Основные колориметрические характеристики цвета

 

Цветовой тон. С физической точки зрения, для монохроматического излучения цветовой тон полностью определяется длиной волны. Но цвета окружающего мира имеют более сложный спектральный состав, причем зрение воспринимает аккорд длин волн как один определенный цвет. Точно такой же по зрительному впечатлению цвет может быть получен смешением определенного монохроматического излучения с белым светом. Правда, спектральный прибор сразу обнаружит подделку.

Цветовой тон хроматического цвета - это длина волны такого монохроматического излучения, смешение которого в определенной пропорции с белым обеспечивает получение цвета, тождественного в визуальном отношении данному.

Свет с одинаковым цветовым тоном может иметь различную яркость. Яркость монохроматического луча тем больше, чем больше переносимая им энергия. Ощущение яркости зависит не только от попадающей в глаз энергии, но и от чувствительности глаза к свету данной длины волны. Например, красный луч с большей энергией будет казаться менее ярким, чем зеленый со значительно меньшей энергией. Яркость несветящейся поверхности зависит и от её отражающей способности и от количества падающей на эту поверхность световой энергии. Если яркости всех предметов в поле зрения изменить в одинаковое число раз, то глазу будет казаться, что соотношение между яркостями не изменилось. Но если относительную яркость предметов изменить непропорционально, то глаз сразу отреагирует.

Чтобы избежать проблем, вызванных особенностями зрительного восприятия, рассмотрим так называемые фотометрические величины.

Потоком энергии излучения называется энергия Q, проходящая в единицу времени t через произвольную площадку: Ф = Q/t. Поток энергии изучения измеряется объективно при помощи физических приборов в ваттах - Вт. Следует различать понятия поток энергии излучения и световой поток.

Световой поток оценивается по действию потока энергии излучения на зрительную систему человека и измеряется в люменах (лм). 1 люмен равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света 1 кандела (кд) в пределах телесного угла 1 стерадиан (ср): 1 лм = 1 кд ×1 ср. Установлено, что световому потоку в 1 лм, образованному излучением с длиной волны 555 нм соответствует поток энергии 1,46 мВт. Величина 1,46 мВт/лм называется механическим эквивалентом света. Световому потоку в 1 лм, образованному излучением с другой длиной волны соответствует поток энергии

 

, мВт,

 

где функция характеризует относительную спектральную чувствительность зрения человека.

Разберемся, почему эти два потока с похожими названиями не совпадают. Действие света на человеческий глаз зависит от его длины волны. Максимум функции приходится на длину волны 555 нм (зеленый свет). Вблизи границ видимой области глаз почти полностью теряет чувствительность, а физические приборы - нет. Прибору все равно, “какого цвета энергия”. Поэтому для перехода от потока энергии излучения к световому потоку вводят пересчетные коэффициенты. Для этого служит функция , которая принимается равной 1 при λ = 555 нм. Для других длин волн < 1. Например, = 0,5 означает, что для получения зрительного ощущения такой же интенсивности свет с длиной волны λ ₁ должен иметь величину потока энергии в 2 раза большую, чем свет с длиной волны λ = 555 нм. Для малого интервала длин волн dλ соответствующий малый световой поток dF, измеряемый по интенсивности зрительного впечатления, определяется как

 

.

 

Сила света - это отношение светового потока точечного источника к величине телесного угла Ω, в котором он распространяется:

 

.

 

Для изотропного источника , где F - полный световой поток источника. Единица силы света, кандела (кд) в системе СИ является основной 1 кд = 1 лм / ср. Ее значение принимается таким, чтобы полный излучатель при температуре затвердевания платины излучал 60 кд с каждого квадратного сантиметра своей поверхности.

Справка. Канде́ла - одна из семи основных единиц СИ, равна силе света, испускаемого в данном направлении источником монохроматического излучения частотой 540×10¹² герц (зеленый свет), сила света которого в этом направлении составляет (1/683) Вт/ср.

Освещенность Е определяют как световой поток, падающий на единицу площади поверхности

.

 

Единица освещенности - люкс: 1 лк = 1 лм/м ². Поскольку dФ_пад =JdΩ, где dΩ = dS cos α/r ², следовательно

.

