Основы светотехники

А.Б. Шашлов

Основы светотехники

Рекомендовано 
Министерством образования Российской Федерации 
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям подготовки (специальностям) 
«Технология полиграфического и упаковочного производства» 
и «Химическая технология»

Москва
ЛОГОС

2020

УДК  628.9
ББК  31.294
 
Ш32

Серия основана в 2003 году

Рецензенты

А.И. Винокур, доктор технических наук, профессор
С.И. Стефанов, кандидат технических наук, профессор
В.В. Сафонов, доктор технических наук, профессор

         Шашлов А.Б.

Ш32  
Основы светотехники: учебник для вузов / А.Б. Шашлов. – Изд. 

2-е, доп. и перераб. – М.: Логос, 2020. – 256 с. – (Новая университетская библиотека).

ISBN 978-5-98704-586-2

Даны основные представления об источниках света, оптических средах и реакциях фотоприемников на упавшее на них излучение, о теории 
цветового зрения, синтезе цвета, цветовом пространстве и колориметрических системах, а также об измерительных приборах и практическом применении цвета. Второе издание учебника, в отличие от первого (Шашлов А.Б., Уарова Р.М., Чуркин А.В. «Основы светотехники». М.: 
МГУП, 2002), исправлено и переработано в соответствии с современными данными о применении источников света в полиграфии, методах измерения цвета и системе управления цветом, что необходимо для 
практической деятельности технолога.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки (специальностям) «Технология полиграфического и упаковочного производства» и «Химическая технология». Может 
быть полезен инженерам и специалистам, работающим в смежных 
с полиграфией областях, а также широкому кругу читателей, интересующихся теорией цвета и ее прикладными аспектами.

УДК 628.9
ББК 31.294

ISBN 978-5-98704-586-2 
© Шашлов А.Б., 2020
© Логос, 2020

Оглавление

Список сокращений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
Предисловие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9

Глава 1
Общие свойства излучений и их преобразование  . . .
11

1.1. Оптическая область спектра излучения  . . . . . . . . . . . . . .
11
1.1.1. Природа и свойства излучений . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.1.2. Основные энергетические и световые 
(фотометрические) величины . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.2. Источники излучения, их типы и принципы 
классификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
1.2.1. Точечные и линейные источники излучения. 
Фотометрическое тело . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
1.2.2. Источники с различным спектральным 
распределением энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
1.3. Преобразование излучения оптическими средами . . . . . .
39
1.3.1. Общие сведения об оптических свойствах тел . . . .
39
1.3.2. Закон Бугера–Ламберта–Бэра  . . . . . . . . . . . . . . . .
41
1.3.3. Отражение света на границе двух сред . . . . . . . . . .
42
1.3.4. Рассеяние света  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44

Оглавление

Глава 2
Взаимодействие фотоприемников с излучением . . . . .
47

2.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
2.2. Светочувствительность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
2.3. Виды эффективных потоков  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
2.4. Фотофизические приемники  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
2.5. Глаз – фотобиологический приемник излучения . . . . . . .
54
2.5.1. Устройство глаза  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
2.5.2. Световая чувствительность глаза . . . . . . . . . . . . . .
58
2.5.3. Механизмы зрительного процесса. Адаптация. 
Инерция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
2.5.4. Психофизика восприятия. Закон Вебера–Фехнера 63
2.6. Фотохимические приемники излучения  . . . . . . . . . . . . .
65
2.6.1. Виды светочувствительных материалов  . . . . . . . .
65
2.6.2. Методы оценки светочувствительных материалов 
68

Глава 3
Метрология галогенсеребряных фотоматериалов  . . .
71

3.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
3.2. Строение чернобелого фотографического материала  . . .
73
3.3. Фотографическая эмульсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
3.4. Образование скрытого изображения . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
3.5. Химикофотографическая обработка
галогенсеребряных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
3.6. Характеристическая кривая: области и особые точки . . .
81
3.7. Величины, определяемые по характеристической кривой. 
Сенситометрический бланк  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
3.8. Градационные свойства объекта и изображения  . . . . . . .
86
3.9. Типы градационной передачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
3.10. Стадии градационного процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
3.11. Факторы, влияющие на форму и положение 
характеристической кривой  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
3.12. Интегральная сенситометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
3.13. Спектральная сенситометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.14. Структурометрия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.14.1. Оптические явления в слое  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.14.2. Разрешающая способность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.14.3. Зернистость и гранулярность  . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Оглавление
5

Глава 4
Основы учения о цвете: природа и психология цвета 111

4.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.2. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.1. Определение понятия цвета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.2. Спектральные цвета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.2.3. Изомерные и метамерные цвета . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2.4. Природа цветового ощущения  . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2.5. Идеализированный механизм цветовосприятия . . 118
4.2.6. Зрительный аппарат и цветное зрение . . . . . . . . . . 119
4.2.7. Основы теории цветового зрения  . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2.8. Психологические характеристики цвета . . . . . . . . 124
4.2.9. Действие сложных излучений на сетчатку глаза  . 126
4.2.10. Психофизические характеристики цвета . . . . . . . 127
4.2.11. Восприятие цвета при различных 
уровнях яркости  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.2.12. Непрямые раздражения. Расстройства цветового 
зрения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3. Синтез цвета. Методы образования цвета . . . . . . . . . . . . . 141
4.3.1. Синтез цвета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.3.2. Аддитивный синтез цвета: цвета основных 
излучений и способы их сложения . . . . . . . . . . . . . 142
4.3.3. Схема аддитивного синтеза цвета . . . . . . . . . . . . . . 144
4.3.4. Цветовое уравнение и его анализ  . . . . . . . . . . . . . . 145
4.3.5. Цветность и ее выражение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
4.3.6. Основные законы аддитивного синтеза  . . . . . . . . . 148
4.3.7. Субтрактивный синтез цвета  . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.3.8. Формы кривых поглощения идеальных 
и реальных красок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.9. Субтрактивный синтез идеальными красками 
в проходящем и отраженном свете . . . . . . . . . . . . . 153
4.3.10. Особенность автотипного синтеза  . . . . . . . . . . . . . 156

Глава 5
Представление цвета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

5.1. Общие сведения о цветовом пространстве . . . . . . . . . . . . . 159
5.2. Определение цвета как векторной величины  . . . . . . . . . . 161
5.3. Цветовой охват. Цветовое тело  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Оглавление

Глава 6
Методы измерения цвета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

6.1. Общие сведения о колориметрических системах . . . . . . . 170
6.2. Принципы измерения цвета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.3. Основы построения колориметрических систем  . . . . . . . 173
6.4. Колориметрические системы CIE  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.4.1. Колориметрическая система CIERGB  . . . . . . . . . . 174
6.4.2. Основы стандартной колориметрической 
системы CIEXYZ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.4.3. Определение качественных характеристик 
цвета по диаграмме xy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.4.4. Расчет координат цвета излучений произвольной 
мощности и несамосветящихся тел  . . . . . . . . . . . . 183
6.4.5. Стандартные излучения и источники света . . . . . . 185
6.4.6. Расчет характеристик цвета по спектральным 
кривым . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.5. Высшая метрика цвета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.6. Измерение малых цветовых различий  . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.6.1. Пороговые эллипсы и понятие о порогах 
цветоразличения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.6.2. Развитие равноконтрастных колориметрических 
систем CIE  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.6.3. Равноконтрастная система CIE76  . . . . . . . . . . . . . 196
6.6.4. Формулы CIE94 для расчета малых цветовых 
различий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.7. Системы спецификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.7.1. Визуальные методы описания цветов 
по эталонным образцам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.7.2. Принципы построения цветового пространства 
систем спецификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.7.3. Систематизация систем спецификации . . . . . . . . . 203
6.7.4. Система смешения красок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
6.7.5. Система смешения цветов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
6.7.6. Системы восприятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.7.7. Цветные шкалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Оглавление
7

Глава 7
Практические аспекты применения цвета  . . . . . . . . . . 213

7.1. Стадии процесса цветовоспроизведения . . . . . . . . . . . . . . 213
7.2. Основные принципы дубликационной теории  . . . . . . . . . 216
7.3. Приборы и методы измерения цвета . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.3.1. Условия рассматривания цветных изображений  . 217
7.3.2. Классификация способов измерения цвета  . . . . . . 219
7.3.3. Цветные денситометры, особенности измерения 
цветовых величин  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.3.4. Общая схема условий освещения и наблюдения 
в колориметрии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.3.5. Спектрофотометры, спектроколориметры, 
колориметры  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
7.4. Цветная фотография  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
7.4.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
7.4.2. Контроль качества воспроизведения цвета 
в цветной фотографии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
7.5. Цифровые методы цветовоспроизведения  . . . . . . . . . . . . 241
7.5.1. Перевод изображения из аналоговой формы 
в цифровую  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.5.2. Гибридные методы цветовоспроизведения 
в фотографии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
7.5.3. Цифровая фотография  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
7.5.4. Профилирование  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Предметный указатель  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Список сокращений

