Физика цвета

Физика цвета

Монохроматические излучения и спектральные цвета.
Если поток солнечного света падает на грань зеркала, то в отраженном блике мы видим множество разноцветных полос — это спектр солнечного света. С помощью узкой щели можно выделить из спектра одноцветные, т. е. монохроматические излучения. Цвета монохроматических излучений, выделенных при разложении света в спектр, называются спектральными.
Сам факт разложения пучка солнечного света на ряд монохроматических излучений указывает на то, что свет, исходящий от источника, и свет, отраженный от какого-либо несветящегося предмета, обладает сложным спек¬тральным составом.
Монохроматические излучения, согласно волновой те¬ории света, являются электромагнитными волнами, таки¬ми, как радиоволны и телевизионные волны, но со значительно меньшей длиной волны (от 400 до 720 нм).
Измерения спектрального состава лучистого потока сводятся к определению энергии составляющих его моно¬хроматических излучений. Эти измерения производят че¬рез 10 нм, а в некоторых случаях для большей точности — через 5 нм. Чаще измеряют не абсолютные значения энергии, а относительный спектральный состав излучений, отражаемых непрозрачными и пропускаемых прозрачны¬ми предметами, например светофильтрами.
Зональные излучения и цветная денситометрия. В спектре солнечного света, так же как в радуге, мы отчетливо видим сине-фиолетовую, зеленую и красную полосы и между ними сравнительно небольшие по ширине переходные участки сине-голубых и желто-красных цве¬тов. Эти узкие участки позволяют разделять весь спектр на три зоны: синюю, зеленую и красную. Таким образом, спектральный состав излучений можно представить при¬ближенно тремя зональными излучениями, которые име¬ют равномерное распределение энергии во всей зоне, составляющей треть спектра. Для количественного опре¬деления относительного спектрального состава излучения тремя числами, соответствующими синему, зеленому и красному излучениям, применяют цветные денситомет¬ры.
В цветных денситометрах последовательно измеряют лучистые потоки, отраженные или прошедшие через измеряемые участки изображения, а затем через синий, зеленый и красный светофильтры. Чтобы результат изме¬рений был прямо пропорциональным изменению концен¬трации красящего вещества, результаты измерений выра¬жают оптическими плотностями.
Величина оптической плотности определяется деся¬тичным логарифмом обратного значения коэффициента отражения (или пропускания).
Коэффициент отражения—отношение лучистого по¬тока, отраженного от цветной детали, к потоку, отражен¬ному от эталона абсолютно белого тела (например, бари¬товой пластинки).
Коэффициент пропускания прозрачного объекта — отношение лучистого потока, прошедшего через цветной участок, к потоку, не ослабленному этим участком.
При уменьшении количества отраженного света в два раза оптическая плотность уменьшается на 0,3 единицы. Одна единица оптической плотности соответствует ‘/ю отраженного света. Коэффициент отражения зеленых и красных излучений кожи лица составляет примерно 25%, что соответствует оптической плотности 0,6. Поглощение синего света кожей лица примерно в два раза больше, поэтому значение оптической плотности в синей зоне достигает 0,9.
Преимущество использования логарифмированных зна¬чений состоит в том, что реакция зрительного анализатора прямо пропорциональна именно логарифмированным зна¬чениям коэффициента отражения (или пропускания). Если значение оптической плотности возрастает в два раза, светлота уменьшается тоже приблизительно в два раза. Следовательно, денситометрические измерения за тремя светофильтрами соответствуют процессу зрительного вос¬приятия, а величина оптической плотности — изменению светлоты.
Основные циста аддитивного синтеза. Существует много способов создания цветных изображений, но все они подразделяются на две группы: к первой относятся способы, основанные на аддитивном синтезе цвета (цвет¬ное телевидение, линзо-растровые фотопленки), ко вто¬рой—способы, основанные на субтрактивном синтезе (цветная фотография на многослойных цветных пленках).
Аддитивный синтез цвета—процесс получения мно¬жества цветов смешением разноцветных излучений. На ил. 4 показаны примеры аддитивного синтеза.
Экспериментально установлено, что почти все реаль¬ные цвета можно получить смешением трех излучений: синего, зеленого и красного.
Цвета трех излучений, смешением (сложением) кото¬рых можно получить все другие, называются основными цветами аддитивного синтеза. Такими основными цвета¬ми являются синий, зеленый и красный. Каждый из них не может быть получен смешением двух других, поэтому их называют линейно независимыми. Чтобы в изображе¬нии получить возможно большее количество цветов, ос¬новные излучения синего, зеленого и красного цветов должны быть возможно более насыщенными. Наибольший цветовой охват получается при использовании в качестве основных излучений трех монохроматических. Однако практически не требуется воспроизводить цвета, близкие по насыщенности к спектральным, так как они в обычных объектах не встречаются. А для более точного воспроизведения часто встречающихся не сильно насы¬щенных цветов удобнее в качестве основных излучений аддитивного синтеза использовать менее насыщенные по цвету излучения, чем монохроматические.
Основные цвета аддитивного синтеза иногда называют первичными.
Важно запомнить, что все три основных излучения, смешанные в некоторых максимальных количествах, дают излучение белого цвета, а смешанные в пропорционально уменьшенных количествах—серые цвета основного тене¬вого ряда.
При смешении синих излучений с красными получают¬ся излучения пурпурных цветов. Красные излучения в смеси с зелеными образуют желтые цвета, которые соответствуют переходному спектральному участку меж¬ду зелеными и красными излучениями. Зеленые излуче¬ния в смеси с синим дают голубые (сине-зеленые) цвета, которые располагаются в переходном участке между зелеными и синими зональными излучениями.
В заключение заметим, что аддитивный синтез может быть одновременным, когда все три основных излучения одновременно накладываются одно на другое: такой син¬тез используют при измерениях цвета.
Одновременный цветовой синтез может быть осуще¬ствлен (как показано на ил. Л,а) с помощью трех диапро¬екторов, перед которыми установлены светофильтры: синий, зеленый, красный. Последовательный аддитивный синтез осуществляют с помощью вертушки (см. ил. 4,6), различные по площади секторы которой окрашены в основные цвета. При быстром вращении такой вертушки мы видим цвет «суммы» трех основных излучений, сме-шанных в пропорции, определенной площадью разноокра¬шенных секторов. На ил. 4,в показан третий тип аддитив¬ного синтеза, который осуществляется в цветном телеви¬дении. Этот тип цветового синтеза называется прос¬транственно-последовательным, так как синий, зеленый и красный люминофоры на экране телевизора зажигаются не одновременно, а последовательно со скоростью движе¬ния электронного пучка по строке растровой сетки экрана. Причем размеры разноцветных элементов экрана настоль¬ко малы, что мы их пространственно не различаем.
Основные цвета субтрактивного синтеза. Субтрактивный способ получения цветов известен каждому. Смешивая краски в разных пропорциях и разводя их водой, можно получить всевозможные цвета.