Что такое цвет
АрхивДавайте поговорим о цвете [1] и начнем с начала: что такое цвет и цветовоспроизведение [2]? В конце статьи приведен словарик, где подробно объясняются пронумерованные термины, здесь же мы дадим краткое определение некоторых ключевых понятий:
- источник света [3] - то, что создает излучение (световое) и помогает нам видеть цвет;
- приемник излучения [4] - то, что регистрирует свет и позволяет ощутить цвет;
- реакции приемника [5] - то, что показывает нам уровень воздействия света на наш глаз или устройство, его заменяющее;
- окраска [6] - те физические свойства поверхности окружающих нас предметов, благодаря которым мы ощущаем цвет.
Если мы говорим о цвете, находясь на лоне природы, то все ясно и однозначно: источник света один - солнце. Приемник излучения - наши глаза: они всегда с нами. Цвет совпадает с окраской предметов. Не понравился серый цвет дома? Побелил (изменил окраску) - дом стал белым, или же выкрасил в зеленый цвет - дом позеленел... В общем, это дело вкуса.
Как только мы попадаем в "неоновые джунгли", то есть в условия мегаполиса, наши внутренние регулировки совершенно нарушаются. Человек привык к цвету земли, воды, неба и травы - они являются памятными. В городе же нас встречает постоянная смена ярких, неестественных цветов. Спутники урбанизации: стрессы, кино, телевидение, разнотипные источники света, мониторы совершенно сбивают наши органы зрения с толку.
Пример
Красивый цвет рубашки, купленной в магазине с искусственным освещением, на солнечном свету делается отвратительным. Картинка, нарисованная на экране монитора, после вывода не принтер теряет все свои достоинства. Если эту картинку рассматривать на различных мониторах, ее цвет меняется до неузнаваемости.
В чем же дело? Чтобы в этом разобраться, надо выяснить, что такое цвет и цветовоспроизведение и как они между собой связаны.
Если вы уже заглянули в словарик, то узнали, что ощущение цвета вызывают световые излучения [7] различного спектрального состава, попавшие в наш глаз при рассматривании окрашенной поверхности предмета. Надо сразу оговориться: цветовые ощущения могут быть вызваны также ударом по голове, легким давлением на глазные яблоки, галлюцинациями вследствие болезни, отравления или приема галлюциногенов, наконец, они могут возникнуть во сне. Но мы с вами будем говорить только об ощущениях цвета, возникающих при рассматривании окрашенной поверхности.
Чтобы что-то оценить, это "что-то" надо измерить. Расстояние измеряют в метрах, время в секундах, зарплату в рублях или долларах, а в чем измерять ощущения? Наш организм обладает пятью чувствами, одним из которых является зрение. Свойства организма относятся ко всем чувствам: мы не в состоянии что-либо измерить в абсолютных величинах, зато умеем очень хорошо сравнивать со своим внутренним ощущением. Правда, сильно мешает свойство приспосабливаться к окружающей среде - адаптация.
Пример
Вода температурой 20.C в сорокаградусную жару кажется холодной, а при -40.С она же вызывает ощущение теплой, если не горячей. (Попробуйте опустить замерзшие руки в воду комнатной температуры, и вы ощутите это еще сильнее.)
Зрительной адаптацией называется способность зрения приспособиться, подстроиться к изменившимся условиям освещения и цвета окружающих предметов (цветового фона). Адаптация бывает световая, то есть зависящая от уровня освещенности, и цветовая, которая зависит от цветовой температуры источника света и цвета окружающих предметов.
