng sơ cấp từ ánh sáng trắng (thí dụ dùng kính lọc) hay cách cộng hai màu sơ cấp tổng hợp màu cộng Nguyên lý hỗn hợp màu trừ ta mơ tả với ba vịng trịn màu, vòng tròn màu đại diện cho chùm sáng màu sơ cấp tổng hợp trừ Giao điểm màu sơ cấp màu thứ cấp 1.3.3.Các thuộc tính màu sắc Hình 1.9: Hỗn hợp màu trừ Các nhà khoa học cho màu sắc có thuộc tính: Tơng màu (hue), độ bão hịa màu (satuation) độ sáng (brightness) [1]  Tơng màu (Hue): tên gọi màu, xác định màu chẳng hạn đỏ, xanh lam, xanh thẫm, vàng … tên màu kết hợp vàng ngã xanh Tơng màu có vô số cấp bậc biến thể với vịng trịn màu Hình 1.10: Tơng màu Học viên: Hồ Thị Thân 21 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý  Độ bão hịa màu (Saturation): Độ bão hịa màu độ khiết Ví dụ, màu xanh xám có độ bão hịa thấp màu xanh ngọc bích có độ bão hịa cao Một màu trở nên khiết hay độ bão hòa cao có màu xám Trong thực tế, điều có nghĩa chứa thành phần tông màu đối lập diện màu Cụ thể, ta trộn màu Magenta với màu Green (tông màu đối lập), màu Green lúc trở nên bão hịa màu xám trung tính tạo Thang màu xám có độ bão hịa màu Hình 1.11: Độ bão hòa màu Độ bão hòa màu Magenta giảm ta thêm màu Green vào, tương tự độ bão hòa màu màu Green giảm dần ta thêm màu Magenta vào Khi màu có độ bão hịa thấp ta nói màu đục hơn, màu có độ bão hịa cao ta nói màu sáng  Độ sáng (Brightness): Độ sáng màu mơ tả màu sáng hay tối Trong thực tế ta thay đổi độ sáng màu đồng cách trộn màu với màu trắng hay màu đen Độ sáng tối có giới hạn 1.4 CIE CIE từ viết tắc Commission Internationale de l’ Éclairage ­ Ủy ban đo lường chiếu sáng quốc tế CIE thành lập vào năm 1931 Hệ thống CIE cung Học viên: Hồ Thị Thân Hình 1.12: Độ sáng 22 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý cấp cho ta phương pháp tiêu chuẩn việc cảm nhận màu điều kiện chiếu sáng chuẩn góc nhìn chuẩn Mặc dù nhiều giới hạn CIE hệ thống quốc tế công nhận lĩnh vực đo màu Có yếu tố hệ thống CIE việc cảm nhận màu mật độ công suất phổ (SPD) nguồn sáng, phổ phản xạ (của vật thể) hàm tổng hợp màu CMFs (Sự phản ứng tế bào cảm nhận mắt người) (Ohno, 2000) 1.4.1 Phân bố quang phổ (SPD) Nguồn sáng đặt trưng SPD, kí hiêu S() SPD đo phổ kế đo thơng qua đại lượng khác nhiệt độ màu nguồn sáng Khi vật đen nung nóng, thay đổi màu, nhiệt độ tăng dần màu vật chuyển sang đỏ vàng trắng xanh… Hình 1.13 :Nhiệt độ màu vài nguồn chiếu sáng tự nhiên nhân tạo SPD phần lớn nguồn sáng có dao động định Các nguồn sáng tự nhiên từ mặt trời ln biến đổi tùy theo vị trí địa lí, mùa, thời điểm mây Các nguồn sáng nhân tạo lại có biến đổi theo điện áp hay dao động “nhấp nháy” đèn huỳnh quang, ngồi chúng cịn biến đổi điều kiện làm việc thời gian sử dụng nên lúc SPD Vì vậy, để tạo điều kiện thống quan sát vật người ta cần phải qui định loại nguồn sáng Học viên: Hồ Thị Thân 23 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý SPD định Thông qua việc qui định phân bố quang phổ định người ta ấn định ánh sáng xạ Những nguồn sáng có SPD giống có loại ánh sáng Chỉ có vài loại ánh sáng định nghĩa để quan sát vật gọi loại ánh sáng chuẩn Ủy Ban đo lường quốc tế chiếu sáng CIE đề nghị số