1.2.Кольори прості, складні, основні, похідні, взаємодоповнюючі
Випромінювання, довжина хвиль яких укладається в межах 10 нм, називають монохроматичними (простими). Їх не можна одержати змішанням різноманітних кольорів.
Кольори, одержувані при змішанні випромінювань із різноманітними довжинами хвиль, називаються складними. Наприклад, складний пурпурний колір утворюється змішанням синього і червоного кольорів у визначених співвідношеннях.
Три кольори (синій, зелений і червоний), до яких чутливі фоторецептори ока, що сприймають колір, називаються основними, або первинними (див. іл.1). Відповідно до трьохкольорової теорії зору, усе різноманіття кольорів у природі обумовлено змішанням у різноманітних пропорціях синього, зеленого і червоного. Отже, усі кольори в природі є похідними основних кольорів. При додаванні трьох основних кольорів у визначеному співвідношенні можна одержати відчуття білого кольору. Білий колір можна одержати і додаванням двох кольорів, наприклад синього і жовтого. Два кольори, що у сумі дають білий колір, називаються взаємодоповнюючими, або просто додатковими.
Використовують три пари додаткових кольорів:
синій - жовтий («мінус синій»)
зелений - пурпурний («мінус зелений»)
червоний - блакитний («мінус червоний»)
1.3. Методи одержання кольору
Відомі два методи одержання кольору: адитивний (додавальний) і субтрактивний (від’ємний).
Адитивний метод
Адитивним (от англ. addition – додавання) називається метод одержання кольору, заснований на утворенні кольору шляхом оптичного додавання двох або декількох кольорових потоків.
При змішанні усіх трьох основних кольорів у рівних кількостях одержують білий, червоного і зеленого - жовтий, червоного і синього - пурпурний, зеленого і синього - блакитний. Регулюючи інтенсивність пучків світла, можна одержати усі кольори і колірні відтінки.
Результуючий колір, утворений при оптичному змішанні кольорів, приблизно зручно визначати за допомогою колірного кола. Розглянемо колірне коло Ньютона, по окружності якого розташовано точки, що відповідають таким кольорам: Ч - червоному, О - оранжевому, Ж - жовтому, З - зеленому, Б - блакитному, С - синьому, Ф - фіолетовому, а також П - пурпурному кольору.
Рис.2. Колірне коло Ньютона
При оптичному змішенні різних кольорів за цим колом можна судити про колірний тон і чистоту результуючого кольору. Центр кола А – це точка ахроматичного (білого) кольору. Чим далі точка результуючого кольору розташована від точки А, тим більшу чистоту він має. Точки, що розташовані на радіусах колірного кола, мають однаковий колірний тон.
Для визначення місцеположення точки результуючого кольору на колі необхідно з'єднати точки змішуваних кольорів, а потім отриманий відрізок розділити пропорційно кількостям змішуваних кольорів. При цьому частку кожного кольору на відрізку слід відкладати від протилежного кінця (наприклад, якщо змішуються червоні і жовті кольори, то частку червоного необхідно відмірювати від крапки, відповідної жовтому кольору, і навпаки). Щоб оцінити колірний тон, з точки А через точку результуючого кольору проводять лінію до перетину із зовнішнім колом. Місце перетину і буде колірним тоном отриманого змішаного випромінювання.
Колірне коло використовують як для випадку змішання монохроматичних випромінювань, так і змішання випромінювань із складним спектральним складом.
Припустимо, що змішують червоний і зелений кольори, позначені на рис.2 точками 1 і 2. При рівних яскравостях цих кольорів точка, що характеризує результуючий колір (точка 3), буде лежати на середині прямої 1-2. Провівши з центру кола пряму через точку 3, знайдемо, що результуючий колір буде жовто-оранжевий. Жовто-оранжевий колір може бути отриманий і з іншої пари кольорів, як-то з червоно-оранжевого (точка 4) і жовто-зеленого (точка 5), узятих у рівних співвідношеннях.
Результуючий колір у цьому випадку буде характеризуватися точкою 6. Незважаючи на те що в обох випадках утворюється той самий по колірному тону колір – колір, який відповідає колірному тону спектрального коліру 7, ці кольори будуть відрізнятися друг від друга по чистоті. Колір 6 чистіше за колір 3, оскільки лежить на хорді, розташованій далі від центру кола.
Узявши, червоний і зелений кольори в різноманітних співвідношеннях, можна одержати із них червоно-оранжеві, оранжеві, жовті і жовто-зелені кольори, тобто усі кольори, розташовані на окружності між червоним і зеленим. Якщо змішувати зелений із синім, будуть утворюватися блакитні кольори, а при змішання синього з червоним утворюють фіолетові і пурпурні кольори.
