Основы цветовоспроизведения

Приветствую вас отважные и неповторимые! Начиная с публикации «Мир творческих людей» мы начинаем с вами увлекательные туры в мир творчества во всех его проявлениях. И сегодня начинается первое путешествие, которое познакомит читателя с свойствами света и цвета. Тема нашей экскурсии называется, — цвет и его воспроизведение. Нас ожидает прогулка по теории света и цвета в том виде, в каком воспринимаем мы окружающий мир невооружённым глазом. Благодаря этой теории возникли сначала фотографии на бумаге, а потом и цифровые кодаки. Статья будет интересна не только начинающим любителям создавать фото-визуальные образы, но и даже некоторым специалистам в фотоиндустрии и видеографии. Итак, начнём!

Вводная часть

Большую часть знаний об окружающем нас мире мы получаем с помощью зрительного восприятия. Для правильного понимания особенностей зрения их целесообразно связывать со свойствами света и оптическими свойствами объектов.

Глаз человека испытывает ощущение света только тогда, когда на его сетчатку попадает лучистая энергия небольшого диапазона длин волн. Как правило это порядком 360-750 нанометров, составляющего видимую часть спектра электромагнитных колебаний.

Как показано на фото, видимая часть занимает в нём лишь малую долю. Однако этого достаточно для восприятия многообразия цветов окружающих предметов.В чувствительности глаза именно в этой небольшой зоне спектра кроется глубокая эволюционная закономерность.

В то же время повышение чувствительности органа зрения к коротковолновой части спектра нецелесообразно, так как большая часть ультрафиолетовых лучей задерживаются атмосферой. С другой стороны, инфракрасные и тепловые лучи испускаются самой сетчаткой глаза. Иначе мы не смогли бы различать окружающие предметы. Они просто засвечивались бы излучением сетчатки.

Мы воспринимаем предметы благодаря их различиям по яркости и цветности. При постоянном освещении яркостные различия предметов обусловлены главным образом их удалённостью от источника света, отражательными свойствами и формой их поверхности.

Теория трёхкомпонентности

«Белый» свет является сложным, объединяющим излучения различных длин волн. Окружающие нас предметы по-разному отражают эти лучи. Именно этим и объясняются цветовые различия между предметами.

Цвет можно оценивать как физическое явление, пользуясь измерением энергии, приходящейся на каждую длину волны

Такая оценка является объективной и используется для спектральной характеристики источников излучения и оптических свойств предметов. Более подробно она будет рассмотрена ниже. С другой стороны, применяют также и визуальную оценку цвета. Несомненно наиболее важную для решения большинства задач прикладного характера.

Путём многочисленных опытов установлено, что для воспроизведения любого цветового тона, существующего в природе, достаточно смешать в определённых пропорциях лишь три основных цвета: красный, зелёный и синий

Этот экспериментально установленный факт положен в основу теории трёхкомпонентности цветового зрения. Согласно ей, в зрительной системе возникают нервные возбуждения трёх родов. Каждое из них может быть большим или меньшим. Причём такой эффект возникает независимо от двух остальных. Тем самым многообразие цветовых ощущений при зрительном восприятии объясняется разнообразием соотношений этих трёх возбуждений.

В то же время, в связи с тем, что визуальное восприятие цвета трёхкомпонентное, всякий цвет, как физическая величина, может быть полностью (качественно и количественно) охарактеризован не менее чем тремя параметрами. Для этого часто применяют систему, в которой цвет характеризуется цветовым тоном, насыщенностью и светлотой. Давайте разберёмся в каждом по порядку.

Цветовой тон

Составляет свойство цвета, по которому его относят (оценивают степень близости) к тем или иным спектральным тонам. Наблюдая разложенный в спектр по длинам волн электромагнитных колебаний сложный белый свет, глаз человека, обладающего нормальным цветовым зрением, замечает в нём несколько участков. Все они резко различаются по производимому ими зрительному ощущению, которые характеризуют понятиями: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

По первому впечатлению глаз замечает семь перечисленных участков. Качественные же различия между ними и составляют различия по цветовому тону. При ближайшем рассмотрении глаз улавливает гораздо больше таких различий. В целом зрение способно по цветовому тону выделять около 200 цветов.А вот пурпурные цвета отсутствуют в спектре. Они являются сложными, смесью синих и красных излучений.

Насыщенность

Это степень заметности цветового тона в цвете. Насыщенность можно также характеризовать степенью примеси к данному спектральному одинакового с ним по яркости белого (серого).Наиболее насыщенными цветами являются спектральные.

