Цветовое зрение

В психофизике цветового зрения выделяют две главные характеристики – хроматические и ахроматические «валентности».

Электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 390 до 720 нм (400 до 750 нм) воспринимается человеком как свет. Впервые Ньютон разложил белый цвет с помощью призмы на многие составляющие. Он выделил 7 основных цветов (возможно потому, что ему очень хотелось, чтобы цветов было столько же, сколько и звуков в гамме). Физика, Жданов, II т.стр.369. видимая часть солнечного спектра – электромагнитные волны с частотой (ν) в интервале от 4*10¹⁴ до 7,5 10¹⁴ Гц вызывают цветовое ощущение. Скорость света в вакууме (с) – 3*10⁸ м/с, то длина волны светового излучения λ=с/ ν = 0,76мкм для красного, 0,4 мкм для фиолетового. Частота колебаний неизменна, а скорость (с) разная для разных сред, λ – меняется.

В видимом солнечном спектре (например, в случае радуги) различные зоны кажутся окрашенными по–разному, давая плавный переход цветовых ощущений – от фиолетового через синий, зеленый, желтый, оранжевый до красного. Однако это не означает, что ощущение цвета определяется только длиной волны монохроматического светового стимула. С одной стороны, мы способны воспринимать цветовые оттенки, отсутствующие в солнечном спектре, например пурпурный (смешение красного и синего), коричневый, розовый. Очевидно, эти цвета не являются монохроматическими. С другой стороны, все цвета видимого спектра можно получить путем смешения света с другими длинами волн. Цвета, получаемые путем спектрального смешения, неотличимы от чистых спектральных цветов.

Тон соответствует цвету в обычном понимании. Тон меняется, когда меняется длина волны. Гиницинский, 492с. цветовой тон –качество ощущения, которое отличает его от серого. Начиная движение по спектру от красного, то путём добавления к основному тону (с. 492) можно возврвтиться к исходному красному. В цветовом круге глаз различает более 200 отдельных оттенков.

Насыщенность означает относительное количество монохроматического света, которое нужно прибавить к белому, чтобы получить данный воспринимаемый цвет. Все точки на цветовом круге соответствуют сильно насыщенным цветам. Двигаясь к центру можно наблюдать уменьшение насыщенности. В центре круга «0» насыщенность, а точка, например, между зелёным и белым – промежуточная насыщенность.

Тон может быть «смешан» с ахроматической валентностью, что дает различные оттенки цвета. Например, чистый красный при смешении с белым дает розовый, а при смешении с черным – коричневый. Насыщенность оттенка – это мера относительного содержания в нем хроматических и ахроматических компонентов.

Светлота (яркость) не отражена на круге. Яркость оценивается на основе механизма «черный – белый». Чёрный – минимальная яркость, белый – максимальная яркость. Светлота определяется положением ахроматического компонента в ряду чёрный – белый (на шкале серого).

Кривые спектральной яркости – энергия, необходимая для того, чтобы световые стимулы с разной длиной волны (монохроматические стимулы) вызывали равное субъективное ощущение яркости.

Рис. 11.40. А. Распределение тонов на цветовом круге. Тоны между А и Б (стрелка) не относятся к спектральным, а получаются за счет смешения красного и синего. Б. Цветовой шар Рунге (1810 г.) – неметрическое представление цветового пространства

Все воспринимаемые цветовые валентности можно представить в виде трехмерного цветового тела, в котором относительное положение цветов определимо с метрической точностью или же задается чисто качественно. На рис. 11.40, А 'показан один из первых (1810 г.), неметрических, вариантов такой формы представления–цветовой шар немецкого художника Филиппа Отто Рунге. Каждой цветовой валентности здесь соответствует определенный участок на поверхности шара или внутри него. Сечение по экватору дает на периферии чистые цвета цветового круга, которые к центру все больше смешиваются с серым. Центр шара занимает нейтральный серый цвет. Вдоль оси, идущей от одного полюса до другого, располагаются все оттенки серого–от белого до глубокого черного. В современных моделях, где восприятие цвета задано метрически, простой шар Рунге деформируется в нешаровидное цветовое тело. Цель создания таких метрических цветовых систем – однозначное описание цветовосприятия здоровых людей. Они не дают физиологического объяснения цветового зрения. Однако любая физиологическая теория цветового зрения должна объяснять структуру метрического психофизического цветового пространства.

Смешение цветов. Из повседневного опыта мы знаем, что при смешении красок разного тона получается цвет другого тона. Однако последствия смешения красок совершенно отличны от того, что получается при сочетании света из разных частей спектра. При аддитивном смешении цветов свет с разной длиной волны падает на одну и ту же точку сетчатки (рис. 11.41). Если отдельные источники света монохроматические, аддитивное смешение может дать тон, соответствующий другой части спектра или же неспектральной области между красным и синим (пурпурный). Описание цветовых соотношений в форме цветового тела частично основано на изучении уравнений аддитивного смешения цветов. Эти уравнения используются также в тестах по выявлению дефицита цветового зрения. Инструмент для проведения таких испытаний называется аномалоскопом. С помощью него можно, например, спроецировать спектральный желтый (λ= 589 нм) на одну половину круга, а смесь спектральных красного (λ = 671 нм) и зеленого (λ = 546 нм) – на другую (рис. 11.41).

Рис. 11.41. Схема аддитивного (А) и субтрактивного (Б) смешения цветов

Задача испытуемого – подобрать соотношение красного и зеленого, чтобы получилась смесь желтого цвета, неотличимая от его спектрального эквивалента.

При смещении двух монохроматических пучков получаем новый цвет. Более того, при смешении некоторых монохроматических пучков мы видим белый свет. Например, смешение сине-зелёного и красно-жёлтого, или синего и жёлтого, или пурпурного и зелёного. Это дополнительные цвета. Дополнительные цвета располагаются друг напротив друга в цветовом круге.

Если смешать аддитивно два монохроматических световых стимула, один в диапазоне 430–555 нм, а другой–492–660 нм, всегда можно получить белый цвет, подобрав соответствующую их пропорцию. Однако смешение монохроматических лучей с длиной волны более 660 и менее 430 нм белого цвета никогда не даст; получатся оттенки пурпурного, отсутствующие в спектре (рис. 11.40, 11.43).