 |
Лекция 2. Физические основы цвета
|
|
|
|
Цвет - это ощущение, возникающее в органе зрения при воздействии на него света, т.е. свет+зрение=цвет.
Свет - это электромагнитное волновое движение. Длины волн видимого цвета заключены в интервале от 380 н.м. до 760 н.м. См. рис.
380 н.м. 760 н.м.
Волны с длиной волны менее 380 н.м. - это ультрафиолет, а с длиной более 760 н.м. - это инфракрасный свет. В табл. 1 показана зависимость цвета от длины волны видимого спектра.
табл.1 В видимом спектре человеческий глаз различает 120 цветов. Эти цвета принято выделять в три группы: 1) Коротко-волновая (380-500 н.м.). Входят цвета: Фиолетовый, Сине-Фиолетовый, Синий, Голубой. 2) Средне-волновая (500-600 н.м.). Входят цвета: Зелено-Голубой, Зеленый, Желто-Зеленый, Желтый, Желто-Оранжевый, Оранжевый. 3) Длинно-волновая группа (700-760 н.м.) Входят цвета: Оранжевый, Красно-Оранжевый, Красный.
Все цвета подразделяются на: хромотические, ахромотические, полухромотические. Ахромотические - Белый, черный, и все оттенки серого. В этот спектр входят лучи всех длин волн в равной степени, причем энергия отдельных лучей составляющих эту смесь одинакова. Хромотические цвета - все спектральные и многие природные. В этот спектр входят все лучи, но есть преобладание какой-либо волны (максимум). Например, в спектре красного цвета, красные лучи (760-620 н.м.) несут большую часть энергии всего потока. Полухромотические цвета - земляные цвета, т.е. цвета смешаны с ахромотическими цветами.
Психофизические характеристики цвета: 1) Цветовой тон. Это качество цвета, которое позволяет сравнить его с одним из спектральных или пурпурным цветом (кроме хромотических) и дать ему название.
2) Светлота. Это степень отличия данного цвета от черного. Она измеряется числом порогов различия от данного цвета до черного. Чем светлее цвет, тем выше его светлота. На практике принято заменять этот понятие понятием "яркость". Яркость цвета - это коэффициент отражения (Р) равный отношению отраженного светового потока (Fотр) к падающему (Fпад) взятое в процентах: Р=(Fотр/Fпад)*100 3) Насыщенность. Это степень отличия данного хромотического цвета от равномерного по энергонасыщенности светового потока ахромотического. Измеряется тоже числом порогов различия от цвета до серого. (Так же можно сказать, что это доля пигментов в изначальном чистом цвете). Заменяется понятием чистота. Чистота - это доля чистого спектрального цвета в общей смеси данного цвета или это доля чистого пигмента в красочной смеси. Цветовой тон + Насыщенность = Цветность Ахромотические цвета не имеют цветового тона и насыщенности.
Цветовой ряд. Это последовательность цветов, у которых, по крайней мере одна характеристика общая, а другие закономерно изменяются от одного цвета к другому. Цветовые ряды имеют свои названия, в зависимости от того, какие характеристики в них изменяются. 1) Ряд убывающей чистоты и возрастающей яркости. Этот ряд делается разбеливанием, т.е. добавлением белого цвета к спектральному. 2) Ряд убывающей насыщенности (приглушение). 3) Ряд убывающей яркости и убывающей насыщенности (зачернение). 4) Ряд по цветовому тону. Это смешение двух соседних спектральных цветов (причем в пределах не более 1/4 интервала светового круга).
Температура цвета. Это его относительная теплота или холодность. Теплые: Красный, Красно-Оранжевый, Оранжевый, Желто-Оранжевый, Желтый, Желто-Зеленый.
Холодные: Голубой (Сине-Зеленый), Синий, Сине-Фиолетовый, Фиолетовый. Самый горячий: Красно-Оранжевый. Самый холодный: Голубой (Сине-Зеленый). Нейтральные (Зеленый и Пурпурный).
Цветовые круги. Принято выделять две группы цветовых кругов: физические (за основу взят 7-ступенчатый цветовой круг Ньютона) и физиологические (за основу взят цветовой круг 6-ступенчатый круг Гете).
1) Цветовой 7-ступенчатый круг Ньютона.
2) Восьмеричный круг. В XIX веке был получен Грассмоном. Он его упростил, и чтобы сделать четным вводит пурпурный цвет.
3) 10-ступенчатый круг. Американский ученый Максвел добавляет к восьмеричному кругу еще два цвета: Желто-Зеленый и Зелено-Голубой. Цвета расположенные друг против друга в этом круге являются взаимодополняемыми. В круг входят: Красный, Оранжевый, Желтый, Желто-Зеленый, Зеленый, Зелено-Голубой, Голубой, Синий, Фиолетовый, Пурпурный.
4) Круг Гете. Содержится 6 цветов: Красный, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый. В этом круге цвета, расположенные друг против друга контрастны.
5) На основе 6-ступенчатого круга был создан 12-ступенчатый, путем добавления промежуточных цветов. На рисунке можно проследить весь процесс получения 12-ступнчатого круга из трех основных цветов. В круг входят следующие цвета: Красный, Красно-Оранжевый, Оранжевый, Желто-Оранжевый, Желтый, Желто-Зеленый, Зеленый, Голубой, Синий, Сине-Фиолетовый, Фиолетовый, Пурпурный.
Смешение цветов. Существует два различных типа смешения цветов. 1) Слагательное смешение (или аддитивное). Физическая сущность этого типа смешения заключается в суммировании световых потоков (лучей) тем или иным способом. Виды слагательного смешения: - пространственное. Это совмещение в одном пространстве различно-окрашенных световых лучей (мониторы, театральные рампы). - оптическое смешение. Это образование суммарного цвета в органе зрения человека, тогда как в пространстве слагаемые цвета разделены (поинтилистическая живопись). - временное. Это особый вид смешения. Его можно наблюдать при смешивании цветов дисков, помещенных на спецприбор "вертушка" Максвела. - бинокулярное. Это эффект разноцветных очков (одна линза одного цвета, вторая - другого).
Основные цвета смешения: Красный, Зеленый. Синий. Правила слагательного смешения: * При смешении двух цветов расположенных по хорде 10-ступенчатого круга получается цвет промежуточного цветового тона. Пример: Красный + Зеленый = Желтый. * При смешении противоположных цветов в 10-ступенчатом круге получается ахромотический цвет. 2) Вычитательное смешение (или субтрактивное). Его сущность заключается в вычитании из светового потока какой-либо его части путем поглощения, например при смешении красок, при наложении полупрозрачных слоев друг на друга, при всех видах наложения или пропускания. Основное правило: всякое ахромотическое тело (краска или фильтр) отражает или пропускает лучи своего собственного цвета и поглащает цвет дополнительный к собственному. Основные цвета при вычитательном смешении: Красный, Желтый, Синий.
|
Цвет — качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом c окружающими источниками света, а также несветящимися объектами. Очень важны такие явления, как метамерия, особенности человеческого глаза и психики.
Содержание
[убрать]
|
[править] Введение
|
|
|
Субъективно воспринимаемый зрением цвет излучения зависит от его спектра, от психофизиологического состояния человека (влияют: фоновый свет/цвет, его цветовая температура; зрительная адаптация), и от специфических свойств индивидуального глаза (дальтонизм). См. также Психология восприятия цвета.
Различают ахроматические цвета (белый, серый, чёрный) и хроматические, а также спектральные и неспектральные (например, пурпурный или коричневый цвет[ источник не указан 587 дней ]).
[править] Неоднозначность понятия «цвет»
Основная статья: Психология восприятия цвета
Спектр на экране монитора (справа добавлен неспектральный пурпурный участок).
Яркость на красном, зелёном и синем прямоугольниках под спектром показывают относительную интенсивность ощущения на каждом из трёх независимых типов рецепторов человеческого зрения — колбочек.
Понятие «цвет» имеет 2 смысла: оно может относиться как к психологическому ощущению, вызванному отражением света от некого объекта (оранжевый апельсин), так и быть однозначной характеристикой самих источников света (оранжевый свет). Поэтому следует заметить, что в тех случаях, когда мы хотим дать цветовую характеристику источников света, некоторых имён цвета просто «не существует» — так, нет серого, коричневого, бурого света.
Различный спектральный состав света может давать одинаковый отклик на зрительных рецепторах (эффект метамерии цвета).
[править] Физиология восприятия цвета
Средние нормализованные спектральные характеристики чувствительности цветовых рецепторов человека — колбочек. Штриховой линией показана чувствительность палочек — рецепторов сумеречного зрения. Ось длин волн на графике имеет логарифмический масштаб
Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении и торможении цветочувствительных клеток — рецепторов глазной сетчатки человека или другого животного, колбочках. Считается (хотя на сегодняшний день так никем и не доказано), что у человека и приматов существует три вида колбочек различающихся по спектральной чувствительности — ρ (условно «красные»), γ (условно «зелёные») и β (условно «синие»), соответственно.[1] Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещённость или яркость. Наиболее богаты цветовыми рецепторами центральные части сетчатки.
Каждое цветовое ощущение у человека может быть представлено в виде суммы ощущений этих трёх цветов (т. н. «трёхкомпонентная теория цветового зрения»). Установлено, что рептилии, птицы и некоторые рыбы имеют более широкую область ощущаемого оптического излучения. Они воспринимают ближний ультрафиолет (300—380 нм), синюю, зелёную и красную часть спектра. При достижении необходимой для восприятия цвета яркости наиболее высокочувствительные рецепторы сумеречного зрения — палочки — автоматически отключаются.
|
|
|
Субъективное восприятие цвета зависит также от яркости и скорости её изменения (увеличения или уменьшения), адаптации глаза к фоновому свету (см. цветовая температура), от цвета соседних объектов, наличия дальтонизма и других объективных факторов; а также от того, к какой культуре принадлежит данный человек (способности осознания имени цвета); и от других, ситуативных, психологических моментов.
[править] Спектральные цвета
Основная статья: Спектральные цвета
[править] Непрерывный спектр
Непрерывный оптический спектр. Для мониторов с показателем Гамма-коррекции 1.5.
Непрерывный спектр цветов можно наблюдать на дифракционной решетке. Хорошей демонстрацией спектра является природное явление радуги.
[править] Цвета спектра и основные цвета
Впервые непрерывный спектр на семь цветов разбил Исаак Ньютон. Это разбиение условно и во многом случайно. Скорее всего, Ньютон находился под действием европейской нумерологии и основывался на аналогии с семью нотами в октаве (сравните: 7 металлов, 7 планет…), что и послужило причиной выделения именно семи цветов. В XX веке Освальд Вирт предложил «октавную» систему (ввел 2 зелёных — холодный, морской и тёплый, травяной), но большого распространения она не нашла.
Практика художников наглядно показывала, что очень многие цвета и оттенки можно получить смешением небольшого количества красок. Стремление натурфилософов найти «первоосновы» всего на свете, анализируя явления природы, всё разложить «на элементы», привело к выделению «основных цветов», в качестве которых не сразу выбрали красный, зелёный и синий.
Аддитивное смешение цветов
В Англии основными цветами долго считали красный, жёлтый и синий, лишь в 1860 г. Максвелл ввел аддитивную систему RGB (красный, зелёный, синий). Эта система в настоящее время доминирует в системах цветовоспроизведения для электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) мониторов и телевизоров.
В 1931 CIE разработала цветовую систему XYZ, называемую также «нормальная цветовая система».
В 1951 г. Энди Мюллер предложил субтрактивную систему CMYK (сине-зелёный, пурпурный, жёлтый, чёрный), которая имела преимущества в полиграфии и цветной фотографии, и потому быстро «прижилась».