Проте не завжди при змішанні двох кольорів будуть утворюватися хроматичні кольори. Оптичне змішання додаткових кольорів призводить до одержання ахроматичних кольорів. Так при змішанні червоного і блакитного при співвідношенні їхніх яскравостей 1:1 точка результуючого кольору опиняється у центрі кола, із цього випливає що колір, що утворюється, буде ахроматичний. Ахроматичні кольори утворюються і при змішанні у визначених співвідношеннях багатьох інших пар кольорів, наприклад оранжевого і синього, жовтого і фіолетового. Якщо необхідні співвідношення яскравостей не дотримуються, при змішанні додаткових кольорів утворюється хроматичний колір, що є сумішшю ахроматичного і хроматичного, що узятий у надлишку.
Слід зазначити, що, оскільки колірне коло є найпростішою графічною формою, що ілюструє закономірності оптичного змішання кольорів, зазначені пари додаткових кольорів варто приймати як наближені. Це стосується і співвідношень яскравостей кольорів, при яких вони утворять ахроматичні кольори.
Більш точне значення колірного тону додаткових пар кольорів може бути знайдене за допомогою колірного графіка Міжнародної комісії з освітлення – графіка МКО (див. іл.2).
В результаті вищевикладеного сформульовано основні положення оптичного змішування кольорів:
Кожному хроматичному кольору відповідає інший хроматичний, що при змішанні з ним у визначеній пропорції дає ахроматичний колір. Такі два кольори називаються додатковими.
При змішанні додаткових кольорів не в тій пропорції, що необхідна для одержання ахроматичного кольору, утворюється хроматичний колір того ж колірного тону, що і колір, узятий у надлишковій кількості.
При змішання не додаткових кольорів утворюються кольори, проміжні по колірному тону між змішаними. При цьому чим ближче змішані кольори друг до друга по колірному тону, тим вище чистота кольору, що утвориться.
За основні кольори адитивного синтезу прийнято червоний, зелений і синій.
У результаті вивчення оптичного змішання кольорів німецьким математиком Грассманом сформульовані такі три закони:
Перший закон: Кожний колір може бути виражений через три лінійно незалежних кольори, а кількість тріад лінійно незалежних кольорів нескінченно велика.
Лінійно незалежними кольорами називаються три кольори, кожний із яких не може бути отриманий змішанням двох інших.
Якщо прийняти в якості лінійно незалежних кольорів червоний, зелений і синій, перший закон оптичного змішання можна записати у виді такого колірного рівняння:
де F - довільний колір;
Ч, З, С - випромінювання червоного, зеленого, синього кольорів;
ч, з, с - множники, що показують кількість змішаних випромінювань;
Ч, З, С - забезпечують одержання кольору, тотожного по візуальному сприйняттю кольору F.
Другий закон: Безперервній зміні випромінювання відповідає також безперервна зміна кольору. Так, у випадку змішання випромінювань червоного і зеленого кольорів при поступовій зміні співвідношення їхніх потужностей буде спостерігатися безперервна зміна кольору.
Третій закон: Колір суміші залежить тільки від компонентів, що змішуються і не залежить від спектральних складів.
Закони оптичного змішання кольорів є основами колориметрії.
Субтрактивний метод
Сутність субтрактивного методу одержання кольору складається в тому, що будь-який колір утворюється при поглинанні з пучка білого світла визначених променів за допомогою світлофільтрів. До субтрактивних світлофільтрів відносяться кольори: жовтий, пурпурний і блакитний. Утворення кольору субтрактивним методом при використання ідеальних барвників наведено на рис.3.
Рис.3. Схема утворення кольору субтрактивним методом при використанні ідеальних барвників
При проходженні пучка білого світла через жовтий і пурпурний світофільтри утвориться червоний колір, тому що жовтий світофільтр (зелений + червоний) поглине з пучка білого світла сині промені і пропустить зелені і червоні. Пурпурний світофільтр (синій + червоний) поглине зелені і пропустить червоні. Аналогічно при проходженні білого світла через жовтий і блакитний світофільтри утвориться зелений колір, тому що жовтий поглине сині, а блакитний - червоні промені. При проходженні білого світла через пурпурний і блакитний світлофільтри утвориться синій колір, пурпурний поглине зелені, а блакитний - червоні промені. Якщо на шляху пучка білого світла поставити всі три світофільтри, то світло не пройде, тому що жовтий світофільтр поглине сині, пурпурний - зелені, а блакитний - червоні промені і результуючий колір буде чорний. Регулюючи щільності світлофільтрів, можна одержати різноманітні кольори або колірні відтінки.
При використанні не ідеальних, а реальних барвників, спектри пропускання яких характеризуються відсутністю повного поглинання і пропускання в будь якій із зон спектра, палітра одержуваних кольорів звужується.