ПРИРОДА ЦВЕТА

 

Восприятие цвета человеком имеет как физическую, так и психо­физио­логическую, природу. Оно зависит от физических свойств света, т. е. электро­магнитной энергии, от его взаимодей­ствия с физическими веществами, а также от их интерпретации зри­тельной системой человека.

Зрительная система человека воспринимает как видимый свет электро­магнитную энергию с длинами волн от 380 до 760 нм (1 нм = 10^{-9 м).} Излучения с длинами волн от 380 до 470 нм имеют фиолетовый и синий цвет, от 470 до 500 нм — сине-зеленый, от 500 до 560 нм — зеленый, от 560 до 590 нм — желто-оранжевый, от 590 до 760 нм — красный, рис. 9.1.

Система цветового зрения человека включает два типа светочувстви­тельных фоторецепторов, расположенных на сетчатке глаза: колбочки, чув­ст­ви­­тельные к некоторому цвету, и палочки, не обладающие преиму­щест­венной чувствительностью к какому-либо цвету и играющие главную роль в создании ахроматических зрительных образов. В каждом глазу 6 … 8 млн. колбочек и 100 … 120 млн. палочек.

Рисунок 9.1 – Восприятие световых волн фоторецепторами глаза

 

Существуют три типа колбочек, пики чувствительности которых приходятся примерно на 420 нм, 534 нм и 564 нм, которые называют соответст­венно «синими», «зелеными» и «красными». Термины «красный» и «зеленый» применительно к колбочкам весьма условны, поскольку пиковые значения 534 и 564 нм лежат в желтом диапазоне. Чувствительность глаза к синему цвету существенно ниже, чем к зеленому и красному.

Суммарная чувствительность глаза максимальна при длине волны порядка 550 нм, а на краях видимого диапазона спектра она резко падает. Кривая суммарной чувствительности на рис. 0.1 называется функцией спект­раль­­ной чувствительности глаза. Это мера световой энергии или интен­сивности с учетом свойств глаза — источники излучения одинаковой интенсив­но­сти но с различным спектральным составом будут восприниматься глазом как имеющие разную яркость.

Свет воспринимается либо непосредственно от ис­точника, например элект­ри­ческой лампочки, экрана ЭЛТ, либо косвенно при от­ражении от поверхно­сти объекта или преломлении в нем.

Различают понятия яркости и светлоты. Яркость являет­ся свойством самосветящихся или излучающих объектов и определяет интенсивность излучения. Светлота — свойство несветящихся или отражаю­щих объектов отражать некоторую часть падающего на них света.

Интенсивность отраженного света удобно рассматривать в диапа­зоне от 0 до 1, где 0 соответствует черному, 1 — белому, а проме­жуточные значения — серому цвету.

Источник или объект является ахроматическим, если наблюдае­мый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно рав­ных количествах. Ахроматический источник кажется белым, а от­раженный или преломленный ахроматический свет — белым, чер­ным или серым. Белыми выглядят объекты, ахроматически отра­жающие более 80% света белого источника, а черными — менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого.

Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произволь­ных неравных количествах, то он называется хроматическим. Ес­ли длины волн сконцентрированы у верхнего края видимого спект­ра, то свет кажется красным или красноватым, т. е. доминирую­щая длина волны лежит в красной области видимого спектра. Если длины волн сконцентрированы в нижней части видимого спектра, то свет кажется синим или голубоватым, т. е. доминирующая дли­на волны лежит в синей части спектра.

Рисунок 9.2 – Хроматический и ахроматический свет

 

Однако сама по себе элек­тромагнитная энергия определенной длины волны не имеет никако­го цвета. Ощущение цвета возникает в результате преобразования физических явлений в глазу и мозге человека. Цвет объекта зависит от распределения длин волн источника света и от физических свойств объекта. Объект кажется цветным, если он отражает или пропускает свет лишь в узком диапазоне длин волн и поглощает все остальные. При взаимодействии цветов падающего и отражен­ного или пропущенного света могут получиться самые неожидан­ные результаты. Например, при отражении зеленого света от бело­го объекта, объект кажется зеленым, а если зеленым све­том освещается красный объект, то он будет черным, так как от него свет вообще не отражается.

Психофизиологическое представление света определяется цвето­вым тоном, насыщенностью и светлотой. Цветовой тон позволяет различать цвета, а насыщенность — определять степень ослабления (разбавления) данного цвета белым цветом. У чистого цвета она равна 100% и уменьшается по мере добавления белого. Насыщен­ность ахроматического цвета составляет 0%, а его светлота равна интенсивности этого света.

Физическими эквивалентами цветового тона, насыщенно­сти и светлоты являются доминирующая длина волны, чистота и яркость. Электро­магнитная энергия одной длины волны в видимом спектре дает монохроматический цвет. На рис. 0.2 изображено распределение энергии ахроматического («белого») света, хроматического света с доминирующей длиной волны 650 нм и насы­щен­ностью 50 %, и монохроматического света с такой же длиной волны.

Яркость пропорциональна энергии света и рассматривается как суммар­ная энергия волн всех длин. Графически яркость света определяется площа­дью под кривой спектрального состава, рис. 0.2. Однако субъективное ощущение яркости при восприятии света человеческим глазом зависит от его спектра­ль­ной чувствительности. Свет зеленого или желтого тона будет казаться значи­тель­но ярче, чем свет с такой же энергией, но синего тона.