Đại cương về lý thuyết màu sắc

báo cáo đề tài: Đại cương về lý thuyết màu sắc do giảng viên Ngô Văn Cờ hướng dẫn. Môn học: Công nghệ sản xuất chất màu vô cơ. Khoa Kỹ thuật hóa học. Chuyên ngành Hóa vô cơ. Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh

MỤC LỤC

I Đại cương về lý thuyết màu sắc 2

1 Sự cảm nhận màu sắc 2

1.1 Bản chất của ánh sáng 2

1.2 Các đặc tính của mẫu vật 5

1.3 Sự thụ cảm màu ở mắt 7

2 Tâm sinh lý học ý niệm màu sắc 9

3 Các đại lượng đặc trưng của màu 11

II Các hệ thống đánh giá so sánh màu sắc 11

1 Phương pháp chuẩn màu 11

2 Phương pháp so màu 12

3 Khoảng sai biệt màu E 12

4 Đo màu phổ 14

5 Hệ Munsell 14

6 Không gian màu CIE LAV 15

7 Không gian màu CIE LUV 16

8 Không gian màu CIE LCH 17

III Hệ thống đo màu phổ biến hiện nay 18

1 Hệ thống so màu RGB 18

2 Hệ thống so màu XYZ: 18

3 Hệ thống so màu UVW: 19

4 Độ chênh màu – hệ thống Munsell: 20

IV Kết luận, đánh giá 20

V Câu hỏi 21

VI Tài liệu tham khảo 21

I Đại cương về lý thuyết màu sắc

1 Sự cảm nhận màu sắc

Màu sắc không chỉ đơn giản là một hiện tượng vật lý lệ thuộc vào mẫu vật và nguồn chiếu sáng

Nó nhất thiết phải là 1 sự cảm nhận phức tạp có thể thấy được, bị ảnh hưởng bởi các yêu tố tâm sinh lý có thể làm cho sự cảm nhận về màu sắc của con người hơi khác với người kia Để cảm nhận về màu sắc chúng ta cần xem xét nguồn chiếu sáng, các đặc tính của mẫu vật và sự thụ cảmmàu ở mắt

a) Các đại lượng đo bức xạ

W=A/tW: Thông lượng bức xạ toàn phần; J/s hay W

A: Năng lượng bức xạ của ngồn; J

t: Thời gian phát ra năng lượng A; s

Thông lượng bức xạ gửi tới bề mặt vật: đây là một đại lượng vật lí đánh giá khả năng tiếp nhận năng lượng bức xạ do nguồn bức xạ gửi tới một vật thể có diện tích bề mặt ds trong khoảng thời gian t Phụ thuộc vào diện tích bề mặt ds của vật, khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt vật vàgóc chiếu giữa tia bức xạ và bề mặt được chiếu

dW = dA/tdW: thông lượng bức xạ gửi tới; J/s

dA: năng lượng bức xạ do nguồn gửi tới bề mặt ds; J

t: thời gian; s

 Cường độ bức xạ:

Cường độ bức xạ của nguồn đặc trưng cho khả năng phát xạ của nguồn theo từng phươngchiếu Nó có trị số bằng thông lượng bức xạ của nguồn gửi đi trong một góc khối Giá trị Ie càng lớn, nguồn phát ra bức xạ càng mạnh

Ie= dW/dΩ; J/(s.Sr) hay W/Sr

Ie: cường độ bức xạ

dΩ: góc khối; Sr

r: khoảng cách từ nguồn bức xạ tới; m

α: góc tạo bởi pháp tuyến n của đs và phương pháp chiếu bức xạ

 Độ rọi năng lượng:

Độ rọi năng lượng là đại lượng vật lý có giá trị số bằng thông lượng bức xạ gửi tới một đơn vị diện tích bề mặt vật

Ee = dW/ds

Ee: độ rọi năng lượng: W/m2

ds: phần diện tích bề mặt tiếp nhận nguồn bức xạ: m2

b) Các đại lượng trắc quang

:quang thông toàn phần của nguồn sáng;lm

k : hằng số tùy thuộc chọn đơn vị đo

Vλ :độ nhạy của mắt người

W :thông lượng bức xạ của nguồn; J/s

Quang thông gửi tới bề mặt vật: phần năng lượng bức xạ gây ra cảm giác gửi tới phần diện tích ds trên bề mặt vật

d = k.Vλ dW

 Cường độ sáng:

Cường độ sáng của ngồn theo một phương là một đại lượng vật lí có trị số bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một góc khối.