nguồn sáng chuẩn sau: Hình 1.14: Một số nguồng sáng chuẩn (1) Nguồn chiếu sáng chuẩn D65: Ánh sáng ban ngày (bao gồm vùng bước sóng cực tím) với nhiệt độ màu 6504K, nên dùng để đo mẫu đo, thường thấy ánh sáng ban ngày bao gồm xạ tia cực tím (2) Nguồn chiếu sáng chuẩn C: Ánh sáng ban ngày (khơng có vùng bước sóng cực tím) với nhiệt độ màu 6774K, nên dùng để đo mẫu đo thường thấy ánh sáng ban ngày vùng quang phổ khả kiến khơng có xạ tia cực tím (3) Nguồn sáng tiêu chuẩn A: Ánh sáng đèn nóng sáng với nhiệt độ màu 2856K nên dùng để đo mẫu đo thường thấy ánh sáng đèn nóng sáng Và số nguồn sáng huỳnh quang Học viên: Hồ Thị Thân 24 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý (4) Ánh sáng trắng dịu.(5) Ánh sáng ban ngày.(6) Ánh sáng trắng dịu băng hẹp Hình 1.15: Một số nguồn sáng huỳnh quang 1.4.2 Hệ số phản xạ Màu vật đặt trưng hệ số phản xạ R() hàm bước sóng Có loại phản xạ phản xạ gương phản xạ tán xạ Phản xạ gương phản xạ trực tiếp từ bề mặt, trường hợp ánh sáng tới không lọt vào bề mặt, chùm ánh sáng tới ánh sáng phản xạ có màu Cịn phản xạ tán xạ có phần chùm ánh sáng tới hấp thụ vật phần lại phản xạ theo hướng Hệ số phản xạ xác định quang phổ kế 1.4.3 Hàm tổng hợp màu CMFs Thành phần quan trọng hệ thống CIE CMFs, hàm CMFs định nghĩa cách thức tổng hợp màu mắt người quan sát tổng hợp màu màu Red, Green Blue CMFs CIE thu dựa quy luật hỗn hợp màu cộng Trong vài trường hợp hỗn hợp màu trừ sử dụng hỗn hợp màu cộng có lý thuyết đơn giản Năm 1931, CIE đưa tập hợp hàm CMFs biết tiêu chuẩn quan sát Trước đó, vào năm 1930 Wright Guild thực độc lập thực nghiệm quan sát để thu hàm CMFs sử dụng màu R, G B Thí nghiệm họ mơ tả đơn giản sau: Người quan sát nhìn qua khe trịn với góc quan sát 20 nhiệm vụ họ điều chỉnh cường độ Học viên: Hồ Thị Thân 25 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý sáng vị trí nguồn sáng kích thích Red, Green, Blue cho chúng kết hợp với tạo thành màu giống với màu tham chiếu cho trước Kết thực nghiệm họ trở thành sở cho hệ thống đo màu CIE Các hàm CMFs kí hiệu r ( ), g ( ), b( ) , mơ tả thơng số kích thích màu theo bước sóng 700nm, Hình 1.16: Thực nghiệm quan sát 456,1nm, 435,8nm Tuy nhiên hàm r ( ), g ( ), b ( ) có hạn chế chúng có chứa phần âm (thể hình 2.17), điều gây khó khăn việc tính tốn Đến năm 1931, CIE chyển đổi hàm CMFrgb sang hàm CMF XYZ, lúc hàm kí hiệu x( ), y ( ), z ( ) (Hình 1.20) 1.5 Các hệ thống màu Để thuận lợi cho q trình tính tốn so sánh màu với nhau, người ta tìm cách thể màu số xếp chúng cách có hệ thống, màu có vị trí định xác định ba đại lượng : tơng màu (hue) ; độ bão hịa (saturation), độ sáng (lightness) Có loại hệ thống phân định màu sắc:  Hệ thống Munsell: Dựa sở cảm giác màu (appearance color)  Hệ thống CIE: Dựa sở qui luật hỗn hợp màu cộng Trong công nghiệp ứng dụng định lương màu sắc người ta thường sử dụng hệ thống CIE Do ta tìm hiểu hệ thống CIE Học viên: Hồ Thị Thân 26 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý 1.5.1 Định luật Grassman Grassman tiến hành thực nghiệm phối trộn màu cộng thử nghiệm chứng tỏ thí nghiệm tổng hợp màu tuân theo quy luật tuyến tính