 

Цвет светящихся тел характеризуют яркостью, несветящихся - светлотой, которая по смыслу приводимых ниже определений является относительной яркостью.

Яркость (В) - сила света, отнесенная к единице площади светящейся поверхности, расположенной перпендикулярно направлению света:

 

В = J/S.

 

Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м ²).

Светлота характеризует степень отличия данного цвета несветящегося тела от белого или черного. Человек способен различать до 400 серых оттенков. Вспомним, что белое отражает весь свет, а черное - весь поглощает. Серое - часть поглощает, а часть отражает. Чем больше поверхность отражает, тем она светлее. Понятие светлоты применимо и к хроматическим цветам. В этом случае под светлотой понимается наличие в цвете того или иного количества черного и белого. Количественно светлотой (L) называется отношение яркости отраженного (или пропущенного) телом светового потока, к яркости падающего на тело светового потока.

Насыщенность. У разных объектов, которые мы видим имеющими окраску, например, спектральных цветов, цветовой тон выражен очень резко, у других - едва заметно. Это качество характеризуют термином насыщенность. Насыщенностью называется степень отличия хроматического цвета от равного ему по светлоте ахроматического. Понятие насыщенности близко по смыслу к понятию чистота цвета.

Чистота (Р) показывает степень выражения цветового тона в данном цвете, иначе говоря, выражает степень разбавления спектрального света белым светом. Например, если смешать спектральный свет (λ = 500 нм) и яркостью 40 кд/м ² и белый свет с яркостью 80 кд/м ², тогда чистота Р этого цвета равна

 

≈ 0,33 = 33 %.

 

Наибольшей чистотой (100%) обладают монохроматические цвета. Ахроматические цвета обладают нулевой чистотой.

 

Теории цветового зрения

 

Трехкомпонентная теория цветового зрения. По Юнгу в каждой точке сетчатки глаза существуют по меньшей мере три структуры, чувствительные к красному, зеленому и фиолетовому цветам. Эта поразительная догадка была подтверждена экспериментально лишь в 1959 году (!). Сетчатка состоит из рецепторов четырех типов: палочек и трех видов колбочек (рис. 6.1). Палочки отвечают за способность видеть при слабом свете и не различают цвета. Палочковый пигмент родопсин содержит группу, называемую ретиненом, которая отщепляется при поглощении света. Человек не может целиком синтезировать ретинен в собственных клетках, и поэтому должен получать очень похожее вещество с пищей. Это вещество - витамин А, недостаток которого вызывает куриную слепоту, т.е. почти полную потерю способности видеть в сумерках.

Палочки отличаются от колбочек строением, формой и меньшими размерами. В палочках может содержаться только один пигмент, а в колбочках - один из трех различных пигментов, в соответствии с которыми колбочки условно называют “синие”, “зеленые” и “красные”. На самом деле (рис. 6.1), монохроматический свет с длинами волн, равными максимумам чувствительности разных колбочек будет: фиолетовым (430 нм), бирюзовым (530 нм) и желто-зеленым (560 нм). Однако терминология сложилась раньше, чем удалось исследовать колбочковые пигменты.

Увидим мы объект белым или цветным, определяется тем, какие из трех типов колбочек активизируются. На физиологическом уровне цвет - это результат неодинаковой стимуляции колбочек разного типа. Цвет с широким спектральным распределением будет стимулировать колбочки всех типов, и тогда ощущение окажется белым.

 

Четырехкомпонентная теория цветового зрения. Четырехкомпонентная теория цветового зрения долгое время представлялась оппонентной к трехкомпонентной теории. Только во второй половине 20 века выяснилось, что эти теории не исключают, а дополняют друг друга. Ибо четырехкомпонентная теория описывает процесс передачи зрительной информации уже после этапа первичного восприятия зрительными рецепторами глаза. По Эвальду Герингу (1834-1918) в системе глаз+мозг могут осуществляться четыре процесса: два для ощущения красного и зеленого, два для желтого и синего. Ощущение желтого и красного возникает в результате разложения светочувствительного вещества. Цвета зеленый и синий возникают в результате восстановления этого вещества. При смешении цветов внутри указанных пар в надлежащей пропорции, они полностью исчезают. Поэтому Геринг считал красный, желтый, синий и зеленый основными цветами.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: