Спектральная чувствительность глаза к яркости

Как можно увидеть из рис. 6.9, области чувствительности различных типов колбочек значительно перекрываются. Поэтому, как правило, в процессе восприятия глазом падающего на него света возбуждаются все три сорта колбочек. А посколь­ку чувствительности разных типов колбочек отличаются очень сильно, то глаз че­ловека имеет неодинаковую чувствительность к разным длинам волн. Особенно хорошо воспринимается зеленый цвет, красный — несколько слабее, а чувствитель­ность к синему цвету чрезвычайно низка. В результате отдельные цветовые со­ставляющие цветного изображения вносят разный вклад в ощущение яркости.

На практике в качестве яркостной характеристики чувствительности глаза обычно используют кривую спектральной чувствительности (рис. 6.10). Для дневного освещения ее можно получить путем суммирования приведенных на рис.6.10 спектральных составляющих трех типов колбочек с последующим нормированием полученной кривой (путем деления всех ее составляющих на максимальное значе­ние яркости). По существу этот график представляет собой не что иное, как КПД человеческого глаза. По графику можно легко оценить, какая часть попавшего в глаз света вносит наибольший вклад в формирование ощущения цвета. Так, для получения с помощью синего цвета такого же ощущения яркости, как от зеленого цвета, его реальная энергия должна быть в несколько раз выше.

 

Рис. 6.10. Кривые спектральной чувствительности глаза при различных условиях внешнего освещения: 1- в сумерках, 2 - при дневном освещении

При получении кривой спектральной чувствительности в качестве нормирующе­го коэффициента используется принятая за единицу спектральная эффективность желто-зеленого излучения с длиной волны 555 нм. Для отображения интенсивно­сти составляющей спектра используется обозначение V_ג.

При оценке яркостной чувствительности цвета следует учитывать, что свой вклад в ощущение яркости вносят как колбочки, так и палочки (рис. 6.11). А поскольку максимальная чувствительность палочек по сравнению с колбочками лежит в бо­лее коротковолновой области спектра (соответственно 500 нм против 555 нм), то именно этим фактором объясняется зависимость спектральной чувствительности от внешней освещенности.

Вклад палочек и колбочек в результирующее значение яркости определяется условиями освещенности. Так, в темноте работают только палочки. В сумерках в формировании яркостного восприятия участвуют и палочки, и кол­бочки, а при повышении уровня освещенности начинают доминировать палочки.

Рис. 6.11. Спектральная чувствительность палочек и колбочек

Это легко проверить на практике. Если вам приходилось встречать рассвет за рыбалкой на реке или озере, то вы можете вспомнить, что поначалу серый окружающий фон с восходом солнца понемногу расцвечивается в цветовые тона.

В результате проведения многочисленных психологических тестов наряду с тео­ретическими исследованиями было установлено, что для большинства людей ощу­щение яркости при восприятии цветных изображений определяется на 71,5% зе­леной составляющей, 21 % — красной и 7,2% — синей. Таким образом, если известны зеленая, синяя и красная составляющие источника цвета, то воспринимаемая на­шим глазом результирующая яркость такого источника может быть определена по формуле:

 

Яркость = 0,715160 × зеленый + 0,212671 × красный + 0,072169 × синий.

 

Существуют и другие выражения для определения яркости.

Для стандарта в области NTSC телевидения:

 

Яркость = 0,59 × зеленый + О J ×красный + 0,11 ×синий.