quy luật cộng Ông phát biểu định luật sau: Định luật 1: Định luật khẳng định, không gian màu khơng gian chiều Mỗi kích thích màu với công suất phát tương ứng tạo thành cách điều chỉnh cường độ nguồn kích thích màu phù hợp Gọi R, G, B kích thích bản; , ,  hệ số tỉ lệ thành phần kích thích Với kích thích màu X có (, , ) thỏa: X=R+ G+ B Định luật 2: Kết việc trộn màu phụ thuộc vào đặc trưng sinh lý không phụ thuộc vào thành phần phổ màu Nghĩa là: Với: X1=1R+ 1G+ 1B Và X2=2R+ 2G+ 2B Thì : (X1 +X2 )= (1 +2) R+ (1 +2 )G+ (1 +2 )B Một kích thích màu với cơng suất phát xạ khoảng bước sóng ánh sáng tương đương với tổng cơng suất khoảng bước sóng tạo trộn màu Định luật 3: Nếu thành phần trộn màu nhân thêm với hệ số kết màu thu được nhân thêm với hệ số Nghĩa là: Nếu k số thì: X, k: kXkR + kG + kB Ý nghĩa định luật hỗn hợp màu mơ tả màu thông qua ba giá trị số Những định luật Grassmann cho phép xác định màu số thơng qua thực nghiệm mà cịn phép tính tốn giá trị màu lấy từ thực nghiệm Học viên: Hồ Thị Thân 27 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý Tính chất định luật có hiệu lực cho hỗn hợp cộng Ngồi định luật cịn làm rõ khơng có ưu tiên cho màu 1.5.2.Hệ thống màu CIE RGB Trên sở thực nghiệm Guild Wright công bố vào năm 1931, ông xác định hàm tổng hợp màu CIE RGB 1931 kí hiệu r (  ), g ( ), b( ) (Hình 1.17) Ở ta hiểu rằng, hàm tổng hợp màu CIE RGB hàm thể số lượng màu R, G, B cần thiết để tạo nên màu vùng quang phổ thấy tương ứng với khoảng bước sóng từ 380nm 780nm Theo hệ định luật Grassman, giá trị ba màu cuả tất kích thích đơn sắc ký hiệu r (  ), g ( ), b ( ) giá trị ba màu cuả kích thích với phân bố phổ phản xạ S() là: 780 R  S ( )r ( )d 380 780 G  S ( ) g ( )d 380 Hình 1.17: Hàm tổng hợp màu CIERGB 1931 với phần âm 780 B  S ( )b( )d 380 Quan sát hàm tổng hợp màu thu ta thấy có chứa phần âm, điều ơng lí giải sau: Giả sử, ta gọi màu tạo F ta diễn tả phương trình FR[R]+G[G]+B[B] Tức màu F tạo cách tổng hợp R giá trị màu Red, G giá trị màu Green B giá trị màu Blue Tuy nhiên, tìm cách để tổng hợp màu Green bước sóng 520nm khơng thể tổng hợp Học viên: Hồ Thị Thân 28 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý với công thức với giá trị R, G, B dương Và đạt màu mà có màu Blue Green trộn, kết trộn màu xác ta trộn sau: F(520nm) +R[R]G[G]+B[B]; Hay viết cách khác: F(520nm) ­R[R]+G[G]+B[B] Như ta thấy khơng phải “nguồn sáng âm’’, mà giá trị kích thích âm Hình 1.18 : Không gian màu chiều mô tả màu F biểu đồ màu Các phương trình ta xem chúng phương trình vector khơng gian chiều với vector thành phần [R], [G], [B] Không gian chiều sử dụng để mơ tả cách hình học cho tập hợp tất màu, gọi không gian màu (Hình 1.18) Tọa độ màu không gian màu xác định ba vector màu đại diện cho thành phần màu sơ cấp Các thành phần gọi giá trị màu Tọa độ màu thể không gian màu điểm F giao điểm vectơ màu [F] với mặt phẳng R+G+B=1 điểm (r, g, b) với r, g, b xác định sau: r R G B , g , b RG  B RG B RG  B Học viên: Hồ Thị Thân 29 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý Ta thấy r+g+b=1, cần xác định tọa độ màu ta cần xác định giá trị màu