Введение
В настоящее время приобретает популярность использование изобразительных цветных голограмм в музейных технологиях. Голограмма представляет собой оптическую копию реального объекта и может быть использована в качестве выставочного дублера бесценного исторического артефакта. Цветные голограммы визуально не отличаются от реальных предметов и могут быть использованы в качестве высококачественных трехмерных репродукций при каталогизации произведений искусства. Появление экономичных, компактных и мощных лазеров, высокочувствительных цветных голографических регистрирующих материалов вселяет уверенность в успешном развитии этого направления в голографии. Для изобразительной голографии большой интерес представляет метод записи голограмм методом Юрия Николаевича Денисюка. Самое замечательное свойство таких голограмм – простота схемы записи и возможность восстановления голографических изображений источником белого света.
Постановка задачи
Актуальность исследования.
Практика показала, что голографические изображения объектов по цветовосприятию могут значительно отличаться от оригинала (см. рис. 1). Это связано с особенностью записи и фотохимической обработки цветной голограммы.
Сегодня не существует единой и общепринятой методики измерения цвета в голографии. Именно в этом и заключается актуальность нашего исследования.
Цель исследования – разработать и на практике проверить методику оценки параметров цветопередачи изображений, восстановленных голограммами различных типов.
Задачи исследования:
1. Разработать методику колориметрических измерений с помощью цифровой фотокамеры и оценить её эффективность.
2. Провести серию экспериментов по измерению цвета голографических изображений и сделать анализ полученных результатов.
3. Сравнить величины отклонения цветопередачи голографических изображений эталонов, записанных на голограммах различными методами.
4. Сформулировать рекомендации по использованию методики исследования.
Гипотеза исследования заключается в том, что на качество передачи цвета более всего влияет разрешающая способность и связанная с этим параметром динамическая широта фотоматериала, используемого для записи голограммы.
Выполнение исследования
Для измерения и синтеза цветовых оттенков лаборатория CIE разработала однородные цветовые шкалы — CIE L*a*b*. Хорошо сбалансированная структура цветового пространства L*a*b* основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов “красный/зеленый” – (а) и “желтый/синий” – (b), можно воспользоваться всего двумя координатами. Для описания светлости цвета была предложена третья координата (L) – (черный – белый)
Мы предлагаем использовать профессиональную цифровую фототехнику и графический редактор Adobe Photoshop в качестве доступного и достаточно точного инструмента измерения цвета. Точность измерения цветовых координат в цифровом цветовом пространстве Lab достигает 0,4%.
Современная цифровая фотокамера способна с высочайшей точностью фиксировать цвет благодаря использованию в программах управления цветовой модели CIЕ L*a*b. Для колориметрической фотосъемки использовали камеру «Canon 1100D», т.к. в аппаратах этой фирмы есть очень точно работающая функция установки цветового баланса по серому эталону.
Схема экспериментальной установки
Сравнение цветовых координат ячеек эталона. Была построена точечная диаграмма солнечного освещения и голографических изображений цветового эталона на общей диаграмме в координатах a и b цветового пространства Lab.
Степень близости между двумя цветами можно вычислить методами, используемыми в полиграфии.
С целью точного определения отклонений цветовых координат во всех экспериментах был произведен расчет отклонений вектора цветовой координаты изображений тестовых ячеек, по формуле:
Δ = ABC((ac - ai)^2+(bc- bi)^2+(Lc - Li)^2)^0,5);
где: ac, bc, Lc - цветовые координаты ячеек эталона, освещенного солнцем; Ai, bi, Li- цветовые координаты изображений ячеек эталона, освещенного блоком RGB светодиодов или светом RGB лазеров.
