11

Поверхность непрозрачного тела, отражающая свет всех видимых излучений одинаково, воспринимается как бесцветная – белого, разных градаций серого или чёрного цвета. Такое отражение называется неизбирательным.

Поверхность непрозрачного тела, отражающая (и поглощающая) излучения с различными длинами волн неодинаково, то есть изменяющая спектральный состав падающего на него света при отражении, воспринимается как окрашенная. О степени отражения можно судить по кривой спектрального отражения, выражающей зависимость отраженной мощности излучения (или коэффициента отражения) от длины волны.

Цвет тела определяется спектральным составом отражённого от него света. Это значит, что он зависит не только от отражательной способности поверхности тела, но и от спектрального состава падающего на него излучения. Если тело освещать светом разных спектральных составов, то и отражённый свет будет неодинаков.

С хема эксперимента Юнга. Он взял три проекционных фонаря, направил их свет на белый экран так, чтобы проекции кругов частично перекрывались. В три фонаря были вставлены зелёный, красный и синий светофильтры. В середине картины, где перекрывались изображения всех трёх цветов в фотометрически равных количествах, то есть яркости каждого из трёх фонарей со светофильтрами были одинаковы, появлялся белый цвет. Наложением красного на синий получался пурпурный цвет, красного на зелёный – жёлтый цвет, а синего на зелёный – голубой. Внимание, Юнг смешивал света разного цвета, а не красители, пигменты или масляные краски.

Красный, зелёный и синий назвали первичными, или основными цветами света. Ни один из основных цветов не может быть получен смешением двух других основных.

Таким образом, цвета, с помощью которых воспроизводится цветное изображение, называются основными цветами.

ЦВЕТ – ЭТО ОЩУЩЕНИЕ, ВЫЗЫВАЕМОЕ В ГЛАЗАХ И МОЗГЕ ЧЕЛОВЕКА СВЕТОМ РАЗЛИЧНЫХ ДЛИН ВОЛН И ИНТЕНСИВНОСТЕЙ.

У человека зрительный аппарат состоит из глаза, зрительного нерва и зрительного участка коры головного мозга. Глаз играет роль приёмника световой энергии, зрительный нерв соединяет глаз с мозгом, передавая в него возбуждение нервных клеток глаза, вызванные действием света. Возбуждение мозга приводит к возникновению зрительного образа внешнего наблюдаемого предмета. Ощущение количества излучения (яркость) и качества излучения (цветность) едино и определяется как ощущение цвета.

Графики функции чувствительности для стандартного наблюдателя согласно CIE (1931 г.) в диапазоне от 380 до 780 нм

Цветовое зрение человека обусловлено наличием трёх видов рецепторов на сетчатке глаза, максимумы спектральной чувствительности которых локализованы в области 420, 534 и 564 нм, что соответствует синему, зелёному и жёлтому (хотя в литературе обычно пишут «красному») цветам. Они являются основными, или базовыми, все остальные цвета воспринимаются как их смешение в определённой пропорции. Например, чтобы получить жёлтый спектральный цвет, совсем необязательно воспроизводить его точную длину волны 570—590 нм, достаточно создать такой спектр излучения, который возбуждает рецепторы глаза сходным образом (метамерия).

Глядя на график, можно решить, что глаз имеет в синей области спектра наивысшую чувствительность. Но это совсем не так. Этот график показывает, что синечувствительные рецепторы очень чувствительны к изменению длины волны, но имеет при этом малую светочувствительность (ощущение яркости). Поэтому, чтобы перейти от функции чувствительности к относительной спектральной эффективности, надо ординаты кривых перемножить на яркостные коэффициенты. А для синей области этот коэффициент равен 0,003, для зелёной – 0,65, для красной – 1.

Цветовое ощущение определяется соотношением раздражений (или, соблюдая терминологию физиологов, возбуждений) зрительных рецепторов – колбочек трёх видов. Значения этих трёх основных возбуждений можно измерить. Таким образом, трём основным возбуждениям соответствуют вполне определённые три цвета. И наоборот.

Таблица 1. В ней приведены вычисления значений трёх основных возбуждений для излучений белого света, состоящих из трёх и двух монохроматических излучений, в которых учтены и длина волны, и интенсивность, и спектральная чувствительность КЗС-приёмника излучений – колбочек. Практически удобно пользоваться не самими основными возбуждениями (вычисления которых приведены в таблице 1), а другими тремя числами, которые связаны с основными возбуждениями вполне определёнными зависимостями. Это связано с тем, что непосредственное объективное измерение КЗС-приёмников глаза невозможно. Те кривые спектральной чувствительности глаза (см. график выше) определены косвенным опытно-расчётным путём и недостаточно точны в 1931 г. (и больше ввиду высокой трудоёмкости никогда не уточнялись).

Таблица 1. Расчёт значений основных возбуждений к’, з’, с’ сложного (белого) излучения

Спектральный состав излучений белого света				Спектральные чувствительности приёмников глаза при длинах волн монохроматических излучений			Значения основных возбуждений
Кол-во моно-хрома-тичес-ких из-лучений, входя-щих в состав сложно-го излучения	Обозначение монохро-матичес-ких излу-чений	Длины волн моно-хромати-ческих излучений, λ нм	Интенсивность, (энергетическая яркость), Вт/(ср м2)
три	R	700	464,9	0	0,0004	0,0065	0	0,19	3,02
	G	546,1	8,87	0,013	1,165	0,861	0,12	10,33	7,60
	B	435,8	6,43	1,1646	0,027	0,0062	10,58	0,17	0,04
Значения основных возбуждений к’, з’, с’ сложного излучения, равные суммам значений возбуждений монохроматических составляющих							10,7	10,7	10,7
два	жёлт.-оранж.	592	9,58	0,001	0,524	0,870	0,01	5,02	8,33
	синий	487	19,55	0,547	0,290	0,121	10,69	5,67	2,37
Значения основных возбуждений к’, з’, с’ сложного излучения, равные суммам значений возбуждений монохроматических составляющих							10,7	10,7	10,7

Цвет определяется как свойство излучения, которое оценивается по действию излучения на глаз (ощущению). Из этого следует, что в явлении цвета можно выделить три основных процесса:

физический – излучение световой энергии,

физиологический – действие этой энергии на глаз и преобразование её в энергию возбуждения нервных клеток органа зрения,

психологический – ощущение и восприятие цвета.

Свойства и характерные особенности света, попадающего в глаз, могут быть определены и выражены в величинах, не имеющих отношение к глазу. Эти измерения и понятия относятся целиком к сфере физики и определяются методами, для которых не имеет значение, виден свет или нет. Физик может определять количество и качество света объективно, не прибегая к помощи наблюдателя.

Научное исследование зрительного механизма в данных конкретных условиях – область психофизики. В настоящее время психофизика ограничена оценкой световых лучей по отношению к данным стандартного наблюдателя, полученных в нормальных условиях.

Психология цвета – исследование зависимости между цветом, рассчитанным для стандартного наблюдателя, и цветом, ощущаемым и воспринимаемым в действительности. Это определение учитывает внимание, его ощущение и отношение наблюдателя к воспринимаемому объекту, то есть те факторы, которые исключаются при психофизических расчётах.

Основными измерениями

в физике являются измерения количества энергии,

в психофизике – количественные измерения воздействия этой энергии на глаз наблюдателя,

в психологии – измерения эффективности (самого воздействия света) по отношению к другим ощущениям и восприятиям.

Излучения (объективно существующее физическое явление) вызывают ощущения определённых цветов, но сами по себе цвета не имеют. Ощущение цвета возникает в зрительном аппарате человека. Цвет не существует независимо от него и не является объективной физической величиной. Для описания цвета применимы как объективные, так и субъективные качественные и количественные оценки его основных характеристик.

Таблица 2. Термины, используемые при описании световых явлений

	Физика	Психофизика	Психология
Источник	мощность излучения, Ф, Вт	световой поток, F, лм	-
Излучение, падающее на поверхность	энергетическая яркость (интенсивность) I = ·	яркость B = ·	светлота* источника (больше, меньше, одинаково), L
	облучённость E=Ф/S, Вт/м2	освещённость E=F/S, лк	светлота поверхности
Отражённое излучение	энергетическая отражающая способность , где Ф0 – падающая мощность излучения, Фρ – отражённая мощность излучения.	световая отражающая способность где F0 – падающий световой поток, Fρ – отражённый световой поток.	светлота поверхности - видимая яркость поверхности
Пропущенное излучение	энергетическая пропускающая способность , где Ф0 – падающая мощность излучения, Фτ – пропущенная мощность излучения.	световая пропускающая способность , где F0 – падающий световой поток, Fτ – пропущенный световой поток.	светлота пропускающей свет поверхности

*светлота – световое ощущение, обозначает только зрительную оценку света реальным наблюдателем.

Цвет характеризуется в физике интенсивностью излучения и его спектральным распределением. В психофизике тремя характеристиками: количественной – яркостью, качественной – цветностью, за которую отвечает доминирующая длина волны, и как бы концентрацией цвета – чистотой цвета. В психологии зрительное ощущение цвета создаётся тремя характеристиками: светлотой, цветовым тоном и насыщенностью.

Цветность и цветовой тон определяют качество цвета. За них отвечает в объективных измерениях длина волны – для монохроматических излучений или чистых цветов, или доминирующая длина волны – для смешанных цветов. Цветовой тон – ощущение света с определённой длиной волны, он обусловлен свойствами зрительного восприятия человека, является субъективной характеристикой.

Спектральная характеристика излучения полностью определяет цвет, но наблюдаемый цвет не определяет своего спектрального состава, вызвавшего данное цветовое ощущение. Объяснение этому кроется в метамерии цветов: цвета различного спектрального состава, могут вызывать у человека одинаковое ощущение цвета.

Если на первых трёх диаграммах цветность полностью определяют длины волн излучений: в первом случае – монохроматического, во втором и третьем – смешанных, состоящих из двух монохроматических. То на четвёртой и пятой диаграмме цветность определяет доминирующая длина волны.

Яркости и светлоте в физических измерениях соответствует интенсивность излучения. Интенсивность излучения − это яркость, измеренная методами энергетической фотометрии, т.е. это объективная физическая величина, не зависящая от спектральной чувствительности глаза. Яркость – это интенсивность, определённая в видимом диапазоне спектра в соответствии со спектральной чувствительностью глаза (кривая видности), то есть – объективная (не зависящая от других параметров цвета: цветности и чистоты цвета) величина визуальной фотометрии. Её можно, как и интенсивность, измерить с помощью соответствующих приборов. Светлота, или субъективная яркость – мера светового ощущения.

Таблица 2. Терминология Комитета по колориметрии Американского оптического общества (OSA)

Физика	Психофизика	Психология
зрительный стимул	свет	зрительное ощущение	зрительное восприятие*
лучистая энергия	световая энергия	цветовое ощущение	восприятие цвета
спектральный состав	цвет
Характеристики лучистой энергии	Характеристики света и цвета	Характеристики цветового ощущения	Факторы внешнего вида, определяющие восприятие
1. Мощность излучения	1. Световой поток	1. Светлота (субъективная или визуальная яркость) - количественная характеристика цвета	1. апертура 2. источник света 3. освещённость
интенсивность (энергетическая яркость)	яркость - количественная характеристика цвета
облучённость	освещённость		Характеристики объекта
энергетическая отражающая способность	световая отражающая способность		1. поверхность 2. объём
энергетическая пропускающая способность	световая пропускающая способность		Характеристика внешнего вида
			светлота
Спектральное распределение (относительный спектральный состав, качество)	Цветность - качество цвета	Ощущение цветности	цветовой тон
			насыщенность
	2. Доминирующая (или дополнительная) длина волны) - качественная характеристика цвета	2. Цветовой тон - качественная характеристика цвета	размер
			форма
			расположение
	3. Чистота цвета** – степень приближения к монохроматическому излучению	3. Насыщенность – определяет примесь белого света в цвете	мелькание
			сверкание
			прозрачность
			глянец
			блеск

* восприятие – познавательный процесс, формирующий субъективную картину мира.

** Если обозначить яркость белого цвета B_w, а яркость хроматического цвета B_c, то чистота цвета будет вычисляться по формуле Р = B_c /(B_c+ B_w). Для чистых спектральных (монохроматических) цветов Р =1, соответственно, они являются более насыщенными. Хроматические цвета имеют чистоту цвета 0<Р<1. Ахроматические цвета являются наименее насыщенными Р=0.