thành phần chẳng hạn r,g giá trị màu thành phần màu thứ cịn lại ta xác định b = 1­ (r+g) Biểu đồ thể tập hợp tất màu với giá trị thành phần màu gọi biểu đồ màu (2 chiều) Hình 1.19: Biểu đồ màu CIE RGB chiều Trong nhiều trường hợp thực tế, thể tất màu không gian hai chiều ưa thích khơng gian màu ba chiều Tuy nhiên, hệ thống màu RGB có số hạn chế, cụ thể số màu tạo với giá trị âm số đáp ứng màu CIE RGB khó phục chế 1.5.3.Hệ thống màu CIE XYZ Do hàm tổng hợp màu hệ thống màu RGB trình bày có chứa phần âm, điều gây khó khăn cho việc tính tốn Bên cạnh đó, thực tế nhiều thiết bị chế tạo sở tổng hợp màu chẳng hạn hình màu chế tạo dựa nguyên tắc tổng hợp màu cộng RGB, cịn in màu lại dựa ngun tắc tổng hợp màu trừ CMYK Khi mô kết bốn màu mực in lên hình ta gặp phải vấn đề có số màu khơng thể mơ Chính vậy, cần thiết phải có hệ thống liên hệ màu mực in màu Học viên: Hồ Thị Thân 30 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý hình, hay nói cách khác hệ thống chung không phụ thuộc vào thiết bị hàm tổng hợp màu hệ thống không chứa phần âm Từ thực tế vậy, CIE đưa hàm tổng hợp màu XYZ, hệ thống giải vấn đề Hệ thống màu XYZ dựa màu sơ cấp X, Y, Z tưởng tượng nhận cách vật chất, chúng tạo sở lý thuyết túy chúng không phụ thuộc vào thiết bị hệ thống màu RGB Để chuyển đổi hàm tổng hợp màu CMFs RGB có chứa phần âm sang CMFs XYZ khơng chứa phần âm người ta thực phép biến đổi tuyến tính sau: x( ) 2.76888 1.75175 1.13016 r ( ) y ( )  1.00000 4.59070 0.06010 g ( ) z ( ) 0.00000 0.05651 5.59427 b( ) Phép biến đổi tương đương với: X 2.76888 1.75175 1.13016 R Y  1.00000 4.59070 0.06010 G Z 0.00000 0.05651 5.59427 B Hình 1.20: Hàm tổng hợp màu CIEXYZ Từ giá trị màu X, Y, Z tọa độ màu xác định sau: x X Y Z y z X Y  Z , X Y  Z , X Y  Z Thì ta có x+y+z=1 Như vậy, để xác định tọa độ màu ta cần xác định giá trị màu, giá trị thứ xác định thơng qua giá trị biết Hình 1.21 thể biểu đồ màu Từ trái sang phải đường cong bước sóng 380 – 780 nm màu dãy phổ từ tím đến đỏ Giữa diện tích điểm khơng màu (màu trắng) Đây dạng phổ móng ngựa có 24 tơng màu Học viên: Hồ Thị Thân 31 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý xác định theo độ dài bước sóng Các tơng màu đường cong có độ bão hịa lớn thấp dần tới điểm khơng màu Bất kì màu nằm đường bão hịa có tơng với màu ghi gọi màu tông Bằng máy đo phổ chuyên dụng người ta xác định tọa độ x, y màu Khi biết tọa độ màu ta biết tơng màu độ bão hịa màu Hình 1.21: Biểu đồ màu Như vừa trình bày trên biểu đồ màu việc xác định tọa độ màu ta xác định tơng màu độ bão hịa màu bất kì, cịn độ sáng ta khơng thể xác định Để xác định độ sáng biểu đồ màu ta cần chuyển biểu đồ màu chiều sang chiều cách đặt thêm trục tọa Hình 1.22: Hệ tọa độ màu Yxy Học viên: Hồ Thị Thân 32 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý độ – độ sáng Y thẳng góc với mặt phẳng biểu đồ màu Nếu điền vào giá trị độ sáng với khả cực đại có cho tọa độ màu mặt phẳng màu giá trị cực đại Y =100 dành cho tọa độ màu Một màu bão hịa độ sáng lớn Người ta cịn gọi hệ tọa độ màu Yxy Khi cắt ngang biểu đồ chiều lát cắt, ta thấy màu có độ sáng vẽ không gian chiều