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
| Красный | 625—740 | 480—405 | 1,68—1,98 |
| Оранжевый | 590—625 | 510—480 | 1,98—2,10 |
| Жёлтый | 565—590 | 530—510 | 2,10—2,19 |
| Зелёный | 500—565 | 600—530 | 2,19—2,48 |
| Голубой | 485—500 | 620—600 | 2,48—2,56 |
| Синий | 440—485 | 680—620 | 2,56—2,82 |
| Фиолетовый | 380—440 | 790—680 | 2,82—3,26 |
Стоит отметить, что в таблице приведены не настоящие спектральные цвета, а лишь наиболее похожие на них аналоги. Это связано с тем, что на экранах ЭЛТ, ЖК-мониторов, плазменных панелей и т. д. «настоящие» спектральные цвета воспроизвести принципиально невозможно. Дело в том, что все цвета, которые мы можем получить на этих экранах, будут являться суммой цветов всего трёх люминофоров (излучателей), используемых в этих панелях. В частности, если взять стандартное пространство цветов XYZ, и нанести на него цвета этих трёх люминофоров (излучателей), то все возможные к отображению цвета будут находиться только внутри образованного цветами люминофора треугольника. Вписать в этот треугольник пространство всех существующих цветов, к сожалению, невозможно — оно всегда будет значительно больше, и определенная часть цветов окажется невоспроизводимой монитором. А поскольку чистые спектральные цвета служат границей для области всех возможных цветов, то в первую очередь за пределами треугольника оказываются именно они. В итоге экран в лучшем случае оказывается способным отобразить лишь три чистых спектральных цвета, а чаще всего — вообще ни одного. Поэтому чистые цвета (особенно фиолетовый) лучше разглядывать в радуге или в свете солнечных лучей, пропущенных через призму.
[править] Основные и дополнительные цвета
Основная статья: Дополнительные цвета
Цветовой круг
Понятие «дополнительный цвет» было введено по аналогии с «основным цветом». Было установлено, что оптическое смешение некоторых пар цветов может давать ощущение белого цвета. Так, к триаде основных цветов Красный-Зелёный-Синий дополнительными являются Голубой-Пурпурный-Жёлтый — цвета. На цветовом круге эти цвета располагают оппозиционно, так что цвета обеих триад чередуются. В полиграфической практике в качестве основных цветов используют разные наборы «основных цветов».
[править] Мнемоника для цветов спектра и радуги
- К аждый О хотник Ж елает З нать, Г де С идит Ф азан
- К ак О днажды Ж ак- З вонарь Г оловою С шиб Ф онарь (варианты: Г оловой С ломал Ф онарь, Г ородской С ломал Ф онарь)
Чтобы вспомнить, где в радуге красный — следует читать цвета сверху, снаружи дуги радуги — и далее вниз и внутрь, то есть от красного к фиолетовому.
[править] Ахроматические цвета
Оттенки серого (в диапазоне белый — черный) носят парадоксальное название ахроматических (от греч. α- отрицательная частица + χρώμα — цвет, то есть бесцветных) цветов. Наиболее ярким ахроматическим цветом является белый, наиболее тёмным — чёрный. Можно заметить, что при максимальном снижении насыщенности тон (отношение к определённому цвету спектра) оттенка становится неразличимым.
[править] Характеристики цвета
Каждый цвет обладает количественно измеряемыми физическими характеристиками (спектральный состав, яркость):
[править] Яркость
Одинаково насыщенные оттенки, относимые к одному и тому же цвету спектра, могут отличаться друг от друга степенью яркости. К примеру, при уменьшении яркости синий цвет постепенно приближается к чёрному.
Любой цвет при максимальном снижении яркости становится чёрным.
Следует отметить, что яркость, как и прочие цветовые характеристики реального окрашенного объекта, значительно зависят от субъективных причин, обусловленных психологией восприятия. Так, к примеру синий цвет при соседстве с жёлтым кажется более ярким.[ источник не указан 587 дней ]
[править] Насыщенность
Основная статья: Насыщенность (цвет)
Два оттенка одного тона могут различаться степенью блёклости. Например, при уменьшении насыщенности синий цвет приближается к серому.
