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 спектральным составом.

Монохроматические излучения, согласно волновой теории света, являются электромагнитными волнами, такими, 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 монохроматических излучений. Эти измерения производят через 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 прозрачными 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 цветов. Эти узкие участки позволяют разделять весь спектр на три зоны: синюю, зеленую и красную. Таким образом, спектральный состав излучений можно представить приближенно тремя зональными излучениями, которые имеют равномерное распределение энергии во всей зоне, составляющей треть спектра. Для количественного определения относительного спектрального состава излучения тремя числами, соответствующими синему, зеленому и красному излучениям, применяют цветные денситометры.

В цветных денситометрах последовательно измеряют лучистые потоки, отраженные или прошедшие через измеряемые участки изображения, а затем через синий, зеленый и красный светофильтры. Чтобы результат измерений был прямо пропорциональным изменению концентрации красящего вещества, результаты измерений выражают оптическими плотностями.

Величина оптической плотности определяется десятичным логарифмом обратного значения коэффициента отражения (или пропускания).

Коэффициент отражения—отношение лучистого потока, отраженного от цветной детали, к потоку, отраженному от эталона абсолютно белого тела (например, баритовой 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 значений состоит в том, что реакция зрительного анализатора прямо пропорциональна именно логарифмированным значениям 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 восприятия, 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 (цветное телевидение, линзо-растровые фотопленки), ко второй—способы, основанные на субтрактивном синтезе (цветная фотография на многослойных цветных пленках).

Аддитивный синтез цвета—процесс получения множества цветов смешением разноцветных излучений. На ил. 4 показаны примеры аддитивного синтеза.

Экспериментально установлено, что почти все реальные цвета можно получить смешением трех излучений: синего, зеленого и красного.

Цвета трех излучений, смешением (сложением) которых можно получить все другие, называются основными цветами аддитивного синтеза. Такими основными цветами являются синий, зеленый и красный. Каждый из них не может быть получен смешением двух других, поэтому их называют линейно независимыми. Чтобы в изображении получить возможно большее количество цветов, основные 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 насыщенных 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 теневого ряда.

При смешении синих излучений с красными получаются излучения пурпурных цветов. Красные излучения в смеси с зелеными образуют желтые цвета, которые соответствуют переходному спектральному участку между зелеными и красными излучениями. Зеленые излучения 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 синтез используют при измерениях цвета.

Одновременный цветовой синтез может быть осуществлен (как показано на ил. Л,а) с помощью трех диапроекторов, 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, смешанных в пропорции, определенной площадью разноокрашенных секторов. На ил. 4,в показан третий тип аддитивного синтеза, который осуществляется в цветном телевидении. Этот тип цветового синтеза называется пространственно-последовательным, так как синий, зеленый и красный люминофоры на экране телевизора зажигаются не одновременно, а последовательно со скоростью движения электронного пучка по строке растровой сетки экрана. Причем размеры разноцветных элементов экрана настолько малы, что мы их пространственно не различаем.