Лекц_Доска (Семичевская) / Лекция_Свет_цвет
.docСВЕТ 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).