Условия возникновения цвета

Чтобы ясно понимать, что такое  цвет, сначала необходимо изучить его фундаментальные физические и психологические свойства. Цвет является результатом взаимодействия света, объекта и наблюдателя (или просмотрового прибора). При взаимодействии с объектом свет модифицируется таким образом, что просмотровый прибор — такой, например, как зрение человека — воспринимает модифицированный свет как определенный цвет. Чтобы цвет (в нашем понимании этого явления) существовал, необходимо присутствие всех трех этих элементов. Теперь давайте подробнее изучим эти первоисточники цвета и начнем со света.

Излучение, свет и цвет

Свет — это видимая часть электромагнитного излучения. Свет имеет волновую природу. Каждая волна описывается своей длиной — расстоянием между двумя соседними гребнями.

Длина волны измеряется в нанометрах (нм).

Нанометр — это одна миллионная часть миллиметра.

            Область электромагнитного излучения, видимая человеческим глазом, занимает диапазон примерно от 400 до 700 нанометров. Этот диапазон составляет всего лишь малую

часть огромного спектра электромагнитных волн. Помимо видимых волн человек использует и невидимые волны. Начиная с самых коротких волн — рентгеновских лучей — и, кончая длинными волнами, которые улавливаются нашими теле- и радиоприемниками. 

Наблюдатель

Внутри человеческого глаза имеются сенсоры света, чувствительные к электромагнитным волнам, длина которых попадает в видимый спектр. Когда на эти сенсоры попадают световые волны, они посылают сигнал нашему мозгу. Затем этот сигнал интерпретируется мозгом как определенный цвет. Какой именно цвет получится в результате этой интерпретации, зависит от сочетания в свете волн различной длины. Например, если сенсоры зарегистрируют волны сразу всех длин из видимого спектра, то мозг будет воспринимать этот свет как белый. Если не будет зафиксировано никаких волн с длиной волны из видимого спектра, то это значит, что никакого света нет, и мозг будет интерпретировать эту информацию как черный цвет.

Итак, теперь мы знаем, как наши глаза и мозг реагируют на присутствие волн всех длин из видимого спектра и на полное отсутствие таких волн. Теперь посмотрим, как наша зрительная система реагирует на волны определенных длин.

При прохождении через призму луч белого света разлагается на составляющие. Этот эксперимент показывает, что волны разной длины интерпретируются нами как разные цвета. Принято выделять следующие основные области видимого спектра: красную, оранжевую, желтую, зеленую, голубую, синюю и фиолетовую (мнемоническая формула "Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан” позволяет запомнить эти цвета по первым буквам). Цвета плавно и непрерывно переходят друг в друга, образуя "радугу”.

Когда наша зрительная система регистрирует волны с длиной около 700 нм, мы видим красный цвет, а когда длина волны находится в диапазоне 450-500 нм, — голубой; длина волны 400 нм соответствует фиолетовому и так далее.

Однако мы редко видим волны только одной длины. Наш пестрый мир гораздо сложнее. Например, когда мы видим красный объект, мы регистрируем свет, содержащий в основном волны, длина которых находится в "красном” диапазоне. Именно таким образом — в результате преобразования света — все объекты приобретают свой цвет. Мы видим мир, полный цветных объектов, потому что каждый объект посылает нам в глаза определенное сочетание длин волн. Теперь посмотрим, как на свет влияют сами объекты.

Объект

Когда световые волны попадают на объект, его поверхность поглощает некоторое количество энергии спектра, а оставшаяся часть спектра отражается от объекта. Модифицированный таким образом свет, отраженный от объекта, имеет совершенно иной состав длин волн. Разные поверхности, содержащие разное количество различных пигментов, красящих веществ и красителей, генерируют различные уникальные сочетания длин волн.

            При попадании на отражающий объект (такой, например, как эмаль) или при прохождении через пропускающий объект (такой как пленка лака) свет может изменяться.

Отраженный, проникающий или испускаемый свет и составляет то, что мы называем "цветом объекта”. Существует столько различных цветов, сколько поверхностей предметов — каждый объект влияет на цвет уникальным образом.

Источники света (такие как лампы искусственного освещения) — испускают свои собственные уникальные комбинации волн.

1.4. Источники света

Точное определение характеристик источника света является важной частью описания цвета во многих приложениях. Спектральный состав любого источника принято характеризовать через стандартизованный спектр излучения Абсолютно Черного Тела (АЧТ), нагретого до определенной температуры. Температура нагрева, выраженная в Кельвинах, и служит характеристикой, описывающей спектр. Стандартные источники света впервые были учреждены в 1931 году и были обозначены буквами А, В и С:

Источник света типа A представляет собой лампу накаливания с цветовой температурой примерно 2856°К.

Источник света типа B — это прямой солнечный свет с цветовой температурой примерно 4874°К.

Источник света типа C — это непрямой солнечный свет с цветовой температурой примерно 6774°К.

Впоследствии к этому набору типов добавился тип D и гипотетический тип E, а также тип F. Типу D соответствуют различные условия дневного освещения с определенной цветовой температурой. Два таких источника — D50 и D65 — это стандартные источники, широко применяемые для освещения (индексы "50” и "65” соответствуют цветовой температуре 5000°К и 6500°К соответственно).

1.4. Взаимодействие объекта, источника и наблюдателя

Для существования нашей визуальной палитры цветов необходимо, чтобы присутствовали все три элемента — свет, объект и наблюдатель. Без света не будет электромагнитных волн различной длины; без объектов свет останется просто белым, немодифицированным; а без наблюдателя не будет того сенсорного восприятия, благодаря которому волны различной длины распознаются или регистрируются как тот или иной уникальный "цвет”.

"Если красную розу никто не видит, есть ли у нее цвет?” Ответ на этот вопрос (хотя, возможно, он вас и удивит) — нет. Формально, цвет существует в виде электромагнитных волн различной длины. Однако цвет, известный нам как красный, — это лишь наше представление о красном цвете, возникающее после того, как наша система визуального восприятия отреагирует на эти самые волны определенной длины.

           Если нет наблюдателя, роза, по сути дела, бесцветна. Она лишь отражает определенное сочетание волн определенной длины, необходимое нам для того, чтобы видеть красный цвет…

…однако цвет, который мы воспринимаем и помним как "красный”, является лишь порождением нашего мозга.

Как было указано выше, различные источники света излучают разные сочетания длин волн. Объекты, в свою очередь, различным образом преобразуют свет. Цвет любого объекта обуславливается соотношением спектральных составляющих, отраженных "в наш глаз" пигментами, входящими в состав краски, которой окрашен предмет. Следовательно, при изменении состава спектра источника света будет изменяться и цвет предмета. Если при окраске предмета использовалась абсолютно одна и та же краска с гомогенным распределением пигментов, то цвет предмета будет изменяться одинаково при изменении цветности освещения. Если же предмет (автомобиль) был частично перекрашен, велика вероятность того, что в красках различного вида, использовавшихся при окраске его деталей, соотношение пигментов будет различно. Тогда при изменении спектра источника света станет видно, что части автомобиля, приобретают разные цвета. Этот феномен носит название метамерии. Метамерные цвета - это цвета, образованные различными комбинациями пигментов, которые совпадают по видимому цвету с эталоном при определенном спектре источника света, но отличаются при его изменении. Следовательно, наше зрение может сильно обманываться в зависимости от условий освещения.