ВМЦ – высшая метрика цвета
ЕЗО – едва заметное отличие
ИК
– инфракрасное излучение
КПД – коэффициент полезного действия
МДП – металл – диэлектрик – полупроводник (сложная, полупроводниковая структура)
МКО – Международная комиссия по освещению (международная организация по стандартизации световых измерений)
ПЗС – прибор с зарядовой связью (микросхема с микрофотоэлементом)
СИД – светоизлучающий диод
СЭИ – скрытое электростатическое изображение (иногда применяется термин СИ)
УФ
– ультрафиолетовое излучение
ФД
– фотодиод
ФЭУ – фотоэлектрический умножитель
ЭДС – электродвижущая сила
ЭЛТ – электроннолучевая трубка

Посвящается отцу и учителю
доктору технических наук, профессору
 Шашлову Борису Аполлоновичу

Предисловие

В Большой советской энциклопедии дается следующее определение термина светотехника: «Светотехника, область науки и
техники, предмет которой – исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения, измерения характеристик оптического излучения и преобразования энергии света в другие виды энергии. Светотехника охватывает также вопросы конструкторской и технологической
разработки источников света, осветительных, облучательных и
светосигнальных приборов и устройств, систем управления источниками света, вопросы нормирования, проектирования, устройства и эксплуатации светотехнических установок. Кроме того,
светотехника связана с изучением воздействия естественного и
искусственного света на вещество и живые организмы. Термин
светотехника в современном широком понимании стал употребляться в научной и технической литературе с 20х гг. ХХ в.»
Предлагаемый курс «Основы светотехники» знакомит с методами и способами измерений и оценки качества полиграфической
продукции, основанными на таких дисциплинах, как физическая
и геометрическая оптика, фотометрия, фотографическая метрология, структурометрия, физиология и психология зрительного
восприятия, стандартизация измерений, психофизика.
Полиграфия – это совокупность различных технических и
технологических средств, используемых для печатного размножения текстовой и изобразительной продукции в виде книг, журналов, газет, упаковки и другой печатной продукции. Полиграфия тесно связана со светотехникой, поскольку практически в
любой репродукционной технологии, используемой полиграфическим производством, производится запись изображения с помощью оптического излучения (света). 
Дисциплина «Основы светотехники» изучает также приемники излучения, предназначенные для измерения характеристик
излучения либо фотографической их регистрации. Большое место
в современной светотехнике занимают проблемы, связанные с
синтезом, измерением и регистрацией цвета.
Знакомство с основами светотехники важно для специалистов
полиграфической технологии, особенно занимающихся оптической регистрацией информации – изготовлением фотоформ, печат

Предисловие

ных форм, цифровой печатью. Они должны знать, какие факторы
определяют качество оптической записи, как рассчитываются оптимальные режимы, какие свойства светочувствительных материалов важны для конкретного производственного процесса. Для
этого им необходимо иметь представление о физических и физикохимических закономерностях, лежащих в основе преобразования и записи оптической информации.
В настоящее время в связи с повсеместным внедрением компьютерной обработки изображений стало возможным недоступное ранее качество цветных изображений, их корректирование и
редактирование. Результаты можно видеть на экранах телевизоров и компьютеров. От полиграфии также требуется высококачественная цветная репродукция. Однако при воспроизведении на
твердых носителях (бумаге, упаковочных материалах) точная передача цветов связана с дополнительными проблемами, рассмат
риваемыми в специальных дисциплинах. Для успешного решения этих проблем необходимо знание закономерностей синтеза
цвета и закономерностей их зрительного восприятия. Важно также знакомство с колориметрическими методами измерения цветов, факторами, влияющими на точность воспроизведения цветов, и методами оценки качества цветных изображений.
Методически учебник разбит на семь глав.
В гл. 1 изложены физические основы представления об излучениях и источниках света, описаны основные законы отражения,
поглощения и пропускания оптическими средами света. В гл. 2
рассмотрено взаимодействие фотоприемников с излучением. Автор
приводит сведения о влиянии освещения и механизма адаптации
на зрение человека. Глава 3 посвящена описанию фотографических процессов, принципов работы измерительных приборов, например таких, как денситометры. В гл. 4 изложены основы природы восприятия цвета, даны понятия об аддитивном и субтрактивном синтезе цвета. В гл. 5 освещены принципы пространственного
представления цвета и возможности его преобразования. В гл. 6
рассмотрены методы измерения цвета. Даны основы стандартной
колориметрической системы CIEXYZ, основные колориметрические источники излучения и источники света. Важным является
материал о порогах цветовых различий, цветовых атласах. Заключительная гл. 7 посвящена практическим аспектам применения
цвета в технике. Приведены данные о стандартах измерения цвета,
цветной галогенсеребряной фотографии, а также материал об аналоговоцифровых преобразованиях и цифровой фотографии. 
Автор выражает благодарность коллективу кафедры за ценные
замечания по данному изданию учебника. Особая благодарность
соавторам по первому изданию Р.М. Уаровой и А.В. Чуркину.