Определение цветопередачи объективов

Министерство  образования и науки РФ 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Волгоградский  государственный университет» 

Факультет физики и телекоммуникаций 

Кафедра лазерной физики 
 
 
 
 
 

       Реферат на тему: 

       Определение цветопередачи объективов 
 
 
 

Выполнил: студент 4 курса

группы  ОТб-071

Петухова  Д. Б. 
 
 
 
 

       Волгоград 2010 

     Содержание 

1. Введение 

      Сложный процесс создания современной оптической системы может быть разделен на два этапа: проектирование и изготовление [1].

      На  первом этапе производится расчет параметров системы. Качество изображения, которое  она может обеспечить, оценивается также путем расчета. На втором этапе, при изготовлении, стремятся получить реальную систему с параметрами, насколько возможно близкими к расчетным. Полученные параметры и качество изображения, даваемого изготовленной системой, оцениваются в процессе измерительного эксперимента средствами оптичеких измерений.

      Определение цветопередачи объективов является одним из таких оптических измерений. Из-за разных параметров стекол, из которых изготавливаются объективы, а также в связи с различными аберрациями, получается, что один и тот же сюжет, но снятый на разные объективы, может в какой-то мере отличаться по цветам. Как определить качество цветопередачи мы и рассмотрим ниже. 

2. Определение цветопередачи фотографических объективов 

     Степень соответствия цветовой гаммы предмета цветовой гамме изображения, создаваемого объективом, называется цветопередачей объектива [2]. Цветопередача объектива определяется его спектральной характеристикой, которая зависит от спектральной характеристики материалов, из которых изготовлены компоненты объектива, и от спектральной характеристики просветляющих слоев их поверхностей. Оценивают цветопередачу объектива совместно с приемником, воспринимающим изображение. Например, для трехслойного цветного фотоматериала каждый объектив характеризуется эффективными коэффициентами пропускания , , объектива для трех зон спектра, соответствующих зонам чувствительности цветного фотоматериала (синего, зеленого и красного цветов) или в логарифмических единицах эффективными плотностями для тех же зон.

     Свойство  фотографических объективов изменять соотношение трех цветоделенных (зональных) потоков некоторого стандартного источника  при изображении на фотопленке называется фотографической цветностью объектива. Фотографическая цветность объектива  выражается разностью значений трех эффективных плотностей (синей, зеленой  и красной областей спектра в  пределах 360 ... 680 нм) и эффективной  плотностью зеленой зоны:

     ;  ; .

     Эти три значения разностей , , образуют формулу цветности, которая характеризует цветопередачу фотографического объектива, т. е. показывает избирательность.

     Для определения качества цветопередачи  фотографических объективов применяются  три метода [2]:

     1) расчетный метод определения фотографической цветопередачи, основанный на измерении коэффициента спектрального пропускания;

     2) колориметрический метод, основанный на измерении отклонений координат цветности стандартного источника А;

     3) фотоэлектрический метод определения цветопередачи.

     Рассмотрим  более подробно каждый из них. 

2.1. Расчетный метод  определения фотографической  цветопередачи 

     По  первому методу цветопередачу объектива  можно определить уже на стадии оптического  расчета [2]. Вычислив для оптической системы объектива, рассчитывают эффективные коэффициенты пропускания , , для трех указанных цветовых зон. Затем, определив логарифмическое выражение для отношений /; ; /, получают расчетную   формулу цветности, по которой судят о пригодности рассчитанной оптической схемы по цветопередаче.

     Для  готовых образцов объективов используют устройство (рис. 1), предназначенное для измерения коэффициента спектрального пропускания. Схема данного устройства состоит из монохроматора 1, обеспечивающего монохроматическое излучение, шарового осветителя 3, дающего излучение равномерной яркости, и приемного устройства 4 с регистрирующим прибором. Контролируемый прибор 2 устанавливают между входной щелью монохроматора и шаровым осветителем. При измерениях ширину входной и выходной щелей выбирают одинаковой. 

     Рис. 1. Схема устройства для измерения  коэффициента спектрального светопропускания [2].

     В качестве приемного устройства в схеме использован вакуумный фотоэлемент 4, имеющий линейную световую характеристику, с усилителем постоянного тока 5, на выходе которого подключен микроамперметр. Для устранения влияния рассеянного света введены сменные светофильтры 6. При измерениях осветитель должен быть установлен так, чтобы при перемещении его вместе с объективом вдоль оптической оси показания микроамперметра не изменялись.

     Коэффициент пропускания для определенной длины  волны определяют как отношение  отсчетов, определяемых по микроамперметру  и пропорциональных световому потоку, падающему на фотоприемник от осветителя через прибор и без него для  каждой длины волны: 

где - отсчет с установленным прибором; - отсчет без прибора; - световой поток заданной длины волны, прошедший через прибор; - световой поток, падающий на прибор, для той же длины волны; k - коэффициент пропорциональности для данной установки.

     Точность  метода измерения  составляет 2...3%. Основными погрешностями измерения являются нестабильность источника излучения, нелинейность световой характеристики фотоприемного устройства и нестабильность показаний регистрирующего прибора.

     Затем рассчитывают эффективный коэффициент  пропускания для зоны чувствительности каждого слоя фотоматериала: 

где , , - актиничные световые потоки, вычисленные для трех слоев цветного фотоматериала; , , - актиничные световые потоки с учетом спектрального пропускания объектива.

     Аналитические выражения актиничных потоков имеют  вид: 
 

где - спектральная чувствительность фотоматериала; - распределение энергии в спектре источника излучения, , - спектральный диапазон чувствительности соответствующего слоя фотоматериала; - спектральная отражательная способность объекта фотографирования. 

2.2. Колориметрический метод 

     В колориметрическом методе используют способность человеческого глаза  улавливать качественные различия между  двумя излучениями различного спектрального  состава [2]. Цветовые различия, возникающие в спектре излучения стандартного источника после прохождения через объектив, измеряют с помощью колориметра.

     Цветопередачу контролируемого объектива оценивают  по изменению координат точек  цветности стандартного источника  света в цветовом поле, измеряя  эти координаты с контролируемым объективом и без него. Изменение  координат соответствует искажению  цветности стандартного источника  света, вносимому контролируемым объективом. Смещение точки цветности в пространстве цветов фиксируется на цветовом графике.

     Рис. 2. Схема колориметра для измерения  формулы цветности фотографического объектива [2]. 

     Измерение координат точек цветности стандартного источника с учетом светопропускания контролируемого объектива выполняют  универсальным фотоэлектрическим  колориметром УФК-2. Прибор (рис. 2) состоит  из источника света 1 с молочным стеклом 2, представляющего собой стандартный источник, объективо-держателя 3, колориметрический головки 4, фотоприемника 5 и регистрирующего устройства.

     Режим излучения источника света 1 поддерживают постоянным, обеспечивая цветовую температуру равнояркого экрана, соответствующую стандартному источнику. Контролируемый объектив располагают соосно измерительной головке колориметра, так, чтобы входное окно головки колориметра было полностью заполнено светом. Объектив проверяют при максимальном относительном отверстии.

     Спектральная  чувствительность фотоприемника с  помощью набора корригирующих светофильтров  приводится к спектральной чувствительности глаза. Колориметр снабжен цветовым графиком, изображающим часть поля цветового треугольника с нанесенным на нем допусковым эллипсом рассеяния  с координатами точки цветности  стандартного источника (рис. 3).

Рис. 3. Часть  поля цветового треугольника с допусковым эллипсом рассеяния [2]. 
 
 
 

     Допусковый  эллипс рассеяния с учетом спектрального  пропускания объектива получен  экспериментально, путем сопоставления  результатов фотографических испытаний  с результатами колориметрических  измерений. Аналитическое выражение  допускового эллипса, аппроксимированное в международной системе координат  цветности, представляет собой уравнение  кривой второго порядка: 

     При измерениях по шкале колориметрической  головки последовательно устанавливаются  буквы Х; У; Z и по регистрирующему устройству соответственно определяют значения фототоков затем вычисляют относительные компоненты цвета связанные со значениями фототоков соотношениями: 

где Сх, Су, Cz - постоянные коэффициенты, определяемые при градуировке и приведенные в паспорте колориметра.

     Координаты  точки цветности определяют из соотношений: 

и наносят  на цветовой график в виде точки (рис. 3). Объектив считается удовлетворительным по цветопередаче, если измеренные координаты точки цветности лежат внутри допускового эллипса. На фотоэлектрическом колориметре УФК-2 могут быть измерены фотографические объективы с фокусным расстоянием 6 ... 300 мм и относительными отверстиями 1 : 1,5 ... 1 : 5,6. Погрешность определения координат точки цветности, установленная на основе экспериментального исследования, составляет ± 0,002. 

2.3. Фотоэлектрический  метод определения  цветопередачи 

     Фотоэлектрический метод определения цветопередачи  объектива зонным фотометром основан  на измерении балансного соотношения  элективных коэффициентов светопропускания объектива для трех зон спектра, соответствующих зонам чувствительности цветного фотоматериала [3]. Зонный фотометр (рис. 4) состоит из зеркального коллиматора I, объективодержателя II, измерительного устройства III и регистрирующего прибора IV. В качестве источника света использована лампа накаливания с цветовой температурой (стандартный источник).

     Измерительное устройство представляет собой фотометрический  шар 1, в который вмонтирован фотоприемник 2 и турель 3 со сменными корригирующими светофильтрами. Последовательное включение светофильтров приводит спектральную чувствительность фотоприемника соответственно к спектральной чувствительности сине-, зелено-, и красночувствительных слоев цветного фотоматериала.  

     Рис. 4. Схема зонного фотометра для  контроля качества цветопередачи объективов [2]. 

     Спектральная  характеристика фотоприемника является основой для расчета требуемых  корректирующих светофильтров. Соотношения  показаний , , на регистрирующем приборе пропорциональны световым потокам , , , падающим на фотоприемник от коллиматора при установленных синем, зеленом и красном корректирующих светофильтрах, относительно потока, прошедшего через зеленый светофильтр:

/ : / : / = 1 : 1 : 1,

в логарифмическом  выражении: 

     При невыполнении этого соотношения  вводится градуировочная формула прибора, которая в общем виде в логарифмическом  выражении такова: 

где первое выражение в скобках — поправка значения формулы цветности для  синей зоны, второе выражение в  скобках — поправка значения формулы  цветности для красной зоны. Установив  между коллиматором и измерительным  устройством контролируемый объектив, снимают отсчеты по регистрирующему  прибору , , и определяют формулу цветности с учетом градуировки прибора: 

     Экспериментальная погрешность измерений эффективного светопропускания составляет ±1 %; расчетная  погрешность измерений - 0,4 логарифмической  единицы для каждого числа  формулы цветности. 

4. Список литературы 

1. В. К. Кирилловский, Ле Зуй Туан «Оптические измерения», Часть 6, Санкт-Петербург, 2008, 131 ст.

2. Креопалова Г.В., Лазарева Н. Л., Пуряев Д. Т., «Оптические измерения», Под общ. ред. Д. Т. Пуряева. – М.: Машиностроение, 1987. – 264 с.: ил.

3. Евтеева Н.П., Беликов В.И., Петрова Л.А., Козлова Л.Н. Оценка цветопередачи съемочных объективов // Оптический журнал. 1993. №5.с.67.