Bílá – zahrnutí všech viditelných vlnových délek ve fotometrii

Bílá je základním pojmem ve vědě o barvách a praktickým standardem v osvětlování, materiálech a průmyslu. Je to barevný vjem vznikající, když jsou všechny viditelné vlnové délky (přibližně 400–700 nm) přítomny v téměř stejné energii. Ve fotometrii a kolorimetrii není bílá jediným bodem, ale oblastí definovanou kritérii chromatičnosti a jasu, přičemž její vnímání a měření jsou klíčové v oblastech od letectví po výrobu.

Co je bílá? – fyzikální a vědecká definice

Bílá vzniká, když je viditelné světlo více vlnových délek přítomno v poměrech, které rovnocenně stimulují všechny tři typy čípků (S, M, L) v lidském oku, což vyvolává vjem neutrality bez převládajícího odstínu. Fyzikálně má bílé světlo spektrální rozložení výkonu (SPD), které je v rámci viditelného spektra relativně vyvážené. Slunce v poledne je přirozenou referencí pro bílou a jeho SPD tvoří základ standardních zdrojů světla ve vědě o barvách (např. CIE D65).

Umělé zdroje (žárovky, LED, zářivky) mohou vypadat bíle, ale mají rozdílná SPD, což ovlivňuje podání barev a fotometrická měření. Materiály, které vypadají bíle, jako síran barnatý nebo lisované PTFE, odrážejí téměř veškeré viditelné světlo rovnoměrně, i když žádná reálná látka není dokonale neutrální.

Bílá je základním referenčním bodem v osvětlování, letectví a barevné kalibraci, kde zajišťuje konzistentní měření a podání barev v různých prostředích.

Spektrální rozložení výkonu (SPD) a povaha bílé

SPD světelného zdroje ukazuje relativní výkon vyzařovaný na každé vlnové délce. Dokonale bílý SPD je plochý v rámci viditelného spektra, ale praktické zdroje se liší:

• Denní světlo (CIE D65): Téměř spojité a vyvážené SPD, používané jako standard pro „přirozenou“ bílou.
• Žárovky: SPD roste s vlnovou délkou, produkují teplou bílou (více červené/oranžové).
• LED: Mohou být navrženy pro různé bílé, často s vrcholy a propady v SPD, což ovlivňuje podání barev.

SPD nejen určuje, zda světlo vypadá bíle, ale také jak podává barvy osvětlovaných objektů, zvláště těch se specifickou spektrální odrazivostí nebo fluorescencí.

Lidské vnímání: barevné vidění a vjem bílé

Lidské vidění je trichromatické. Bílá je vnímána, když všechny tři typy čípků na sítnici přijímají vyváženou stimulaci, bez ohledu na skutečné spektrální složení – tento jev se nazývá metamerie. Proto mohou různé SPD na oko působit stejně bíle.

Chromatická adaptace nám umožňuje vnímat objekty jako bílé při různém osvětlení (denní světlo, LED apod.) a stabilizuje vnímání barev v proměnlivých podmínkách. „Bod bílé“ definuje souřadnice chromatičnosti považované za bílou v daném kontextu; běžně se používá například D65.

V letectví a průmyslu definované body bílé zajišťují, že bílé osvětlení a značení jsou konzistentní a spolehlivě rozlišitelné při bezpečnostně kritických úkolech.

Barevné prostory, chromatičnost a bílá

Barevné prostory matematicky popisují všechny vnímatelné barvy. V barevném prostoru CIE 1931 (xyY) leží bílá blízko středu, v překryvu odezvy čípků. Oblast pro „přijatelnou“ bílou je definována malými rozdíly v chromatičnosti.

Standardní zdroje světla (např. D65, D50) určují referenční body bílé pro kalibraci a průmysl. Barevná teplota (CCT) popisuje odstín bílého světla, ale shodné CCT mohou skrývat rozdíly v SPD a podání barev.

Indexy bělosti doplňují chromatičnost o číselné hodnoty, které kvantifikují, jak „bílý“ materiál v daných podmínkách vypadá.

Měření bílé ve fotometrii

Fotometrie kvantifikuje viditelné světlo tak, jak ho vnímá lidské oko, pomocí veličin jako světelný tok, intenzita, osvětlení a jas – vše váženo funkcí V(λ) fotopického vidění.

Pro klasifikaci světla nebo povrchů jako „bílé“ je třeba měřit jak celkovou energii ve viditelném spektru, tak jeho spektrální složení. Souřadnice chromatičnosti musí spadat do přijatých oblastí bílé – to je zásadní například v letectví, kde světla na ranvejích a přiblížení musí splňovat rozsahy chromatičnosti ICAO.

Fotometry měří množství světla; kolorimetry a spektrofotometry hodnotí barevnou kvalitu a bělost, čímž zajišťují soulad s normami a bezpečnost.

Odrazivost, vlastnosti povrchu a vzhled bílé

Vzhled bílé závisí na spektrální odrazivosti a textuře povrchu. Ideální bílé materiály jako PTFE nebo síran barnatý odrážejí 95–99 % viditelného světla rovnoměrně a slouží jako standardy.

• Matné povrchy: Rozptylují světlo difúzně, zajišťují rovnoměrnou bělost ze všech úhlů.
• Lesklé povrchy: Odráží světlo směrově, vytvářejí odlesky nebo záři.

Fluorescenční zjasňovače mohou způsobit, že materiály vypadají „bělejší než bílá“ tím, že absorbují UV/modré světlo a opět je vyzařují ve viditelné oblasti – důležité v papíru a textilu.

Přístroje a měřicí geometrie

Přesné měření bělosti závisí na:

• Spektrofotometrech: Poskytují detailní spektrální odrazivost nebo transmitanci, nezbytné pro standardy a výzkum. Běžné geometrie: 45°:0°, d:8°.
• Tristimulusové kolorimetry: Rychlé, založené na filtrech, poskytují barevné souřadnice a indexy bělosti.
• Integrující koule: Zachycují veškeré odražené/transmitované světlo nezávisle na směru povrchu.
• Goniospektrofotometry: Měří odrazivost v závislosti na vlnové délce i úhlu, pro složité materiály.

Volba přístroje a geometrie závisí na vlastnostech materiálu a požadavcích odvětví.

Indexy bělosti: kvantifikace stupně bílé

Indexy bělosti přiřazují materiálu číselnou hodnotu bělosti za stanoveného osvětlení. Mezi běžné indexy patří:

• CIE Whiteness Index (W): Pro denní světlo (D65), vypočítaný ze souřadnic CIE XYZ. Vyšší W = větší vnímaná bělost.
• Hunter Whiteness Index: Používaný v papíru/textilu, založený na jiných souřadnicích.

Indexy závisí na osvětlení, fluorescenci a měřicí geometrii a používají se ke kontrole kvality a dodržování předpisů.

ICAO a letecké normy pro bílou

ICAO stanovuje přísné požadavky na bílé osvětlení a značení v letectví (Příloha 14). Světla na ranvejích a přibližovacích drahách musí vydávat bílou v úzkých mezích chromatičnosti pro spolehlivou rozpoznatelnost piloty a bezpečnost. Značení musí mít vysokou odrazivost a kontrast, pravidelně měřenou a udržovanou.

Národní úřady (FAA, EASA) tyto normy vymáhají a vyžadují, aby letiště měřila a dokumentovala shodu jak u osvětlení, tak u povrchového značení.

Použití bílé ve vědě, průmyslu a technologiích

• Letectví/kosmický průmysl: Bílý nátěr pro řízení teploty, viditelnost a značení; bílé osvětlení na ranvejích a pojížděcích drahách.
• Výroba: Bělost jako metrika kvality v papíru, textilu, plastech; optické zjasňovače zvyšují bělost.
• Návrh osvětlení: Výběr bílých LED/lamp pro podání barev a vzhled.
• Environmentální vědy: Albedo (odrazivost bílých povrchů) se využívá v klimatických modelech; kalibrační standardy pro dálkový průzkum Země.
• Věda o barvách: Bílé standardy pro kalibraci spektrofotometrů, kamer a zobrazovacích systémů.

Vlastnosti materiálu: bílé povrchy, fluorescence a speciální efekty

• Neutrální standardy: Vysoce čisté PTFE, síran barnatý – stabilní, plochá odrazivost, používané při kalibraci.
• Fluorescenční bílé: Optické zjasňovače absorbují UV/modrou a opět vyzařují ve viditelné oblasti, zvyšují vnímanou bělost; při měření je třeba kontrolovat UV složku v osvětlení.
• Komplexní bílé: Metalické/perleťové barvy a retroreflexní materiály vyžadují speciální měření (goniospektrofotometry).
• Translucentní bílé: Světlo rozptylují uvnitř, což ovlivňuje vzhled i měření.

Souhrnná tabulka: měřicí geometrie a volba přístrojů

Slovníček souvisejících pojmů

Additivní míchání barev: Vznik barev kombinací světla různých vlnových délek; smícháním červené, zelené a modré světla vzniká bílá.

Chromatičnost: Vlastnost barvy určená jejím odstínem a sytostí, nezávislá na jasu; reprezentovaná jako (x, y) v barevném prostoru CIE 1931.

Barevná teplota (CCT): Teplota (v kelvinech) absolutně černého tělesa, jehož barva odpovídá barvě světelného zdroje; používá se k popisu odstínu bílého světla.

Metamerie: Jev, kdy různé SPD působí při stejných podmínkách pozorování stejně barevně.

Optický zjasňovač: Chemická látka, která absorbuje UV/modré světlo a opět jej vyzařuje jako viditelné modré, čímž zvyšuje vnímanou bělost.

Spektrofotometr: Přístroj, který měří intenzitu světla v závislosti na vlnové délce, používá se pro přesnou analýzu barev a odrazivosti.

Index bělosti: Číselná hodnota vyjadřující stupeň bělosti na základě kolorimetrických měření za definovaných podmínek.

Bod bílé: Souřadnice chromatičnosti definované jako referenční bílá pro daný pozorovací, osvětlovací nebo průmyslový standard.

Bílá není jen barvou – je měřítkem přesnosti, bezpečnosti a vnímání napříč vědou i průmyslem. Porozumění jejímu měření a normám zajišťuje konzistenci a výkon, od osvětlení ranvejí po kontrolu kvality ve výrobě.