Лекц_Доска (Семичевская) / Лекция_Свет_цвет

СВЕТ И ЦВЕТ В ИЗОБРАЖЕНИЯХ

Физическая природа цвета

Видимое глазу световое излучение представляет собой электромагнитные колебания с длиной волны в пределах от 380 до 770 миллимикрометров (мкм). Оно занимает весьма малый участок в об­щем диапазоне электромагнитных коле­баний (рис.1).

В пределах спектра видимого света границы каждого цвета определяются со­ответствующими им длинами электро­магнитных волн. Чем меньше длина вол­ны светового излучения, тем больше его лучи отклоняются при преломлении от первоначального направления. Это свой­ство используется при разложении бело­го цвета на составные части пропускани­ем через стеклянную призму. Белый цвет представляет собой совокупность всех цветов спектра. Спектральные цвета на­зываются чистыми, так как они не содер­жат примеси белого цвета.

Весь спектр можно разделить по цветовым оттенкам на две части: в одну входят красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые цвета, а в другую фиолетовые, синие, голубые и зеленые. Цве­та первой группы связываются с представлением об огне и раскаленных телах и поэтому называются теплыми. Цвета второй группы, ассоциирующиеся с цве­том воды, льда, металла, называются хо­лодными.

Белый цвет и все серые цвета, до чер­ного включительно, называются ахрома­тическими. Цвет, образующий в совокуп­ности с другим цветом ахроматический (белый) цвет, называется дополнитель­ным к данному.

Любой цвет однозначно определяет­ся тремя величинами:

цветовым тоном;

чистотой цвета;

яркостью.

Цветовой тон А зависит от длины волны соответствующего светового излу­чения и выражается в миллимикрометрах (мкм).

Чистота цвета р соответствует сте­пени разбавления спектрального цвета белым цветом и выражается в процентах. Если в общем световом потоке содержится 40 % данного спектрального цвета, а остальные 60 % составляет белый цвет, то чистота цвета p = 40 %.

Чистота любого спектрального (мо­нохроматического) цвета р - 100 %, а чи­стота ахроматического р - 0 %.

Цветовой тон А и чистота цвета р в со­вокупности характеризуют качественную сторону цвета, называемую цветностъю.

Яркость В является количественной характеристикой цвета. Она определяет­ся мощностью светового потока данного цвета.

Розовый цвет при малых яркостях выглядит как вишневый, желтый – как коричневый, голубой – как синий. Лю­дой цвет, яркость которого приближает­ся к нулю, воспринимается как черный.

Если в составе данного цвета содержатся в разных количествах все без исключения монохромные цвета, то спектр

его лучистого потока представляет собой непрерывную полосу переходящих один в другой цветов, а их распределение в спектре характеризуется непрерывной кривой линией той или иной формы. Если же излучение состоит из одного или нескольких отдельных чистых цветов, то спектр представляет собой отдельные полоски соответствующих цветов.

На рисунках приведены графики распре­деления лучистого потока в спектрах прямого солнечного света и лампы накаливания, линейчатые диаграммы спектров натриевой газоразрядной лампы (в) и ртутной лампы высокого давления (г). Во всех этих графиках максимапьное значение монохроматического потока принято за 100 %, а остальные значения пропорциональны максимальному.

Цвет всех предметов, воспринимаемый глазом, зависит от спектрального состава падающего на них света и от оптических свойств вещества этих предметов.

При освещении какого-либо тела часть светового потока отражается от его поверхности, часть проходит через него, а часть поглощается его веществом. Отношения этих частей к общему световому потоку называются коэффициентами от­ражения, пропускания и поглощения света. Среди существующих материалов наибольшим коэффициентом отражения отличается окись магния (96 %), а наи­меньшим – черный бархат (0,3 %). Коэф­фициент пропускания оптического стек­ла приближается к 100 %, а у любого не­прозрачного материала он равен нулю.

В тех случаях, когда тело отражает и пропускает световой поток так, что коэф­фициенты отражения и пропускания ос­таются одинаковыми для всех длин волн, он не изменяет цветность этого потока.

тело отражает и пропускает лучи разного цвета неодинаково, изменяя цветность первичного излучения, это свойство определяется спектральными коэффициентами отражения и пропуска­ния, выраженными также в процентах. На рисунке приведены кривые спектра отражения от поверхностей 2 цвета и кривые спектрального О пропускания через различно окрашен­ные прозрачные вещества.

Кривая 1 характеризует спектраль­ное отражение свежевыпавшего снега, кривая 2 – желтой бумаги, кривая 3 ото­бражает спектральное пропускание зеле­ного светофильтра, кривая 4 – красного, а кривая 5 – синего светофильтров.

№.2. Смешение цветов

Спектр белого Солнечного излучения разнообразия существующих в природе. цвета получаются смешением между различный пропорциях смешением спектральных ахроматических цветов системе цветов зани­мают, представляющй собой результат смешения в разных пропорциях фиолетовые Пурпурный цвет отсутствует длинами штрихом Ахроматические цвета (белый и черный) смешение образуя спектральных цветов, цвет их чисто будет меньше

Образуют новый цвет. зеленый, оранжевый и голубой и фиолетовый, образуют белый цвет.