[править] Светлота
Основная статья: Светлота (цвет)
Степень близости цвета к белому[ источник не указан 587 дней ] называют светлотой.
Любой оттенок при максимальном увеличении светлоты становится белым[ источник не указан 587 дней ].
[править] Цветовой тон
Основная статья: Тон (цвет)
Цветовой тон — совокупность цветовых оттенков, сходных с одним и тем же цветом спектра. Любой хроматический цвет может быть отнесён к какому-либо определённому спектральному цвету. Оттенки, сходные с одним и тем же цветом спектра (но различающиеся, например, насыщенностью и яркостью), принадлежат к одному и тому же тону. При изменении тона, к примеру, синего цвета в зеленую сторону спектра он сменяется голубым, в обратную — фиолетовым.
Иногда изменение цветового тона соотносят с «теплотой» цвета. Так, красные, оранжевые и жёлтые оттенки, как соответствующие огню и вызывающие соответствующие психофизиологические реакции, называют тёплыми тонами, голубые, синие и фиолетовые, как цвет воды и льда — холодными. Следует учесть, что восприятие «теплоты» цвета зависит как от субъективных психических и физиологических факторов (индивидуальные предпочтения, состояние наблюдателя, адаптация и др.), так и от объективных (наличие цветового фона и др.). Следует отличать физической характеристику некоторых источников света — цветовую температуру от субъективного ощущения «теплоты» соответственного цвета. Цвет теплового излучения при повышении температуры проходит по «тёплым оттенкам» от красного через жёлтый к белому, но максимальную цветовую температуру имеет голубой цвет.
[править] Другие цвета, в том числе неспектральные
(См. более полный список цветов)
| Цвет | Изображение цвета |
| Чёрный цвет | |
| Серый цвет | |
| Серебристый цвет | |
| Белый цвет | |
| Золотистый цвет | |
| Каштановый цвет | |
| Коричневый цвет | |
| Бурый цвет | |
| Шамуа | |
| Оливковый цвет | |
| Болотный цвет | |
| Травяной цвет | |
| Аква | |
| Аквамарин | |
| Бирюзовый цвет | |
| Розовый цвет | |
| Малиновый цвет | |
| Пурпурный цвет | |
| Пунцовый цвет | |
| Алый цвет | |
| Бордовый цвет | |
| Вишнёвый цвет | |
| Шоколадный цвет | |
| Цвет слоновой кости | |
| Хаки | |
| Бежевый (беж) |
[править] Физико-химия цвета
- Хромофор
- Свет
- Электромагнитный спектр
- Спектральная плотность излучения
- Цветовая яркость
- Цветовая температура
- Теория цвета
- Батохромный сдвиг
| Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
[править] Колориметрия и воспроизведение цвета
[править] Связь цвета и спектральных цветов
Существует несколько цветовых шкал, удобных для применения в различных отраслях. Для измерения цвета используют колориметры и спектрофотометры. На практике в промышленном производстве, полиграфии используются атласы цветов.
Диаграмма цветового пространства CIE 1931. На внешней линии, ограничивающей цветовое пространство, указаны длины волн спектральных (монохроматических) цветов, в нм.
[править] Применение цветов
Цвет широко применяется, как средство для управления вниманием человека. Некоторые сочетания цветов считаются более благоприятными (например, синий + жёлтый), другие — менее приемлемыми (например, красный + зелёный). Психология восприятия цвета объясняет, почему те или иные сочетания способны сильно воздействовать на восприятие и эмоции человека.
- Искусство сочетания цветов называется колористика.
[править] Смешение и смешивание цветов
- Смешение цветов
- Колеровка
[править] Психология восприятия цвета
Основная статья: Психология восприятия цвета
- Имя цвета
- Синестезия
- Цветовая рифма
|
|
|