Nếu gọi I là cường độ sáng, candela(Cd).Lúc đó I được xác định theo biểu thức :

I= d/dΩNếu nguồn bức xạ có cường độ sáng đều theo mọi phương đẳng hướng và có quang thông toàn phần , từ biểu thức trên ta có:

d = I.dΩ

1 lumen= 1 candela.1 steradian

Lumen: quang thông của 1 nguồn điểm,đẳng hướng có cường độ sáng 1 candela gửi đi trong 1 steradian

 Độ trưng R:

Đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của nguồn khối,nó là quang thông toàn phần

do diện tích dσ do nguồn phát ra:

dI:cường độ do phần diện tích của nguồn khối phát ra;Cd

dσa:hình chiếu của dσ lên mặt phẳng vuông góc với phương chiếu sáng;m2

Nit là độ chói của một mặt phát sáng có diện tích 1m2 phát ra cường độ sáng là 1 candela theo phương vuông góc với nó

 Độ rọi:

Đại lương vật lí xác định phần năng lượng gây ra cảm giác sáng gửi tới 1 đơn vị diện tích

bề mặt của vật được chiếu sáng

E= d/dSE: độ rọi; lux(lx)

d: quang thông gửi tới dS; lm

dS: là phần diện tích trên bề mặt vât nhận được d;m2

Lux là độ rọi của một bề mặt có diện tích 1m2 nhận được 1 quang thông bằng 1 lumen gửi tới

 Độ chói của bề mặt được chiếu:

Độ chói của bề mặt được chiếu tùy thuộc vào cường độ I,tính chất của bề mặt được chiếu

và hướng quan sát.Độ chói này có giá trị luôn nhỏ hơn độ chói của nguồn B vì một phần ánh sáng bị hấp thụ và tán xạ,chỉ có một phần ánh sáng tới hướng quan sát

a) Màu vật chất và các yếu tố ảnh hưởng

 Màu vật chất : màu sắc là một trong hai thuộc tính cơ bản của vật chất Mặt nhận biết được màu là do tổ hợp của ba quá trình :

- Có nguồn bức xạ chiếu vào vật

- Vật hấp thụ chọn lọc các sóng bức xạ

- Sự thụ cảm màu ở mắt

Quá trình thứ hai tạo ra sư khác biệt về màu sắc giữa các vật, khi chiếu các bức xạ có 

ở ngoài vùng khả kiến vào vật có thể phát quang (huỳnh quang ,lân quang)

 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ ánh sáng:

- Lấy tích phân xác định từ I0→I và từ 0 → x

lnI/Io = -c.XKhi x tăng → sự hấp thụ tăng →độ thuần sắc tăng →độ đậm màu tăng

Lưu ý : Định luật Lamber- beer chỉ đúng ở c nhỏ

Kích thước hạt:

Theo lý thuyết Mie: dựa trên phương trình của Maxwell tạo mô hình gồm mặt phẳng sóng giao với vật hình cầu đẳng hướng về phương diện quang ,chiết suất n và chỉ số hấp thụ k Khi lấy tích phân phương trình sóng sẻ thu tiết diện hấp thụ QA và tiết diện tán xạ QS Các gia trị

vô hướng trên cho biết mối quan hệ giữa khả năng hấp thụ , tán xạ với kích thước hạt hay giưa màu sắc với kích thước hạt

Cấu trúc tinh thể:

Sự khác biệt về cấu trúc ( và kích thước hạt) sẽ dẫn tới khác biệt về khả năng hấp thụ hay phản xạ các bức xạ chiếu vào vật→ khác biệt về màu sắc

Ví dụ : cacbon dạng kim cương ,grafit hay than đá

Trong thực tế do pigment thường được dung lam lớp phủ trang trí hay bảo vệ trên bề mặt vật nên màu sắc tùy thuộc chủ yếu vào tính chất bề mặt của vật

b) Bản chất hóa học của chất màu.

 Electron – cơ sở giải thích màu vật chất:

Trạng thái electron ,độ linh động và sự chuyển mức năng lượng của e khi bị kích thích tạo ra màu

 Các chất màu vô cơ.