явное и субтрактивное цветов цвета могут взаимодействия трех независимыx чистых цветов, каждый может быть образован цветов. Такими основными являются красный, зеленый световые пучки на экран можно получить суммарный цвет, цветов путем сложения их компонентов называется . Красный и зеленый, получают желтый цвет, красный образуют пурпурный, а синий и наложения всех трех цвета самых При определенном сочетанием составляющих цветов самые различные способы : слияние в один цвет пленных секторов при быстром вращении диска, единое цветовое близко расположенных способ образования оптическим, потому составляющих их компонент является непосредственно Можно получить также из белого светового потока световьгх компонентов. способ получения называется субтрактивным. и компонентами, образуются при их субтрактивном пурпурный, голубой и светофильтра при наложении друг на друга на белом фоне образование цвета: пурпурный и желтый, пурпурный и голубой и желтый зеленый.

Тройное наложение таких фильтров позволяет получать любые другие цвета. При определенном сочетании яркостей света, пропускаемого фильтрами, в ре­зультате их наложения образуется чер­ный цвет.

Субтрактивное смешение цветов можно осуществлять, проецируя на эк­ран белое пятно и перекрывая световой поток разными фильтрами. Такое смеше­ние используется в витражах, при по­слойном наложении прозрачных красок, в цветной фотографии (при прохожде­нии света через различно окрашенные слои эмульсии и во многих других слу­чаях.

Количественная оценка цветов и их обозначение

Количественная оценка цветов бази­руется на аддитивном способе их получе­ния. При этом световые потоки трех ос­новных цветов (К, 3, С), образующие бе­лый цвет, называются единичными.

Простейшим цветоизмерительным прибором (колориметром) служат две плоские взаимно перпендикулярные гра­ни белой гипсовой призмы, рассматрива­емой из точки зрения, расположенной в биссекторной плоскости прямого дву­гранного угла (рис. 44.4 а). Грани призмы называются полями сравнения цветов.

Осветив одно из полей для сравнения ка­ким-либо хроматическим цветом (Ц), другое поле освещают тремя основными цветами (К, 3, С). Изменяя яркости ос­новных цветовых потоков, всегда можно добиться того, чтобы полученный в ре­зультате их сложения цвет был неотли­чим от измеряемого (Ц). В этот момент оба сравниваемые цвета имеют одинако­вые цветность (цветовой тон и чистоту цвета) и яркость.

Условие тождественности этих цве­тов выражается уравнением

Ц = к'К + з'З + с'С.

Это уравнение, называемое цвето­вым, показывает, что для получения цве­та Ц надо смешать к' единиц красного цвета К, з' единиц зеленого цвета 3 и с' единиц синего С.

Величины к', з', с' называются коэф­фициентами цвета Ц, а произведения к'К, з'З, с'С — цветовыми составляющи­ми этого цвета.

Ряд цветов состоит только из двух или даже одного основного цвета. В этих случаях соответствующие коэффициен­ты цвета в цветовом уравнении будут равны нулю.

Существуют цвета, для получения которых из двух основных цветов надо вычесть третий. В цветовом уравнении этот случай определяется отрицатель­ным цветовым коэффициентом, соответ­ствующим вычитаемому цвету. При этом для достижения цветового равенства на калориметре вместо вычитания соответ­ствующего цвета на правом поле сравне­ния (что невозможно осуществить) этот цвет добавляют к исследуемому цвету Ц на левом поле (рис. 44.4, б).

Основные единичные цвета К, 3, С являются постоянными, поэтому коэф­фициенты цвета к', з', с' полностью определяют заданный цвет и по цветности, и по яркости.

В ряде случаев удобно пользоваться не абсолютными коэффициентами цвета (к', з', с'), а их относительными значения­ми к, з, с, называемыми коэффициентами цветности. Каждый коэффициент цвет­ности представляет собой отношение данного коэффициента цвета к сумме всех трех, которая равна единице: к + з + с= 1.

В этом случае два коэффициента цветности однозначно определяют тре­тий. Такая закономерность позволяет отобразить все многообразие цветов на плоскости.

Для этого удобно использовать рав­носторонний треугольник, в вершинах которого расположены основные цвета К, 3, С (рис. 44.5, а). Алгебраическая сум­ма перпендикуляров, опущенных на сто­роны треугольника, здесь принята рав­ной единице.

Длина перпендикуляра, опущенного из произвольной точки Ц на сторону тре­угольника, противоположную вершине С, равна коэффициенту цветности (+ с). Если точка Ц расположена за пределами треугольника (рис. 44.5, б), это соответ­ствует случаю, когда цвет не может быть получен смешением основных цветов (КЗС), а один из коэффициентов цветно­сти становится отрицательным (- к).