dạng mặt phẳng đơn Phần cắt ngang vng góc với trục độ sáng Y không gian màu CIE biểu đồ màu CIE Năm 1964, thử nghiệm tương tự lập lại với góc quan sát 100, trước, kết trở thành tiêu chuẩn bổ sung Người ta cịn gọi góc quan sát 100 “người quan sát chuẩn 1964” 1.5.4 Không gian màu CIE LAB Nếu sử dung ba giá trị RGB hay XYZ khó mơ tả màu sắc từ ngữ, dùng ba đặc tính màu sắc ­ Tơng màu, độ bão hịa màu độ sáng việc dễ dàng Ta biết rằng, việc nhìn màu khơng phải đơn giản phối hợp giá trị cảm nhận màu mắt mà trình phức tạp nhiều Đầu tiên võng Hình 2.23: Ba cặp màu thành phần mạc ghi nhận ba giá trị kích thích màu (các tia sáng Red, Green, Blue) tín hiệu khơng cảm nhận có tiến trình xảy ra, tiến trình tạo ba cảm giác: Cảm giác màu Red–Green; Cảm giác màu Vàng–Blue; Cảm giác độ sáng Không gian màu CIE LAB (cịn gọi khơng gian màu L*a*b*) làm điều cách xác, CIE phát triển vào năm 1976 khơng gian màu phổ biến dùng để đo màu vật thể dùng rộng rãi gần tất lĩnh vực Không gian màu xây dựng sở không gian màu CIE XYZ vào năm 1976 để cải thiện Học viên: Hồ Thị Thân 33 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý vấn đề khơng gian màu Yxy khoảng cách hai trục màu xy không tương ứng với khác biệt màu Trong không gian CIELAB, L* đại diện cho độ sáng, a* b* trục màu, a* b* hướng màu: +a* hướng màu Red, ­a* hướng màu Green, +b* hướng màu Vàng ­b* hướng màu Blue Ở tâm trục không màu Khi giá trị a* b* tăng hướng phía ngồi biên vịng trịn độ bão hịa màu tăng theo Các giá trị L*a*b* tính tốn theo cơng thức sau: Biến số độ sáng: Y L*  116 f   Yn    Tọa độ màu a* b*:   X a *  500 f    X n     Y f   Yn     Y b *  200 f    Yn      Z f   Zn     x1 / Với: f ( x)   7.787 x  16 / 116 Hình 1.24: Biểu đồ giản lược dùng để mô tả hệ màu CIELAB neu neu x  0.008856 x  0.008856 Ở đây, X, Y,Z: Các giá trị kích thích từ vật đo Xn ,Yn , Zn : Các giá trị kích thích vật phản xạ ánh sáng hoàn toàn Học viên: Hồ Thị Thân 34 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý  Độ sai biệt màu không gian màu CIELAB Hệ thống CIEXYZ không sử dụng thực tế để ước lượng khoảng sai biệt màu thể dung sai tông màu khác Không gian màu CIELAB cho khác biệt màu cảm nhận có trị số Để tính độ sai biệt màu không gian màu CIELAB ta dùng công thức sau: Δ L* = L*màu đo ­ L*màu tham chiếu Δ a* = a*màu đo ­ a*màu tham chiếu Δ b* = b*màu đo ­ b*màu tham chiếu * E ab  ( L* )  (a * )  (b * ) Δ E khoảng cách hai Hình 1.25: Biểu thị sai biệt màu giá trị màu đo màu tham chiếu không gian màu CIELAB không gian màu CIELAB, khoảng cách hai màu độ sai biệt màu Trên thực tế màu đo màu mà ta phục chế lại màu tham chiếu màu chọn để làm chuẩn hay màu cần phải phục chế lại 1.5.5 Sự chuyển đổi không gian màu Mỗi không gian màu có phạm vi giới hạn định Tùy vào mục đích sử dụng khác mà ta sử dụng không gian màu phù hợp Chẳng hạn, ta sử dụng máy đo màu để đo màu hình ta biết, màu hình tổng hợp dựa tổng hợp màu Red, Green Blue Do vậy, thường ta sử dụng khơng gian màu RGB Cịn lĩnh vực in ấn, ta thường dùng khơng gian màu CMYK mực in tổng hợp màu dựa tổng hợp màu Cyan, Magenta, Yellow Black Và có trường hợp hay gặp là, nhà thiết kế đồ họa, họ thiết kế máy tính sau họ in giấy, lúc gam màu máy tính mực in khơng trùng khít với nhau, có số màu tạo máy tính khơng thể tạo từ mực in Điều đòi hỏi phải Học viên: Hồ Thị Thân 35 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý có khơng gian màu chuẩn cho hai trường hợp, lúc người ta thường chuyển không gian màu không gian màu XYZ 1.5.5.1 Từ RGB sang XYZ ngược lại [5] Để chuyển đổi qua lại không gian màu với ta tiến hành xác định ma trận chuyển đổi (3x3)  X   RGB  XYZ   R  Y      G  3        Z   ma tran   B  Ma trận (3x3) xác định sau: Giả sử, màu F bất kì, khơng gian màu RGB biểu diễn dạng phương trình [F]=R[R]+G[G]+B[B] Cịn khơng gian màu XYZ biểu diễn là: [F]=X[X]+Y[Y]+Z[Z] Hay ta viết: [ F ]  R G  [ R]    B  [G ]    X  [ B]    [ X ]   Z  [Y ]   [Z ]    Y (*) Mặt khác, ta có: Các giá trị kích thích [X], [Y], [Z] biểu diễn không gian màu RGB sau: [ X ]  (RX [Y ]  ( RY GX GY BX ) BY ) [Z ] GZ BZ )  (RZ Hay ta viết lại dạng phương trình sau: [ X ]  R X [ R ]  G X [G ]  B X [ B ] [Y ]  RY [ R ]  GY [G ]  BY [ B ] [Z ]  RZ [ R ]  G Z [G ]  BZ [ B] Hay ta viết dạng ma trận sau: [ X ]  RX    Y [ ]    RY  [ X ]  R   Z  Học viên: Hồ Thị Thân GX GY GZ B X  [ R ]    BY  [G ]  BZ  [ B ]  (**) 36 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý Thay (**) vào phương trình (*) ta được: R G  [ R]    B  [G]    X  [ B]    GX Y  RX  Z  RY R  Z GX Y  RX  Z  RY R  Z GY GZ B X  [ R]    BY  [G ]  BZ  [ B]  Do nên suy ra: R G B  X GY GZ BX   BY  BZ  GX GY GZ BX BY BZ Nếu muốn chuyển ngược lại từ RGBXYZ X Y  RX  Z   R G B  RY R  Z      1 1.5.6.2 Từ L*a*b XYZ  L*  /  a *      X  X n   903.3   500  Nếu: L*  8.000 thì:  L*   Y  Yn  903    L* 1 /  b *      Z  Z n  200  903.3      L*  16 X  X n   116  Nếu: L*>8.000 thì:  L*  16 Y  Yn   116       a *    500        L*  16 Z  Z n   116 Học viên: Hồ Thị Thân     b *    200     3 37 Luận văn Thạc sĩ Vật Lý 1.5.5.3 Từ xyY sang XYZ X  x(Y / y) Z  (1  x  y)(Y / y) 1.5.5.4 Ma trận Bradford Ma trận Bradford dùng để chuyển đổi nguồn sáng với Chẳng hạn, ta dùng máy đo để đo mẫu, máy đo sử dụng nguồn chiếu sáng khác Theo nguyên tắc nhìn màu, nhìn màu vật nguồn sáng khác cảm nhận màu khác Như ta cần phải có phép chuyển đổi chúng Phương trình chuyển đổi sau X  Y     Z  nguon  Bradford   X        Y     ma tran   Z  nguon Từ thực nghiệm người ta xác định giá trị số ma trận chuyển đổi nguồn chiếu sáng chuẩn CIE bảng Bảng 2: Các ma trận Bradford chuyển đổi nguồn chuẩn CIE 1931 khác Học viên: Hồ Thị Thân ... (brightness) [1]  Tông màu (Hue): tên gọi màu, xác định màu chẳng hạn đỏ, xanh lam, xanh thẫm, vàng … tên màu kết hợp vàng ngã xanh Tơng màu có vơ số cấp bậc biến thể với vịng trịn màu Hình 1.10: Tơng... Thạc sĩ Vật Lý  Độ bão hòa màu (Saturation): Độ bão hòa màu độ khiết Ví dụ, màu xanh xám có độ bão hịa thấp màu xanh ngọc bích có độ bão hịa cao Một màu trở nên khiết hay độ bão hịa cao có màu... màu nguồn sáng Khi vật đen nung nóng, thay đổi màu, nhiệt độ tăng dần màu vật chuyển sang đỏ vàng trắng xanh… Hình 1.13 :Nhiệt độ màu vài nguồn chiếu sáng tự nhiên nhân tạo SPD phần lớn nguồn