Если к чистому спектральному цвету добавлять одинаковый с ним по яркости белый (серый) так, чтобы в смешанном цвете постепенно увеличивалась доля примешиваемого белого (серого), а общая яркость смеси оставалась постоянной, то насыщенность спектрального цвета будет уменьшаться.

Он будет становиться всё более белесоватым. А присутствие спектрального (по цветовому тону) будет ощущаться всё менее явственно. С этой точки зрения белый (серый) можно рассматривать как любой спектральный, потерявший признак цветового тона. По другому, — выродившийся спектральный.

Большинство природных объектов не отличается высокой насыщенностью цвета, создаваемого естественными красителями. Исключение составляют некоторые представители флоры и тропической фауны. Напротив, искусственно созданные красители, наоборот, часто обладают высокой цветовой насыщенностью.

Цветовой тон и насыщенность цвета совместно составляют его свойство, называемое цветностью. 

Светлота

Светлотой называется количественная характеристика зрительного ощущения. Она определяется яркостью действующего на глаз излучения. Так, например, если одна часть цветной поверхности освещена непосредственно прямым  светом, а другая часть — рассеянным того же источника, то цвета этих частей воспринимаются различными. При этом их цветовой тон и насыщенность одинаковы. Цвета двух этих участков различаются только по светлоте.

Хроматические и ахроматические 

Все цвета принято делить на хроматические и ахроматические. К группе хроматических относятся цвета, характеризуемые цветностью и светлотой. Визуально воспринимаемые различия различия этих цветов оцениваются тремя параметрами: цветового тона, насыщенности (вместе дают цветность) и светлоты. Цветность определяет цвет с качественной стороны. Количественные изменения цвета передаются различиями в его светлоте.

Цвета не обладающие цветностью, составляют группу ахроматических. К ним относятся чёрный, белый и промежуточные между этими двумя крайними значениями. Оттенки серого к примеру. Для группы ахроматических цветов возможны только количественные сравнения цветов по одному параметру — светлоте. Понятие светлоты является общим для обоих групп и позволяет сравнивать их.

Допустим, если сравнивать какой-либо хроматический тон со шкалой серых оттенков различной светлоты, то всегда можно указать два таких серых поля. Одно из них будет явно светлее. Другое — темнее данного цвета

При более тщательном сравнении между двумя этими серыми полями можно найти промежуточное поле, которое по яркости отражённого им света совпадает с данным цветным и обладает одинаковой с ним светлотой. Подобные сравнения возможны только в отношении тел, не являющимися источниками света. Светлота количественно характеризует хроматический цвет, позволяя сопоставлять его с каким-либо из шкалы ахроматических цветов.

Часто светлоту численно определяют коэффициентом отражения соответствующего серого поля

Иногда количественные различия хроматических цветов по светлоте визуально воспринимаются как различия качественные. Так например, коричневые и бурые цвета являются оранжевыми и жёлтыми оттенками малой светлоты. Однако визуально те и другие трудно отождествить по цветовому тону.

 Цветовосприятие: колбочки и палочки

Теории трёхкомпонентности не противоречит ни один из известных науке фактов. Однако она не может считаться строгой, так как до сих пор не совсем ясен механизм зрительного восприятия цвета. Как известно, цветное оптическое изображение строится хрусталиком на поверхности сетчатой оболочки глаза, покрытой клетками двух видов: колбочками и палочками. Клетки содержат светочувствительное вещество — зрительный пурпур.

Палочки работают при сравнительно невысоких уровнях освещённости сетчатки глаза. Они являются аппаратом сумеречного зрения и не участвуют в различении цветов объекта. При высоких уровнях освещённости палочки выключаются. Источником зрительной информации тогда становятся колобочки.

Опытным путём установлено, что именно колобочки воспринимают цветовые различия. Разложение зрительного пурпура под действием света вызывает возбуждение окончаний нервных волокон, передающих в головной мозг импульсы, создающие ощущение цветности.

Практическое осуществление различных способов воспроизведения цветной фотографии показало, что наиболее естественной передачи цвета в тенях объектов удаётся добиться с помощью не трёх, а четырёхкрасочной печати. Это наводит на мысль о том, что в процессе зрительного восприятия участвует одновременно не только трёхкомпонентный колбочковый аппарат, но и палочковый аппарат сумеречного зрения. Он же доставляет информацию о цвете теневых и малоосвещённых участков объекта.

Теория цвето — воспроизведения

Теоретическое обоснование этого явления некогда было предложено выдающимся советским учёным Л. Ф. Артюшиным. Ему удалось показать, что при «дневном» зрении «сумеречное» зрение также участвует в восприятии цвета, а не отключается полностью, как считалось ранее.

