Аддитивная и субтрактивная системы смешения цветов



Психофизическая и психофизиологическая природа света

Цвет имеет как психофизиологическую, так и психофизическую природу. Восприятие цвета зависит от физических свойств света, т. е. электромагнитной энергии, от его взаимодействия с физическими веществами, а также от их интерпретации зри­тельной системой человека. Мы рассмотрим наиболее важные понятия, основы связанных с цветом физических явлений, систем представления цвета и преобразований между ними.

Зрительная система человека воспринимает электромагнитную энергию с длинам волн от 400 до 700 нм как видимый свет (1 нм = 10-9 м). Свет принимается либо непосредственно от источника, либо косвенно при отражении от поверхности объекта или преломлении в нем.

Источник или объект является ахроматическим, если наблюдаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах. Ахроматический источник кажется белым, а отраженный или преломленный ахроматический свет – белым, черным или серым. Белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными – менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого. Интенсивность отраженного света удобно рассматривать в диапазоне от 0 до 1, где 0 соответствует черному, 1 – белому, а промежуточные значения – серому цвету.

Область электромагнитного спектра, видимая человеческим глазом, занимает диапазон примерно от 400 до 700 нанометров. Этот диапазон составляет всего лишь малую часть огромного спектра электромагнитных волн.

 

Хотя остальную его часть мы не видим, помимо видимых волн человек научился использовать и многие другие невидимые волны: начиная с самых коротких волн — рентгеновских лучей — и кончая длинными волнами, которые улавливаются теле- и радиоприемниками.

Излучения с длинами волн:

от 380 до 470 нм имеют фиолетовый и синий цвет,

от 470 до 500 нм - сине-зеленый,

от 500 до 560 нм - зеленый,

от 560 до 590 нм - желто-оранжевый,

от 590 до760 нм – красный

(в более мелких участках этих интервалов цвет излучений соответствует различным оттенкам указанных цветов).

 

Светлота или яркость объекта зависит от относительной чувствительности глаза к разным длинам волн.

Хотя трудно определить различие между светлотой и яркостью, светлота обычно считается свойством несветящихся или отражающих объектов и изменяется от черного до белого, а яркость является свойством самосветящихся или излучающих объектов и изменяется в диапазоне от низкой до высокой.

Светлота или яркость объекта зависит от относительной чувствительности глаза к разным длинам волн. Из рис. 1 видно, что при дневном свете чувствительность глаза максимальна при длине волны порядка 550 нм, а на краях видимого диапазона спектра она резко падает. Кривая на рис.1 называется функцией спектральной чувствительности глаза.

 

Фиолетовый Длина волны Х(нм) Красный


 

 

 


Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произвольных неравных количествах, то он называется хроматическим. Если длины волн сконцентрированы у верхнего края видимого спектра, то свет кажется красным или красноватым, т. е. доминирующая длина волны лежит в красной области видимого спектра. Если длины волн сконцентрированы в нижней части видимого спектра, то свет кажется синим или голубоватым, т. е. доминирующая длина волны лежит в синей части спектра. Однако сама по себе электромагнитная энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Ощущение цвета возникает в результате преобразования физических явлений в глазу и мозге человека. Цвет объекта зависит от распределения длин волн источника света и от физических свойств объекта. Объект кажется цветным, если он отражает или пропускает свет лишь в узком диапазоне длин волн и поглощает все остальные.

Психофизиологическое представление света определяется цветовым тоном, насыщенностью и светлотой. Цветовой тон позволяет различать цвета, а насыщенность — определять степень ослабления (разбавления) данного цвета белым цветом. У чистого цвета она равна 100% и уменьшается по мере добавления белого. Насыщенность ахроматического цвета составляет 0%, а его светлота равна интенсивности этого света.

Психофизическими эквивалентами цветового тона, насыщенности и светлоты являются доминирующая длина волны, чистота и яркость. Электромагнитная энергия одной длины волны в видимом спектре дает монохроматический цвет. На рис. 2,а изображено распределение энергии монохроматического света с длиной волны 525 нм, а на рис. 2, b — для «белого» света с энергией Е2и одной доминирующей длины волны 525 нм с энергией Е1. Ha рис. 2, b цвет определяется доминирующей длиной волны, а чистота – отношением Е1, и Е2.

 

 


Значение Е2 – это степень разбавления чистого цвета с длиной волны 525 нм белым: если Е2 приближается к нулю, то чистота цвета приближается к 100%, а если Е 2 приближается к Е1, то свет становится близким к белому, а его чистота стремится к нулю. Яркость пропорциональна энергии света и рассматривается как интенсивность на единицу площади.

Обычно встречаются не чистые монохроматические цвета, а их смеси. В основе трехкомпонентной теории света служит предположение о том, что в центральной части сетчатки находятся три типа чувствительных к цвету колбочек. Первый воспринимает длины волн, лежащие в середине видимого спектра, т. е. зеленый цвет; второй – длины волн у верхнего края видимого спектра, т. е. красный цвет; третий – короткие волны нижней части спектра, т.е. синий. Относительная чувствительность глаза (рис. 1) максимальна для зеленого цвета и минимальна для синего. Если на все три типа колбочек воздействует одинаковый уровень энергетической яркости (энергия в единицу времени), то свет кажется белым. Естественный белый свет содержит все длины волн видимого спектра; однако ощущение белого света можно получить, смешивая любые три цвета, если ни один из них не является линейной комбинацией двух других. Это возможно благодаря физиологическим особенностям глаза, содержащего три типа колбочек. Такие три цвета называются основными.