Анализ полученных результатов
Искажения цвета для голографических изображений можно объяснить несколькими причинами:
· Наиболее часто используемые фотографические эмульсии представляют собой взвесь светочувствительных зерен[1] (6 – 15nm), расположенных на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 13). Дискретная структура фотоэмульсий приводит к тому, что на голограмме записывается не непрерывное распределение яркости интерференционной картины, а лишь ее «отрывки». Это создает шум в виде диффузно рассеянного эмульсией света. При освещении голограммы свет рассеивается на проявленных зернах и искажает цветопередачу.[2]
[1]Bjelkhagen H.I. Silver Halide Recording Materials for Holography and Their Processing, Springer Series in Optical Sciences. NewYork, 1993.
[2]Акилов А.А., Шевцов М.К. Голография для любознательных: Книга для научных сотрудников школьного возраста. Ridero, 2017.
Для голограммы Денисюка период интерференционной картины составляет 250 нм. В этом случае для линейной передачи цветов требуется разрешение фотоэмульсии не менее 20000 лин./мм. Такими характеристиками на сегодняшний день галогенидосеребряные фотоэмульсии не обладают (максимум – 12000 для Ultimate– 04 с чувствительностью 1 мДж/см2).
Частота дифракционной картины на голограмме определяется формулой:
da=λ/2sin(θ/2)
где λ - длина волны,θ - угол между интерферирующими лучами.
· Для голограмм Лейта максимальный период дифракционной картины - 600 нм. Для линейной передачи цветов требуется разрешение порядка 4500 лин/мм. Этим требованиям удовлетворяет отечественный фотоматериал ПФГ – 03 Ц с чувствительностью 1 мДж/см2 или французский Ultimate– 08 с чувствительностью 0,1 мДж/см2.
· Цвета восстановленного изображения с голограммы Лейта оказались более точными, т.к. не зависят от так называемой усадки эмульсии, характерной для отражательных голограмм Денисюка, а только от длин волн используемых блоков RGB лазеров.
Выводы
Методика количественного измерения точности цветопередачи испытана практикующими профессионалами во время оптимизации режимов записи и фотохимической обработки цветных голограмм, оценена, как достаточно эффективный способ контроля, и будет использоваться ими в дальнейшем.
Наилучшие результаты цветопередачи в настоящем исследовании, как и предполагал автор, показали цветные голограммы Лейта благодаря достаточной для цветной голографии разрешающей способности существующих галогенидосеребряных эмульсий и отсутствию влияния усадки в процессе мокрой фотохимической обработки.
Испытания нового французского голографического панхроматического фотоматериала Ultimate – 04 с разрешающей способностью 15000 лин./мм. и чувствительностью 0,1 мДж/см2 позволили получить цветопередачу выше, чем на голограммах, записанных на фотоматериале ПФГ - 03С.
Список использованных источников и литературы
1. Акилов А.А., Шевцов М.К. Голография для любознательных: Книга для научных сотрудников школьного возраста. Ridero, 2017. 206 с.
2. Андреева О.В. Прикладная голография. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. 184 с.
3. Баклицкий В.К., Юрьев A.H. Оптическая голография. / Под ред. Г.Колфилда. - Т.1-2. M., 1982.
4. Инструменты измерения: [Электронный ресурс] // Datalife Engine. URL: http://photoshop4u.ru. (Дата обращения: 13.02.2018).
5. Комар В.Г., Серов О.Б. Изобразительная голография и голографический кинематограф. М.: Искусство, 1987.
6. Унион М. Знакомство с голографией. / Под ред. А.И.Ларкина. М.: Мир, 1980. 189 с.
7. Davis W., Ohno Y. Color quality scale. 2010.
8. Denisyuk Y.N., Protas I.R. Improved Lippmann photographic plates for recording stationary light waves. Opt. Spectrosc. (USSR). 1963.
9. Fairchild M.D. Color Appearance Models Second Edition. John Wiley & Sons. Ltd, 2005.
10. Oh J.H., Yang S.J., Sung Y.-G. Excellent color rendering indexes of multi-package white LEDs. OPTICS EXPRESS, 2012.
11. Wesly E.J. Phys.: Conf. Ser. 415 012032. 2013.