Цветное изображение, полученное с участием четвёртой составляющей, спектральная чувствительность которой аналогична чувствительность палочкового аппарата глаза, значительно лучше воспроизводит цвета предметов

Тем не менее теория трёхкомпонентности цветового зрения лежит в основе большинства практических методов методов воспроизведения цвета и построения цветных изображений фотографическим способом.

Наглядная схема получения цвета смешением трёх основных цветов

Возможность получить любой цвет смешением трёх основных позволяет выразить его количественно, объективной мерой, то есть измерить. Для этого нужно знать количество красного, зелёного и синего потоков, которые при смешении образуют измеряемый цвет. Чаще всего нужно знать только цветность, а не общую интенсивность.

Для обозначения цветности достаточно указать, какая часть (в процентах или долях единицы) приходится в общем потоке на красную, зелёную и синюю составляющие. Тогда условие равноценности правой и левой граней призмы удобнее записать в виде уравнения. К примеру запись: 0,2К+0,33+0,5С = Ц означает, что если на правую грань направлен цвет Ц, то для получения равного ему цвета на левой грани призмы нужно смешать 20% красного, 30% зелёного и 50% синего.

Такие уравнения называют колориметрическими. Цифры, стоящие перед буквенными обозначениями — К, З, С, называются относительными коэффициентами и в сумме всегда составляют единицу или 100%

Цифровой треугольник

Однако как упоминалось, не все цвета могут быть получены смешением основных цветов на одной левой грани призмы. В том случае, когда для получения равноцветности обеих граней призмы один из основных цветных пучков нужно направить на правую грань. Считается, что этот цвет можно вычесть. Уравнение будет выглядеть вот так:

0,6К+0,73 = Ц+0,3С или 0,6К+0,7З-0,3С = Ц

Алгебраическая сумма относительных цветовых коэффициентов и в этом случае равна единице (0,6+0,7-0,3=1,0). Такое свойство суммы оставаться постоянной позволяет удобно выразить цветность графически в виде отстояний точки от сторон равностороннего треугольника, на его стороны, равна его высоте.

Такая форма изображения цвета получила название цветового треугольника. В каждой его вершине располагаются основные цвета: красный, зелёный и синий. А каждая точка его поверхности изображает смесь основных цветов, образующих при смешении цвет Ц.

Цвета, выражаемые суммой положительных цветовых коэффициентов, находятся внутри треугольника:

А цвета с отрицательными относительными цветовыми коэффициентами расположены вне треугольника

Центр треугольника соответствует белому цвету

Для него перпендикуляры, опущенные на стороны треугольника, равны, и основные цвета, смешанные в равных количествах (Ц=0,33К+0,33З+0,33С), дают серое поле.

Если на график нанести цветности всех существующих цветов и расположить их в системе прямоугольных координат xy, то всё многообразие цветов изобразится в виде криволинейной области (см. рисунок выше). Каждая точка этой области обозначает один из цветов.

Цвета, расположенные на прямых линиях, веерообразно расходящихся от точки Е, отличаются друг от друга по цветовому тону. Чем дальше от точки Е расположен цвет, тем выше его насыщенность. При этом тон в целом не изменяется. Крайние маркеры (см. пред. рис), расположенные по периметру отграниченной области обозначают спектральные цвета, обладающие наибольшей насыщенностью.

Колориметрия 

Наука, изучающая законы образования цветов на основании их визуального равенства и устанавливающая принципы их измерения, называется колориметрией. А приборы для измерения цвета — колориметрами.

Цветовой треугольник принят в качестве международной системы выражения цвета графическим способом и используется в колориметрах в виде отсчётной шкалы. Система изображения цвета в виде точки на плоскости особенно удобна в том случае, когда необходимо проследить или предсказать изменения цвета.

Цветные таблицы в фотографии

В цветной фотографии процесс управления цветом значительно упрощают цветные таблицы. Они вместе с нейтрально-серой шкалой представляют собой испытательный тест-объект. Они фотографируются в кадре вместе с основным объектом съёмки, а их изображение служит для оценки условий съёмки, обработки и качества снимка...

Друзья, возможно такое долгое повествование показалось кому-то из вас сложным. Я же уверен, что многие всё же поняли суть замысловатого текста.

Так что всем желающим продолжать экскурсии в мир творчества и всего, что с ним связано, рекомендую заранее забронировать билеты в кассе «подписаться». Будет много интересного для всех, уверяю.

Благодарю вас за участие в этом путешествии и непременно жду в следующем. До скорой встречи жадные до истинных знаний!

P.S. Огромная благодарность Эрнесту Дмитриевичу Тамицкому и Владимиру Алексеевичу Горбатову за титаническую работу для будущих поколений

Подпишитесь, чтобы вовремя узнавать о важных новостях!


Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Бренд моей жизни
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: