Особенности восприятия цвета в разных условиях

Если представить себе лимон и кусок ткани хаки того же оттенка, то насыщенность цвета лимона,  гораздо больше. Насыщенность характеризует чистоту, т.е. степень ослабления (разбавления) данного цвета белым светом, и позволяет отличать розовый цвет от красного, изумрудный от ярко-зеленого и т. д. Другими словами, по насыщенности судят о том, насколько мягким или резким кажется цвет.

Характеристики  цветового тона и насыщенности часто  объединяются вместе и называются цветностью, которая может служить качественной характеристикой восприятия цвета.

 

Яркость (характеристика)

 

Два одинаковых цветовых тона могут отличаться друг от друга не только насыщенностью, но и яркостью (силой) их излучений, что при характеристике свойств несамосветящихся объектов принято характеризовать понятием светлоты цвета. Если насыщенность цвета можно интерпретировать как соотношение чистого цвета и добавленного к нему белого, то светлоту можно интерпретировать как соотношение чистого цвета и добавленного к нему черного. По мере увеличения силы (яркости) светового излучения цвет принимает различные цветовые оттенки от черного до белого. Светлота напрямую связана с насыщенностью цвета, поскольку изменение яркости цвета часто ведет к изменению его насыщенности.

Если цветность  может использоваться как качественная характеристика цвета, то светлота может использоваться как количественная оценка цвета.

Яркость отражает представление об интенсивности, как о факторе, не зависящем от цветового тона и насыщенности.

Лимон, например, может иметь  более яркий желтый цвет, чем грейпфрут. Как же цвет лимона отличается от цвета хорошего красного вина? Цвет лимона ярче. Таким образом, понятие яркости может использоваться для сравнения цветов различных оттенков.

 

 

 

 

 

 

 

При оценке цвета  по яркости, а, следовательно, и по светлоте, необходимо помнить, что вклад в ощущение светлоты вносят как палочки, так и колбочки. При этом мощность излучений разного цвета, вызывающих одинаковое световое ощущение, изменяется в широких пределах.

Три рассмотренные  характеристики цвета, а именно цветовой тон, насыщенность и светлоту, часто располагают в виде трехмерного графика, на котором значение светлоты служит опорной осью, вдоль которой цвета располагаются от черного до белого, насыщенность изменяется по радиальной координате по мере удаления цвета от центра графика, а цветовой тон характеризуется угловой координатой.

Если  вычертить  этот график на плоскости, убрав координату светлоты и оставив только цветовой тон либо цветовой тон и насыщенность (цветность), то получим построение, которое принято именовать цветовым кругом (рис. 3.2), представляющим собой окружность, вдоль которой располагаются цветовые тона от красного до пурпурного. Каждый цвет в цветовом круге имеет численную координату, выраженную в градусах от 0° до 360°. Красный цвет начинает и замыкает цветовой круг, соответствуя точке 0° (360°). Оранжевому соответствует координата 40°, желтому — 60°, зеленому — 120°, голубому — 180°, синему — 240°, пурпурному — 300°. Все эти цвета, за исключением оранжевого, который является смесью красного и желтого, оказывается расположенными на цветовом круге на равном интервале друг от друга 60°.

Рис. 3.2. Цветовой круг

Цвета, находящиеся  в цветовом круге друг напротив друга, называются дополнительными цветами. Например, красный и голубой, зеленый и пурпурный, синий и желтый и т.д.

3.3 Метамерия   и метамерные цвета

 

Для понимания  цветовосприятия необходимо знать  о таком свойстве нашего зрения как  метамерия. Не все цвета радуги «независимы» друг от друга.

Поскольку спектральная чувствительность человеческого глаза  неравномерна по всей области спектра, при ощущении цвета могут возникать  явления, когда два разных цвета, имеющих разные спектральные распределения, будут нам казаться одинаковыми за счет того, что вызывают одинаковое возбуждение глазных рецепторов. Например, если на сетчатку глаза одновременно попадают красный и зеленый лучи, то мы увидим один луч, причем желтого цвета и глаз не заметит подмены (опыт можно проделать при помощи двух проекторов, пересекая на белом экране лучи, пропущенные через те или иные цветные стеклышки). Такие цвета называются метамерными, а описанное явление — метамерией.

Метамерия —  свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета. Она часто наблюдается, когда та или иная окрашенная поверхность рассматривается нами при разных источниках освещения, свет которых, взаимодействуя с поверхностью, изменяет спектр ее цвета. В этом случае, например, белая ткань может при дневном свете выглядеть белой, а при искусственном освещении менять свой оттенок. Либо два предмета, имеющие разные спектры отражения, и, соответственно, которые должны иметь разный цвет, на самом деле воспринимается нами одинаковыми, поскольку вызывают однозначное возбуждение трех цветоощущающих центров глаза. Причем, если мы попытаемся воспроизвести цвет этих предметов, скажем, на фотопленке, использующей отличный от зрительного аппарата человека механизм регистрации изображения, эти два предмета, скорее всего, окажутся имеющими различную окраску.

Метамерия цвета  увеличивается с уменьшением  его насыщенности, т. е. чем менее  насыщен цвет, тем большим числом комбинаций смесей излучений разного  спектрального состава он может быть получен. Для белых цветов характерна наибольшая метамерия. Физиологически метамерия зрения основана на строении периферического отдела зрительного анализатора. Человеческое зрение является трехстимульным анализатором. Если сравниваемые потоки излучения с разным спектральным составом производят на колбочки одинаковое действие, то цвета воспринимаются как одинаковые.

 

4. Смешение цветов.

 

4.1 Основные  цвета

 

При проведении своего знаменитого опыта по разложению солнечного света в спектр Ньютон сделал очень важное наблюдение: несмотря на то, что спектральные цвета плавно переходили друг в друга, пробегая целую массу всевозможных цветовых оттенков, фактически все это многообразие цветов оказалось возможным свести к семи цветам, которые были названы им первичными: красному, желтому, оранжевому, желтому, зеленому, голубому, синему и фиолетовому. Впоследствии различными исследователями было показано, что число этих цветов можно сократить до трех, а именно до красного, зеленого и синего.

Первыми учёными, разработавшими теорию о том, что любой цвет можно получить смешением трёх основных, были англичанин Томас Юнг и немец Герман фон Гельмгольц. Действительно, желтый и оранжевый есть комбинация зеленого и красного, голубой — зеленого и синего. Тоже самое касается всех остальных цветовых тонов, которые могут быть получены комбинацией красного, зеленого и синего цветов, названных поэтому основными цветами.

Юнг и Гемгольц, занимавшиеся исследованиями цветового  зрения, предположили, что подобные явления объясняются наличием в аппарате человеческого зрения трех цветочувствительных анализаторов, каждый из которых ответственен за восприятие красного, зеленого и синего световых излучений, попадающих в глаз. Позже это предположение получило достаточно веские научные подтверждения и легло в основу трехкомпонентной теории цветового зрения, которая объясняет феномен видения цвета существованием в глазу человека трех типов цветоощущающих клеток, чувствительных к свету различного спектрального состава. Первый воспринимает зеленый цвет, второй - красный, а третий - синий цвет. Относительная чувствительность глаза максимальна для зеленого цвета и минимальна для синего.

 Если на  все три типа колбочек воздействует  одинаковый уровень энергетической  яркости, то свет кажется белым. Ощущение белого цвета можно получить, смешивая любые три цвета, если ни один из них не является линейной комбинацией двух других. Такие цвета называют основными. Человеческий глаз способен различать около 350 000 различных цветов. Это число получено в результате многочисленных опытов. Четко различимы примерно 128 цветовых тонов. Если меняется только насыщенность, то зрительная система способна выделить уже не так много цветов: мы можем различить от 16 (для желтого) до 23 (для красного и фиолетового) таких цветов.

На концах спектра мы увидим при изменении длины световой волны — изменения в яркости, но не в цвете. С другой стороны, в середине спектра мы должны ожидать существенных изменений цвета, когда чувствительность системы, ответственной за восприятие красного цвета, быстро падает, а чувствительность системы восприятия зеленого цвета быстро возрастает. Малейший сдвиг в длине световой волны будет вызывать большие изменения в соотношении активности систем, ответственных за восприятие красного и зеленого цвета, что приводит к заметным изменениям оттенка цвета. Таким образом, следует предположить, что вблизи желтого цвета оттенки различаются исключительно хорошо — и так оно и есть на самом деле.

Тремя основными цветами  являются синий (B - blue), зеленый (G - green), и красный (R - red). Комбинации этих цветов с использованием дополнительных дают диапазон видимых цветов. Дополнительные цвета образуются путем наложения основных в различных пропорциях. Смешение трех основных цветов в равных пропорциях дает белый цвет (W). 

Примером использования смешения трех основных цветов для образования  цветовых гамм является цветное телевидение.

Тремя основными пигментными цветами являются желтый (Y - yellow), анилиновый красный (M - magenta), и голубой циан (C - cyan). Эти цвета образуются по субтрактивной схеме и также используются для воспроизводства спектра видимых цветов.  
Смешение цветов по субтрактивной схеме отличается от аддитивного не благодаря участию света, а потому что в нем участвуют цвета отраженного света, т.е полученные в результате поглощения определенных длин волн пигментами поверхности. Чем больше добавляется пигмента, тем темнее результирующий цвет, а смешение трех субтрактивных цветов в равной пропорции дает черный цвет.

Характеристики различных  пигментов поверхности представлены ниже.  
Желтый - Yellow (Y)

Желтый пигмент поглощает синий  цвет, отражая зеленый и красный, что и вызывает ощущение получающегося цвета человеческим глазом как желтого.

Красный - Magenta (M)  
Красный пигмент поглощает зеленый свет, отражая красный и синий, представая глазам наблюдателя красным цветом.

Голубой - Cyan (C)  
Голубой пигмент поглощает красный, отражая зеленый и синий, в результате давая голубой цвет.

4.2 Дополнительные цвета

Термин дополнительные относится  к цветам, комбинация которых дает ахроматический цвет. Смешение трех основных пигментных цветов (желтого, анилиново-красного и циана) вызывает поглощение основных «световых» цветов (синего, зеленого и красного) - недостаток отраженного света обращает смесь в черный цвет.  
Таким образом, три основных «световых» и три пигментных цвета находятся между собой в дополняющей взаимосвязи. Смешение двух цветов на одной из сторон звездообразной диаграммы дает цвет, находящийся между ними.

 

 

5. Разделение цветов

 

Разделение цветов - это процесс  противоположный их перемешиванию  и заключающийся в выделении  отдельных цветов из смешанного цвета. Для этого существуют цветные фильтры.

Каждый фильтр пропускает только один цвет, поглощая остальные.  
Разделение цветов в копировальных аппаратах и принтерах осуществляется с помощью синих, зеленых и красных фильтров (в соответствии с тремя основными цветами).

Синий фильтр  
Только синий свет проходит через фильтр; остальные цвета поглощаются.

Зеленый фильтр 
Только зеленый свет проходит через фильтр; остальные цвета поглощаются.

Красный фильтр 
Только красный свет проходит через фильтр; остальные цвета поглощаются.

         Восприятие цвета определяется также его спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом c окружающими источниками света и несветящимися объектами. Понимание этого факта очень важно для дизайнеров: желтый цвет на красном фоне покажется зеленовато-желтым, а голубой — приобретет оттенок зеленого.

6. Спектр как характеристика цвета.

В природе излучение  от различных источников света либо предметов редко является монохроматичным, т.е. представленным излучением только одной определенной длины волны, и имеет довольно сложный спектральный состав, т.е. в нем присутствуют излучения самых различных длин волн. Если представить эту картину в виде графика, где по оси ординат будет отложена длина волны, а по оси абсцисс — интенсивность, то мы получим зависимость, называемую цветовым спектром излучения или просто спектром цвета. Для окрашенных поверхностей спектр цвета определяется как зависимость коэффициента отражения ρ от длины волны λ, для прозрачных материалов — коэффициента пропускания τ от длины волны, а для источников света — интенсивности излучения от длины волны. Примеры цветовых спектров различных источников света и материалов приведены на рис. 6.1 и рис. 6.2.

Рис. 6.1 Кривые спектра отражения различных красок: изумрудной зелени, красной киновари, ультрамарина

Рис. 6.2 Примеры спектральных распределений интенсивностей излучения различных источников света: свет от ясного голубого неба, среднедневной солнечный свет, свет лампы накаливания

По форме  спектральной кривой можно судить о  цвете излучения, отраженного от поверхности предмета или испущенного  самосветящимся источником света. Чем  более будет стремиться эта кривая к прямой линии, тем более цвет излучения будет казаться серым. Чем меньше либо больше будет амплитуда спектра, тем цвет излучения предмета будет менее или более ярким. Если спектр излучения равен нулю на всем диапазоне за исключением определенной узкой его части, мы будем наблюдать так называемый чистый спектральный цвет, соответствующий монохроматическому излучению, испускаемому в очень узком диапазоне длин волн.

В результате сложных  процессов взаимодействия светового  потока с атмосферой, окружающими предметами и другими световыми потоками энергетический спектр излучения реальных предметов, как правило, приобретает гораздо более сложную форму.