 Đặc điểm chung : màu do chuyển e (nhất la e hóa trị)

- Chất màu vô cơ có màu thường là

+ Các chất có mức năng lượng giữa các orbitan chứa e ,orbitan chứa e và trống gần nhau, lớp vỏ e chưa đầy

+ Các chất có nhiều e và có orbitan hóa trị còn trông

Ví dụ : Ca :3p44s2 không màu

Br : 4s24p5 có màu vàng cam

- Các chất vô cơ không màu hay màu trăng thường là

+ Các nguyên tố s va p đã lấp đầy e ,các hợp chất kim loại kiềm ,kiềm thổ với phi kim ba chu kì đầu

Ví dụ : NaCl ,NaF,CaF2…

+ Các chất ,hợp chất có sự khác biệt về năng lượng giữa lớp chứa e và lớp trống quá lớn + Các chất ,hợp chất không còn orbitan (nhất là các orbitan hóa trị ) trống.

+ Các hợp chất (chủ yếu là oxit ) của các chất nằm giữa kim loại và phi kim

 Các yếu tố ảnh hưởng tới màu các chất vô cơ

- Trạng thái tồn tại :ảnh hưởng sự chuyển e do

+ Khoảng cách ion – ion

+ Khoảng cách nguyên tử - nguyên tử

+ Khoảng cách hạt nhân – electron

Ví dụ : PbI2 dạng rắn : màu vàng

Do ion biến dạng →giảm phân cực→khoảng cách cation-anion giảm →chênh lệch E giảm →màu

- Sự phân cưc phân tử

+ Sự phân cực→thay đối mức năng lượng của e →dễ bị kích thích →có màu

Ví dụ : AgCl :màu trắng ,AgCl:màu vàng ,AgBr : màu cam

- Trạng thái oxy hóa

Mức oxy hóa càng cao →tác dụng phân cực càng lớn →e dễ bị kích thích→có màu

Ví dụ 1: + MnO2 : màu xám đen

+ K2MnO4 : màu xanh

+ KMnO4 : màu tím

Ví dụ 2: + V+ : màu xám

+ V5+ : màu vàng cam

 Kết luận: Màu của các chất vô cơ bị chi phối bởi:

- Trong phân tử mức năng lượng giữa các orbitan hóa trị chứa e và trống phải gần nhau hay phân tử có nhiều e và có orbitan còn trống

- Trong phân tử có sự phân cực mạnh hay cation va anion có khả năng phân cực lớn

sóng dài, trung bình, và ngắn, lần lượt được gọi là các tế bào nón dài (long cone cells), trung bình (medium cone cells), và ngắn (short cone cells).

Các vật trong tự nhiên tự chúng không có màu sắc, mà chỉ hấp thụ, truyền tải và phản xạ ánh sáng chiếu vào chúng Vì tính chất hấp thụ, truyền, và phản xạ ánh sáng của vật này khác tính chất này ở vật khác, khi ánh sáng phản xạ từ các vật khác nhau chui vào mắt ta, các tế bào nón và que trên võng mạc ghi nhận các bước sóng ánh sáng khác nhau từ các

vật khác nhau Các tín hiệu này được truyền tới các tế bào hạch (ganglion cells) Các tế

bào hạch so sánh thông tin từ các tế bào nón để xác định số lượng sóng ánh sáng từ các vùng sóng ngắn, trung và dài Sau đó các tín hiệu về tỉ số giữa các vùng sóng và sáng – tối được truyền qua thần kinh thị giác lên não để được xử lý như các màu khác nhau trong phổ ánh sáng nhìn thấy được như sau:

2 Tâm sinh lý học ý niệm màu sắc

a) Màu cơ bản của vật:

Màu quang phổ: Màu quang phổ (hay còn gọi là màu đơn sắc) là các tia màu thu được

khi phân tích ánh sáng trắng theo bước sóng Các bước sóng trong khoảng 380-760 nm là các màu đơn sắc nhìn thấy (vùng khả kiến)

Màu vô sắc: đặc trưng bằng cường độ màu như nhau của tất cả các bước sóng nên không

có bước sóng trội Mắt người không cảm nhận riêng được sắc thái của màu Thực tế mắt vẫn cảmnhận được một số màu vô sắc như màu trắng, màu ghi, màu đen,….do các màu đơn sắc không hoàn toàn trung hòa lẫn nhau

Màu hữu sắc: ngược lại với màu vô sắc là màu hữu sắc Màu hữu sắc gồm 2 dạng là

màu đơn sắc và màu đa sắc Sắc thái của màu đa sắc tùy thuộc vào màu của tia màu đơn sắc chiếm tỉ lệ lớn nhất theo quy luật phân phối màu

Màu đơn sắc: Chỉ phản xạ 1 bước sóng nhất định của quang phổ ánh sáng mặt trời.

