Аддитивный синтез цвета
Чтобы провести аддитивный синтез, необходимо иметь красный, зеленый, синий световые пучки. Они могут быть получены либо непосредственно от источника, испускающего такие пучки, либо от обычных тепловых источников света, экранированных красным, зеленым, синим светофильтрами.
Примером источников, дающих монохроматические излучения нужных цветов, служат квантовые генераторы (лазеры), их излучение практически монохроматично. Другой пример — люминофоры монитора. Эти излучения, наоборот, занимают достаточно широкие зоны спектра.
Эффект получения нового цвета наблюдается не только сложением излучений, но и в ряде других случаев. Например, известная из курса физики и лежавшая в XIX веке в основе науки о цвете вертушка Максвелла. Это вращающийся диск, секторы которого окрашены в разные цвета. При вращении с достаточно большой скоростью наблюдатель видит новый цвет, равный сумме цветов окрашенных секторов. Сложение цветов в этом случае — результат зрительной инерции.
Второй пример, используемый в технике. Если изображение состоит из штрихов или точек, размеры которых, а также расстояния между ними — за пределами разрешающей способности глаза, то изображение имеет иной цвет, чем отдельные штрихи. Цвета штрихов складываются, что объясняется непроизвольным движением глаз, и, как следствие, происходит сложение последовательных образов.
Оба примера приведены для случая аддитивного смешения цвета.
Если используются лампы накаливания, то полосы пропускания экранирующих светофильтров должны занимать по возможности треть видимого спектра, т.е. синий — 400-500. зеленый — 500-600. красный — 600-700 нм. Это обеспечит достаточную яркость изображения при мощностях лампы порядка 100 Вт.
Основные цвета аддитивной смеси
Аддитивный синтез основан на трехзональной теории цветового зрения. Как следует из кривых основных возбуждений всегда можно выбрать три излучения, одно из которых в наибольшей степени раздражает синечувствительные рецепторы, другое — зеленочувствительные, третье — красночувствительные. Смешивая эти излучения в различных комбинациях по мощности, можно вызвать множество цветовых ощущений.
Цвета излучений, используемых для синтеза, и сами эти излучения называются основными (причем под термином «основные» подразумеваются как основные цвета, так и основные излучения).
Получение заданного цвета смешением основных излучений называют аддитивным синтезом этого цвета.
Способы аддитивного сложения цветов
Как мы уже выяснили, существует несколько способов аддитивного сложения цветов.
Во-первых, это одновременное смешение трех окрашенных пучков света на белом экране, молочном стекле, белой призме или внутри белого шара (так называемого фотометрического шара).
Во-вторых, смешение излучений с использованием такого явления, как зрительная инерция. Три модулированных по времени сигнала поочередно подаются на одно из только что рассмотренных устройств или непосредственно наблюдается цвет (например, вертушка Максвелла).
В-третьих, используется метод пространственного смешения световых пучков за счет того, что точки, линии и расстояния между ними меньше разрешающей способности глаза.
Используются также смешанные варианты описанных способов.
Схема аддитивного синтеза цвета
Рассмотрим простой вариант аддитивного синтеза цвета с использованием трех проекторов и белого экрана (рис). Основные в этой схеме получаются субтрактивно с использованием синего, зеленого и красного светофильтров, закрывающих объективы проекторов. Для дозирования основных используются оптические клинья. На экране смешиваются световые пучки, пропускаемые светофильтрами и клиньями, тем самым образуются заданные цвета. Мощности этих основных излучений подбираются таким образом, чтобы с выведенными клиньями на экране получался белый цвет (ахроматический). Такие количества основных называются единичными.
Схема аддитивного синтеза цвета
П
о
оптическим плотностям полей дозирующих
клиньев можно рассчитать количество
основных, направленных на экран. Для
этого надо пересчитать оптические
плотности в коэффициенты пропускания.
Затем, вспомнив, что коэффициент
пропускания показывает, какая часть
потока пропущена оптической средой,
судить об относительных количествах
смешанных основных.
Цветовое уравнение, его анализ
Если при помощи клиньев получить определенные соотношения основных, например 0.05 R. 0.5 G. 0.25 В. то такой цвет будет зелено-голубым, достаточно насыщенным. Эти соотношения можно записать в виде уравнения, где слева буквой Ц обозначим цвет, а справа запишем сумму световых окрашенных пучков в относительных единицах:
Ц = 0.05R + 0.5G + 0.25B.
Таким образом, для нашего конкретного случая выбора основных получим уравнение цвета. Количества основных, необходимые для аддитивного синтеза некоторого цвета, называются его цветовыми координатами, красной, зеленой, синей, и обозначаются R, G. В. Количества основных могут быть больше единицы, например, если увеличить мощность лампы с зеленым светофильтром в 10 раз.то вместо 0.5 G надо будет написать 5 G. Изменится не только написание формулы, изменится цвет, он сместится в зеленую зону.
В общем виде можно записать уравнение
Ц = RR + GG + ВВ.
Где R. G. В — основные.R. G. В — цветовые координаты этих основных, aRR. GG.ВВ — члены уравнения и называются цветовыми составляющими цвета. Это каноническая форма уравнения, т.е. порядок расположения членов уравнения всегда один и тот же: красный, зеленый, синий.
Словесно уравнение читается так: в результате сложения R. G. В единиц основных R. G. В получается цвет, тождественный цвету Ц. Цвет, записанный в виде уравнения, может быть оценен численно по цветовому тохгу и насыщенности.
Как рассматривалось в наименьший член уравнения цвета оказывает влияние на ахроматическую составляющую цвета, два других — на цветовой тон. Все три — на насыщенность. Выразим эти утверждения формулами.
Причем первое уравнение выражает насыщенный хроматический цвет, второе — ахроматический.
Еще раз напомним, что наименьшая координата определяет ахроматическую составляющую цвета, а разности координат — хроматическую. В этом случае цветовой тон можно выразить показателем цветового тона кцт:
Отношение показывает, во сколько раз преобладающая координата вносит больший вклад в ощущение цветового тона, чем средняя. Если две координаты равны и больше третьей, то цвет — дополнительный основному, определяемому наименьшей координатой. Если две координаты равны и меньше третьей, показатель цветового тона становится бесконечно большим. Это означает, что цветовой тон соответствует основному, определяемому наибольшей координатой.
Насыщенность можно выразить показателем насыщенности кн:
Из этого выражения следует, что показатель насыщенности — это доля хроматической компоненты в цвете.
Не все насыщенные цвета могут быть воспроизведены смешением излучений, взятых из спектра. Например, оранжевые, голубые, часть пурпурных и т.д. Для получения этих цветов требуются раздражения только двух видов, а, как видно, раздражения возникают и в других зонах спектра. Например, насыщенный голубой — это сине-зеленый цвет, т.е. должны быть возбуждены только синие и зеленые рецепторы. В действительности возбуждаются и красные рецепторы, цвет теряет насыщенность. Колориметристы для измерения такого цвета нашли выход. К насыщенному голубому цвету добавляют красное излучение до тех пор, пока измеряемый цвет не уравняется с синтезируемым.
Тогда уравнение примет вид
Ц + RR = GG + ВВ.
или в каноническом виде
Ц = -RR + GG + ВВ.
Это значит, что цветовое уравнение в общем случае может иметь отрицательные цветовые составляющие, а цвета — отрицательные координаты.