Кроме адаптации есть еще одно немаловажное свойство организма, влияющее на восприятие, - инерция ощущений. Так, руку от раскаленного утюга мы отдергиваем быстро, а боль от ожога ощущаем через некоторое время. Фары ослепили сразу, в себя пришли только в больнице. (К таким экспериментам не призываем.) Под зрительной инерцией понимаются остаточные ощущения светлоты или цвета, и именно это свойство позволяет пользоваться кино, телевидением, полиграфической продукцией. Инерция связана с невозможностью моментального восстановления зрительного пигмента, распадающегося под воздействием света. Так, в кино и телевидении показывают последовательный ряд картинок в различных фазах движения с частотой выше критической частоты мелькания. Поскольку предыдущий образ еще запечатлен на сетчатке, а уже экспонируется следующий, возникает ощущение непрерывности процесса. Из-за этого же свойства отдельно расположенные узкие штрихи разных цветов сливаются вместе, их цвет в мозгу складывается. [1] Возникает ощущение нового цвета, как если бы эти две краски перемешали. За счет этого возможно, в частности, полиграфическое воспроизведение целой гаммы цветов путем растрового смешения триадных красок.
Ученые Вебер и Фехнер предложили оценивать световые и цветовые ощущения через физические величины методом пороговых приращений [8]. К физическим величинам в данном случае относятся мощность светового потока [9], яркость [10], освещенность [11].
Рис. 1.
Схема прибора для оценки световых величин методом пороговых приращений.
Эксперимент был очень прост (рис. 1). На стороны белой призмы [2] направлялось два потока света. Эти потоки можно было регулировать, например, по яркости, изменяя диафрагму, как в фотоаппарате. Наблюдатель рассматривал призму через окуляр, так что ее грани казались двумя прямоугольниками, не имеющими четкой границы. Если поля освещались по-разному, то одно, естественно, казалось светлее, а другое темнее. (Вот и еще одно понятие - светлота [12]). Наблюдатель регулировочными ручками уравнивал поля по светлоте. Затем находил, насколько больше яркость одного из полей, если оно едва заметно светлее другого. Оказалось, что в физическом измерении эта величина всегда одна и та же. Ее назвали порогом [8]. Если измерить увеличение светлот в порогах, то оно будет пропорционально десятичному логарифму увеличения яркостей (или соответствующему уменьшению другой логарифмической величины, оптических плотностей [15]).
Рис. 2.
Шкалы светлот: пропорциональная и непропорциональная.
Другими словами, при увеличении яркости освещения предмета по логарифмической шкале ощущение светлоты возрастает пропорционально (рис. 2). Правда, попутно выяснилось, что кроме очень маленьких порожков есть еще три больших порога ощущения светлоты, при переходе через которые маленькие порожки меняют свое абсолютное значение. Подробно в рассмотрение этого эффекта вдаваться не будем, но практически он используется: когда рассматривают изображение с точки зрения распределения светлот (градация [13] светлот), то говорят о "светах" (D = 0 - 0,3...0,4), "полутонах" (D = 0,3...0,4 - 0,6...0,8) и "тенях" (D = 0,6...0,8 - 1,1...1,6).
Рис. 3.
Спектральный состав источников излучения с разной цветовой температурой.
К этому моменту мы с вами узнали, что представляют собой ощущения цвета и светлоты, а также способ их измерить. Далее рассмотрим, что мы будем измерять и при помощи каких величин.
Источник света при цветовых измерениях принято характеризовать интегральной величиной - цветовой температурой (см. врезку). Она обозначается в градусах Кельвина и связана с цветом излучения: чем выше цветовая температура, тем сильнее изменяется цвет источника света от красного к фиолетовому. Если источник света искусственного происхождения, то требуется также учитывать распределение мощности излучения по спектру (рис. 3).
|
Рис. 4.
Определение отраженного и пропущенного световых потоков.
Окраска поверхности или степень ее светлоты характеризуется относительными величинами, которые зависят от того, как поверхность отражает или пропускает свет (рис. 4).
r - коэффициент отражения [14], показывает отношение отраженного светового потока к потоку падающему.
t - коэффициент пропускания [14], показывает отношение прошедшего светового потока к потоку падающему. Оба коэффициента могут изменяться от нуля до единицы.