Màu đa sắc: Màu của tập hợp các tia phản xạ nhưng cường độ và tỉ lệ các tia này không

như nhau Màu của vật thể là màu của tia phản xạ chiếm tỉ lệ lớn nhất hòa với các tia còn lại theoquy luật phối màu

b) Cảm giác về màu:

Màu nóng: Màu nóng là màu đỏ bão hòa trên vòng tròn màu, đó là màu đỏ cờ được pha

màu magenta và yellow Màu nóng tự nó phản chiếu và lôi cuốn sự chú ý Vì vậy màu đỏ thườngdùng trong thiết kế khi muốn gây sự chú ý Màu nóng có ảnh hưởng mạnh mẽ, làm tác động đến không gian xung quanh nó

Màu lạnh: Màu lạnh là màu thuần xanh biển Nó tỏa sáng và tươi sáng hẳn lên Màu

lạnh làm chúng ta thấy mát như đang gần một tảng băng hay đang đi trên tuyết Màu lạnh làm người xem có cảm giác mát mẻ, nhẹ nhàng Màu lạnh có tính đối lập với màu nóng Khi chuyển dần từ màu nóng sang màu lạnh, chúng ta có cảm giác như đang đứng bên lò lửa được chuyển sang cạnh một tảng băng, thật dễ chịu

Màu ấm: Trong màu ấm luôn có sự hiện diện của màu đỏ Màu ấm được tạo ra do sự

phối hợp giữa màu đỏ và màu vàng Tùy theo mức độ pha giữa màu đỏ và màu vàng mà chúng ta

có những dạng màu ấm khác nhau Ví dụ: màu đỏ cam, màu cam, màu vàng cam,… Màu ấm nhưthân thiện, đón chào người xem Nhìn màu ấm giống như chúng ta đang ngắm cảnh đẹp của mặt trời bình minh hoặc hoàng hôn

Màu mát: Màu mát được tạo ra trên nền màu xanh Nó không giống như màu lạnh bởi vì

được phối với màu vàng Một số dạng màu mát như: vàng xanh, xanh lá cây, lục lam,… Dạng màu xanh ngọc và xanh lá cây luôn có trong tự nhiên Màu mát làm ta thấy nhẹ nhàng như đang trong mùa đâm chồi nảy lộc của mùa xuân Màu mát luôn nhẹ nhàng tươi mát và sâu lắng màu mát giống như một thác nước làm dịu mát người xem

Màu sáng: Màu sáng là màu của thủy tinh, của cây tung lam Màu sáng có tính nhẹ

nhàng trong sáng Màu sáng được tạo ra từ màu đỏ pha với lục lam đi kèm với vàng nhạt Tuy nhiên sắc thái màu phải trong Khi độ trong của màu tăng thì độ thay đổi sắc màu giảm Màu sáng làm chúng ta thấy tâm hồn trở nên thoải mái, thư thái và buông lỏng Màu sáng như màng cửa sổ hé ra để ánh nắng ban mai vào phòng

Màu sậm: Màu sậm là màu chứa màu đen trong khi phối màu Màu sậm làm khoảng

không gian như thu nhỏ lại và làm vật thể như nhỏ hơn Màu sậm tăng tính nghiêm trang, đứng đắn Thật vậy màu sậm ẩn khuất như khung cảnh của mùa thu và mùa đông ảm đạm Phối hợp giữa màu sáng và màu sậm sẽ gây nên một ấn tượng sâu sắc mạnh mẽ Nó tiêu biểu cho sự đối lập của tự nhiên, sự tương phản nhưng cần thiết giữa ngày và đêm

Màu nhạt: Màu nhạt là màu tùng lam thật nhẹ Sắc màu nhợt nhạt, nó chứa ít nhất 65%

màu trắng Màu nhạt tạo nên vẻ mềm mại, lãng mạn và lơ đãng Màu nhạt thường dùng như màu ngà, tùng lam sáng và hồn tối nhạt Màu nhạt tao cho người xem một cảm giác như ngắm đám mây nhẹ trôi hoặc như nắng nhẹ ban mai hoặc êm đềm như một sáng mờ sương Vì màu nhạt là màu trang nhã nên thường được dùng trong trang trí nội thất