Аддитивная и субтрактивная системы смешения цветов

В машинной графике применяются две системы смешения основных цветов: аддитивная – красный, зеленый, синий (RGB) и субтрактивная – голубой, пурпурный, желтый (CMY). Они изображены на рис. 3. Цвета одной системы являются дополнительными к другой: голубой – к красному, пурпурный – к зеленому, желтый – к синему. Дополнительный цвет – это разность белого и данного цвета: голубой это белый минус красный, пурпурный – белый минус зеленый, желтый – белый минут синий. Хотя красный можно считать дополнительным к голубому, по традиции красный, зеленый и синий считаются основными цветами, а голубой, пурпурный, желтый – их дополнениями.

 

 

 

Аддитивный цвет (от англ. add - добавлять, складывать) получается при соединении лучей света разных цветов. В этой системе отсутствие всех цветов представляет собой черный цвет, а присутствие всех цветов - белый. Интересно, что в спектре радуги или призмы пурпурного цвета нет, то есть он порождается зрительной системой человека.

Система аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например, от монитора компьютера. В этой системе используются три основных цвета: красный, зеленый и синий (RGB). Если их смешать друг с другом в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях - любой другой.

 

Для отражающих поверхностей, например типографских красок, пленок и несветящихся экранов применяется субтрактивная система CMY. В субтрактивных системах из спектра белого цвета вычитаются длины волны дополнительного цвета.

 

Одинарное наложение красок:

 

И художественные, и печатные краски, несмотря на провозглашаемую самодостаточность, не могут дать очень многих оттенков. Поэтому художники используют дополнительные краски на основе чистых пигментов, а печатники добавляют, как минимум, черную краску.

 

Законы Грассмана

Аддитивная цветовая система RGB удобна для светящихся поверхностей, например экранов ЭЛТ или цветных ламп. Достаточно провести очень простой опыт, чтобы убедиться, что минимальное количество цветов для уравнения (составления) практически всех цветов видимого спектра равно трем. Хороший выбор – когда первый цвет лежит в области спектра с большими длинами волн (красный), второй – со средними (зеленый) и третий – с меньшими длинами волн (синий). Объединение этих трех цветов для уравнивания монохроматического контрольного цвета математически выражается как

С = rR + gG + bB,

где С – цвет контрольного света; R, G, В – красный, зеленый и синий инструментальные потоки света; r, g, b – относительные количества потоков света R, G, В со значениями в диапазоне от 0 до 1.

Однако сложением трех основных цветов можно уравнять не все контрольные цвета. Например, для получения сине-зеленого цвета наблюдатель объединяет синий и зеленый потоки света, но их сумма выглядит светлее, чем образец. Если же с целью сделать его темнее добавить красный, то результат будет светлее, потому что световые энергии складываются. Это наводит наблюдателя на мысль – добавить красный свет в образец, чтобы сделать его светлее. Такое предположение действительно срабатывает, и уравнивание завершается. Математически добавление красного света к контрольному соответствует вычитанию его из двух других уравнивающих потоков света. Конечно, физически это невозможно, потому что отрицательной интенсивности света не существует. Математически это записывается как

С + rR = gG + bВ

Или

С = - rR + gG + bВ.

Hа рис. 4 показаны функции r, g, и b выравнивания по цвету для монохроматических потоков света с длинами волн 436, 546 и 700 нм. С их помощью можно уравнять все длины волн видимого спектра.

Наблюдатель также замечает, что при удвоении интенсивности контрольного света интенсивность каждого инструментального потока света также удваивается, т. е. 2С = 2rR + 2gG + 2bB.

Результаты проведенных опытов обобщаются в законах Грассмана:

1) Глаз реагирует на три различных стимула, что подтверждает трехмерность природы цвета. В качестве стимулов можно рассматривать, например, доминирующую длину волны (цветовой фон), чистоту (насыщенность) и яркость (светлоту) или красный, зеленый и синий цвета.

 

 


2) Четыре цвета всегда линейно зависимы, т. е. сС = rR + + gG + , где с, r, g, b ≠ 0. Следовательно, для смеси двух цветов (cC)1и (сС)2 имеет место равенство (cC)1 + (сС)2 = (rR)1, + (rR)2 + (rG)1, + (gG)2 + (bB)1, + (bB)2. Если цвет С1, равен цвету Си цвет С2 равен цвету С, то цвет С1, равен цвету С2независимо от структуры спектров энергии С, С1, С2.

3) Если в смеси трех цветов один непрерывно изменяется, а другие остаются постоянными, то цвет смеси будет меняться непрерывно, т. е. трехмерное цветовое пространство непрерывно.

 


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 582; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!