D - оптическая плотность [15]. Оптическая плотность характеризует степень черноты. Чем плотность больше, тем чернее рассматриваемый участок изображения. Численно плотность равна десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания или отражения. Для поверхностей, отражающих свет, D обычно изменяется от нуля до двух. Для оптических сред [16], пропускающих свет, - от нуля до четырех. Нуль - самое белое или совсем прозрачное. Два и четыре - самое черное. Почему оптическая плотность является логарифмической величиной? Как отмечено выше, светлота пропорциональна логарифмическим величинам, а оптическая плотность - одна из них.
Наконец, последнее - реакция приемников излучения. Приемник - это то, что реагирует на излучение, преобразовывая его в другой вид энергии.
Пример
Вы лежите на пляже. Приемник - ваша кожа - поглощает ультрафиолетовые лучи и под их воздействием чернеет (или краснеет, как кому повезет).
Приемник характеризуется двумя величинами: чувствительностью и спектральной чувствительностью. Чувствительность - величина, обратная реакции приемника. Она относится ко всему падающему свету и показывает интегральную реакцию приемника на все падающее и поглощенное им излучение. Спектральная чувствительность - функция, показывающая реакцию на излучение дифференцированно для каждой длины волны. Обе величины приводятся в абсолютных или относительных единицах. Чем меньше требуется света, чтобы вызвать реакцию определенного уровня, тем выше чувствительность.
Спектральная чувствительность очень важна для измерения светлоты и цвета. Так, спектральная чувствительность глаза показывает, как изменяется реакция глаза на свет различной длины волны при одинаковой мощности излучения.
Чтобы приемник прореагировал на свет, он должен этот свет поглотить. Наш глаз поглощает (то есть видит) свет в диапазоне волн длиной 370-770 нм (нанометров). В этом же диапазоне в глазу находится как бы четыре приемника излучения. Сумеречное (палочковое) зрение различает только уровень светлоты при низкой освещенности. При высокой освещенности сумеречное зрение не работает, вместо этого включаются еще три приемника.
Рис. 5.
Кривые основных возбуждений(по Е. Н. Юстовой).
Каждый из приемников в основном видит только свой свет - синий, зеленый или красный, а затем эти ощущения складываются в мозгу. В других зонах спектра приемники ощущают хуже или не ощущают вообще (на рис. 5 показаны реакции приемников глаза на монохроматические излучения мощностью 1 Вт).
Рис. 6.
Зоны спектра.
При дальнейшем рассмотрении вопросов, связанных с цветом, будем говорить о том, что белый свет состоит из излучений трех основных цветов [17]: синего, зеленого и красного. Если смешать все излучения в диапазоне длин волн 400-500 нм, получится синее излучение, 500-600 нм - зеленое, 600-700 нм - красное (рис. 6). Цвет излучения или чувствительность приемника в зоне спектра можно обозначить буквами "КЗС". По тому, какое относительное количество КЗС-лучей подействовало на приемник (глаз), и будем судить о цвете.
Рис. 7.
Распределение КЗС лучей в спектре источников излучения с разной цветовой температурой.
Пример
Если на графике распределения КЗС-лучей в спектре излучателя определить площади, ограниченные кривой распределения для каждого из трех участков спектра, эти участки вырезать и каждый из трех взвесить, то окажется, что для каждой цветовой температуры соотношение "весов лучей" различное (рис. 7). Если веса окажутся одинаковыми, то источник света белый. Чем выше цветовая температура, тем больше весовое количество синих лучей, и общий цвет источника света уходит в синеву (дневной свет). Обратите внимание, что нетепловой источник света метамерен тепловому с одинаковой цветовой температурой. Хотя кривые распределения у них различны, но соотношения весов совпадают (рис. 8).
Рис. 8.
Метамерность теплового и нетеплового источника света с одинаковой цветовой температурой.
В дальнейшем, соотношение "весов лучей" будем называть относительными мощностями излучений.
Если относительное количество КЗС-лучей, подействовавших на адаптированный к источнику света глаз, равно соотношению этих же лучей у источника света (рис. 9), то возникает ощущение белого, серого или черного цветов. Это так называемые ахроматические [18], или не окрашенные, цвета (часто используется термин "серые"). Восприятие серых цветов связано со следующим адаптационным явлением: если на глаз действует излучение источника света с другим соотношением КЗС-лучей, то глаз к нему подстраивается (адаптируется) и опять видит белое - белым.
Рис. 9.
Условие восприятия ахроматического цвета.
Пример
Если вы вошли с солнечной улицы (где цветовая температура около 7000 К, цвет источника света голубой) в помещение без окон, освещаемое электрической лампой (цветовая температура около 2800 К, цвет источника света желтый), то в первый момент вы видите, что свет лампы желтый, а предметы с ахроматической окраской (например, лист белой бумаги) имеют желтый оттенок. Затем глаз привыкает, и свет и лист бумаги начинают восприниматься как белые. Произошла адаптация, глаз подстроился к новому источнику света и новому соотношению его КЗС.
Когда распределение мощности излучения, действующего на глаз, не соответствует источнику света, то цвет смещается вправо или влево по спектру [3] (рис. 10). Например, пурпурный цвет приобретает красный или фиолетовый оттенок, смотря по тому, каких лучей больше: К или С.
Рис. 10.
Смещение цвета по спектру в зависимости от распределения мощности излучения по зонам.
Если на глаз подействовали излучением одного (основного) цвета, возникает ощущение соответствующего С, З или К насыщенного [19] цвета. Если подействовали двумя излучениями, мощности которых соответствуют относительным мощностям источника света, то возникает ощущение голубого, пурпурного или желтого насыщенных цветов (в дальнейшем просто ГПЖ, или, на западный манер, CMY). Если подействовали все три излучения, то вступает в действие еще одно свойство глаза. Глаз вычитает из подействовавшего цветного излучения ахроматическую (белую, серую) составляющую источника света (рис. 11).
Рис. 11.
Действие излучений основных цветов и их смесей.
При этом насыщенность цвета уменьшается, цвет разбеливается [20].
Обратите внимание, насколько важна адаптация глаза к цветовой температуре источника света. Один и тот же поток излучения при зрении, адаптированном к 2850 К и к 8000 К, имеет разный цвет (рис. 12).
Рис. 12.
Зависимость восприятия цвета от цветовой температуры источника освещения.
Подробнее об этом мы поговорим в следующем номере.
Как вы уже поняли, цвет характеризуется светлотой, насыщенностью и цветовым тоном. Светлота говорит нам, какой цвет светлее, а какой темнее.
Пример
Ж-цвет светлее С-цвета одинаковой с ним насыщенности (рис. 13).
Рис. 13.
Цвета одинаковой насыщенности и разной светлоты.
Насыщенность показывает степень выраженности цветового тона в цветовом ощущении. Самые насыщенные цвета - спектральные. Ахроматические цвета имеют нулевую насыщенность. Цветовой тон (маляры это называют колером) обычно описывается словами, обозначающими цвета спектра, или другими бытовыми названиями цветов.
В этой статье дана основная терминология, используемая при измерении цвета. В следующей статье вы познакомитесь с основными системами измерения цвета, после чего можно будет говорить о цветовоспроизведении.
|
1 (обратно к тексту) - Более подробно об особенностях восприятия цвета человеком можно прочитать в предыдущей теме "Цвет и восп"Компьютерра", #273риятие" ().
2 (обратно к тексту) - Прозрачная призма разлагает белый свет на синие, зеленые и красные лучи или получает полный спектр цветов, а непрозрачная (обычно белая) - используется для измерения светлоты или порога цветовых различий.
3 (обратно к тексту) - Помните цвета спектра? Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан.