Màu tươi: Màu tươi là tổng hợp tinh khiết của màu sắc Sự tươi tắn của màu sắc đc tạo

ra bằng cách bỏ qua thang xám và đen Trong màu tươi có chứa các sắc màu xanh, đỏ, vàng và cam Màu tươi chói lọi và sặc sỡ, nó gây nên sự chú ý Một chiếc xe màu vàng tươi, một chum bong bóng rực rỡ hoặc cái mũi tươi thắm của chú hề….là những sắc màu không bao giờ bị quên lãng Màu sắc tươi tạo ra nét phấn khởi, vui tươi luôn được ngành thời trang và quảng cái chú ý

Nhưng cảm giác về màu sắc này phục thuộc vào cảm giác của người quan sát vì nó là chủquan của mỗi người

3 Các đại lượng đặc trưng của màu

a) Tông màu – màu sắc

Tông màu của một chất được biểu thị bởi tông của màu đơn sắc có bước sóng trội Tông màu của một chất chỉ sự khác biệt về cảm giác màu của một màu hữu sắc với màu ghi có cùng

độ sáng Tông màu được biểu thị bằng các từ chỉ sắc màu hay ánh màu như: đỏ tía, đỏ cam, xanhtím,…

b) Độ thuần sắc – độ bão hòa:

Độ thuần sắc xác đinh mức độ sắc thái của màu (hay tỉ lệ của màu trội so với các màu còn lại)

Độ bão hòa là cảm giác về sự khác biệt với màu trắng về màu sắc Các màu quang phổ có

độ bão hòa tăng dần từ màu vàng tới màu tím

II Các hệ thống đánh giá so sánh màu sắc

1 Phương pháp chuẩn màu

Người ta chế sẵng các bộ mẫu màu(atlas màu) chuẩn,bất kì chất màu nào cũng được tìm thấy trên đó

- Atlas màu được sắp xếp theo quy luật:thay đổi tông màu,độ sáng và độ bão hòa của màu

cụ thể

- Đánh giá:đơn giản ,dễ sử dụng,không cần thiết bị so màu hay tính toán phức tạp.Tuy nhiên không thể đung cho các màu quang học,không chính xác với các màu có bề mặt không phẳng

- Ví dụ về một mẫu bản đồ màu

2 Phương pháp so màu

- Có 3 đặc trưng:tông màu ,độ chói,độ thuần khiết

- Cơ sở của phương pháp dựa trên cơ chế 3 thành phần của màu,mỗi màu là sự tổng hợp của 3 kích thước màu cơ bản và thể hiện qua 3 số đo (tọa độ màu).Từ tọa độ màu ta xác định được các thành phần cơ bản tạo ra màu đó

- Ưu điểm là tính toán chính xác ,thể hiện bất kì màu của bức xạ, thích hợp cho việc tái tạo màu gốc.Tuy nhiên đòi hỏi các thiết bị so màu,đo màu,nó rất trừu tượng,thể hiện qua các con số,các đại lượng

3 Khoảng sai biệt màu E

- Khoảng sai biệt màu là phép đo khoảng cách giữa 2 vị trí mù trong không gian màu(thí

dụ giữa màu trên bài mẫu và màu trên bài in)

- Không gian màu CIE đã được giải thích trong chương “các hệ thống phân loại màu” nhưng không gian màu này có một nhược điểm chủ yếu ,đó là :không phải tất cả các màu được cảm nhận bởi mắt người tại các vị trí khác nhau đều có độ khác biệt tương ứng với việc cảm nhận

- MacAdam, một người mỹ đã nghiên cứu sự kiện này trong một loạt các thử nghiệm.Ông

đã phân tích và minh họa các kết quả theo hình sau Hình vẽ cho cho cái gọi là hinh elip MacAdam được phóng đại gấp 10 lần Vì không gian màu CIE là không gian màu 3 chiều nên hình elip thực sự là các khối elip.Kích thước của các khói elip này là một sự đođạc từ ngưỡng cảm nhận của các độ lệch màu (mỗi khối elip được nhìn từ tâm và cho từng tông màu riêng biệt)