اللون بالأرقام

الكميات القياسية اللونية بالرموز والوحدات

تصف الكميات القياسية اللونية اللون الذي يتّسم به مصدر الضوء وكيفية إظهاره للألوان. وتنبثق جميعها من قياس واحد: التوزيع الطيفي S(λ). ومنه تُشتق قيم المنبهات الثلاثة X وY وZ، ومنها الإحداثيات اللونية x وy أو u′ وv′، ومنها درجة حرارة اللون المترابطة T_n - ومن المقارنة مع مصدر مرجعي تُشتق مؤشرات إظهار اللون R_a وR_f. يُطلق على هذا المجال اسم القياس اللوني (كولوريمتري)؛ ونظيراتها الطاقوية هي الكميات الراديومترية، والمرجّحة بحساسية العين هي الكميات الفوتومترية.

تُقيّم كل كمية مقياسية للألوان الطيف نفسه بسؤال مختلف. تُعيد دوال مطابقة الألوان x̄(λ)‎ وȳ(λ)‎ وz̄(λ)‎ إنتاج الرؤية اللونية؛ وعند الترجيح بها ينحصر طيف كامل في ثلاثة أرقام. يمكن لطيفين مختلفين فيزيائيًا أن يُعطيا نفس الأرقام الثلاثة، وبالتالي يبدوان متماثلين – وهذا ما يُعرف بالتماثل اللوني (metamerism). ولهذا السبب لا يكفي الإحداث اللوني وحده لوصف مصدر ضوء: فمصباحان بإحداث لوني متطابق قد يُظهران الألوان بشكل مختلف بوضوح.

يجب أن يُذكر مع كل رقم أي مُراقِب قياسي تم استخدامه. يصف مُراقِب 2° الخاص بـCIE 1931 مجالات رؤية صغيرة، بينما يصف مُراقِب 10° الخاص بـCIE 1964 مجالات رؤية كبيرة. وبالنسبة لنفس الطيف، يُعطي كلا المُراقِبين إحداثات لونية مختلفة – وهذا يظهر بوضوح أكبر في أطياف الصمامات الثنائية الباعثة للضوء ذات النطاق الضيق. الإحداثات اللونية المستمدة من مُراقِبين مختلفين غير قابلة للمقارنة.

يسرد الجدول أدناه الكميات المقياسية للألوان مع الرمز والوحدة. وللاطلاع عليها بالتفصيل – مع التعريف والتحديد والمواصفة الحاكمة – يُرجى الرجوع إلى مسرد الكميات البصرية.

تنشأ قيم التحفيز الثلاثي X وY وZ من ترجيح التوزيع الطيفي بدوال المطابقة اللونية الثلاث ثم إجراء التكامل. تُعرَّف Y بحيث تقابل السطوع: بالنسبة لمصدر ضوئي تتناسب Y طردياً مع الإضاءة (illuminance). وتُشتق كل كمية قياس لوني أخرى من هذه الأرقام الثلاثة.

الإحداثيات اللونية x, y – مخطط الألوان

عند تطبيع X وY وZ بالنسبة لمجموعها، يتبقى اللون دون السطوع: x = X/(X+Y+Z) وy = Y/(X+Y+Z). ويُرسم هذا الزوج على مخطط الألوان ذي الشكل الحدوة؛ حيث تقع نقاط اللون الأبيض قرب x = 0.33، y = 0.33. هذا المخطط بديهي بصرياً لكنه غير منتظم إدراكياً: ففي المنطقة الخضراء تعني المسافة الهندسية نفسها فرقاً مُدرَكاً أصغر بكثير مما هو عليه في المنطقة الزرقاء.

u′, v′ – المخطط المنتظم

لذلك يُستخدم مخطط CIE 1976 UCS لقياس المسافات بين الإحداثيات اللونية: u′ = 4X/(X+15Y+3Z) وv′ = 9Y/(X+15Y+3Z). وهناك، تقابل المسافة Δu′v′ البالغة 0.0054 تقريباً عتبة التمييز البصري في كل مكان. وبالنسبة لتشتت دفعات LED وتفاوت وحدات الإضاءة، تُعدّ Δu′v′ المقياس المعتاد، إلى جانب رقم الخطوة في أشكال ماك آدم البيضاوية (SDCM).

احذروا الخلط مع u, v بدون الشرطة العليا

لم يختفِ مخطط CIE 1960 UCS الأقدم الذي يستخدم u وv: فدرجة حرارة اللون المترابطة والمسافة Δuv عن المسار البلانكي لا تزالان تُعرَّفان فيه حتى اليوم. القيمة u متطابقة في المخططين، أما v فليست كذلك – حيث v′ = 1.5 · v. والخلط بين الاثنين يؤدي إلى درجة حرارة لون خاطئة.

درجة حرارة اللون T هي درجة حرارة جسم مشعّ أسود (بلانكي) تتطابق إحداثياته اللونية مع إحداثيات المصدر. وفي المصابيح الحقيقية لا يتحقق ذلك تقريباً بشكل دقيق أبداً؛ لذلك يُذكر بدلاً من ذلك درجة حرارة اللون المترابطة T_n (CCT): وهي درجة حرارة الجسم المشعّ الأسود عند أقل مسافة في مخطط CIE 1960 UCS. يقع الأبيض الدافئ عند من 2700 إلى 3000 K، والأبيض المحايد عند 4000 K، وأبيض ضوء النهار فوق 5300 K.

درجة حرارة اللون وحدها غير كافية. فقد يبدو مصباحان عند 4000 K مختلفين بوضوح إذا كانت إحداثياتهما اللونية تقع على مسافات مختلفة عن خط الجسم الأسود. هذه المسافة هي Δuv: القيم الموجبة تظهر ميلاً إلى الأخضر، والقيم السالبة ميلاً إلى الوردي. يحدّ المعيار ANSI C78.377 هذه القيمة بحدود ±0.006 لمنتجات LED البيضاء. وعند تجاوز |Δuv| نحو 0.005 تفقد درجة حرارة اللون المترابطة معناها – إذ لا يعود الإحداثي اللوني عندئذٍ لوناً أبيض يمكن أن تُنسب إليه درجة حرارة بشكل منطقي.

يقارن مؤشر عرض الألوان العام R_a الوارد في CIE 13.3:1995 بين تدرّجات ثمانية ألوان اختبار موحّدة قياسياً تحت المصدر قيد الاختبار وبين تدرّجاتها تحت مصدر مرجعي بنفس درجة الحرارة اللونية – مُشعّ بلانكي دون 5000 K، ومصدر ضوء نهار فوق ذلك. ومن متوسط فرق اللون ينتج R_a = 100 − 4.6 · ΔE̅. وتُعدّ القيمة فوق 90 جيدة جداً، بينما تُعدّ دون 80 غير كافية للأماكن الداخلية.

لماذا يجب إدراج R9 في المواصفات

يُحسب R_a كمتوسط لثمانية ألوان ذات إشباع ضعيف. واللون الأحمر المشبَّع ليس من بينها – ولهذا يُستخدم المؤشر الخاص R9. فالمصابيح الثنائية البيضاء ذات المكوّن الأحمر الضعيف تصل إلى R_a 85 بينما تنخفض قيمة R9 دون 20؛ وعندها يبدو اللحم والخشب والبشرة باهتاً. وعلى من يُقيّم الألوان أن يطلب صراحةً أيضاً R9 وR13 وR15 لدرجات لون البشرة. ويمكن أن تصبح المؤشرات الخاصة من R1 إلى R15 سالبة.

IES TM-30: Rf وRg

يحلّ IES TM-30-15 محلّ هذه الطريقة باستخدام 99 عيّنة لونية تغطّي الأسطح الحقيقية وفضاء اللون بأكمله بشكل متساوٍ، وبالحساب في نظام CAM02-UCS المُوحَّد. ويتراوح مؤشر الدقة R_f من 0 إلى 100. أما مؤشر النطاق اللوني R_g فيُبيّن إضافةً إلى ذلك ما إذا كانت الألوان تبدو أكثر إشباعاً (فوق 100) أو أكثر شحوباً (دون 100) مقارنةً بالمرجع. ولا تُعطي الصورة الكاملة إلا القيمتان معاً مع الرسم البياني لمتجه اللون: فقيمة R_g المرتفعة قد تنتج عن لون أحمر مُفرط الإشباع يلفت الانتباه لكنه غير دقيق. ولا يمكن تحويل R_f وR_a أحدهما إلى الآخر.

إلى جانب الإحداثيات اللونية وموثوقية عرض الألوان، يُخرج مقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر) ثلاث كمّيات تصف الانطباع اللوني مباشرةً.

الطول الموجي السائد λ_d

ارسم خطاً مستقيماً من نقطة البياض عبر الإحداثية اللونية ومدّده حتى محيط الطيف: يكون الطول الموجي عند نقطة التقاطع هو الطول الموجي السائد. وهو يصف الصبغة اللونية المُدرَكة ويُعدّ الكمّية الحاسمة في تصنيف الصناديق (binning) للثنائيات الباعثة للضوء الملوّنة. وهو ليس نفسه الطول الموجي الذروي λ_p المستمَدّ من فيزياء الطيف: ففي حالة الثنائي الباعث للضوء قد يختلف الاثنان بعدّة نانومترات. أمّا بالنسبة إلى الألوان الأرجوانية فلا يوجد تقاطع؛ ويُعطى بدلاً من ذلك الطول الموجي التكميلي.

التشبّع S والإشباع اللوني C*

الإشباع اللوني C* هو المسافة بين لون ما والمحور المحايد، ويُحسب في فضاء CIELAB بالصيغة C*_ab = √(a*² + b*²). أمّا التشبّع S فيربطه بالسطوع، S = C*/L*، ويصف الانطباع اللوني بمعزل عن مدى سطوع اللون.

زاوية الصبغة h

زاوية الصبغة هي الزاوية القطبية في المستوى a*b*: h_ab = arctan(b*/a*)، وتُعطى من 0 إلى 360 درجة – 0° أحمر، 90° أصفر، 180° أخضر، 270° أزرق. وهي تفصل الصبغة عن السطوع والإشباع اللوني. وبالقرب من المحور المحايد تصبح غير محدَّدة: فعند الإشباع اللوني المنخفض جداً تتذبذب بشدة دون أن يتغيّر الانطباع اللوني.

ألوان الأجسام: CIELAB وLab99 وΔE

بالنسبة إلى ألوان الأسطح، لا ألوان مصادر الضوء، يُستخدم فضاء CIELAB حيث يمثّل L* السطوع، وa* التدرّج بين الأحمر والأخضر، وb* التدرّج بين الأصفر والأزرق؛ ويتطلّب هذا الفضاء مرجعاً أبيض، وعادةً ما يكون D65 أو D50. والفرق اللوني ΔE هو المسافة بين نقطتين فيه: ΔE*_ab بالمسافة الإقليدية، وΔE00 وفقاً لمعادلة CIEDE2000 مع دوال ترجيح. أمّا فضاء DIN99 وفق المواصفة DIN 6176 فيُشوِّه فضاء CIELAB بحيث تصبح المسافة الإقليدية البسيطة ΔE99 متجانسة إدراكياً من جديد. ويجب تحديد الصيغة المُستخدمة – إذ يعطي اللونان نفسهما أرقاماً مختلفة تبعاً لذلك.

لا يمكن تحديد المقادير القياسية اللونية باستخدام مقياس إشعاع عريض النطاق. فهي تتطلّب الطيف الكامل، لأن كلاً منها يمثّل ترجيحاً مختلفاً لنفس الطيف – ولا يمكن لجهاز يُصدر رقماً واحداً أن يميّز بينها. أما الأجهزة القادرة على ذلك فيتناولها موضوع مقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر) أو مقياس الإشعاع عريض النطاق؛ ويمكن مقارنة أطياف المصابيح الشائعة في مستكشف قاعدة البيانات الطيفية.

يعرض المسرد أدناه الجزء الخاص بالمقادير القياسية اللونية من هذه المجموعة. أما المجموعات المتبقية – الإشعاعية، والضوئية، والمرجّحة – فهي متوفّرة في مسرد المقادير الضوئية الكامل.

د.-مهندس Mark Paravia هو المدير العام لشركة Opsytec Dr. Gröbel GmbH في Ettlingen ويرأس مختبر المعايرة المعتمد. وهو نائب رئيس لجنة المعايير الألمانية DIN FNL 7 «الإشعاع البصري» وعضو في مجموعة مشروع DVGW للتطهير بالأشعة فوق البنفسجية.