Физическая природа цвета

1. Физическая природа цвета

1.1. ПОНЯТИЕ ЦВЕТА

Современная наука определяет цвет как ощущение, возникающее в  мозгу человека, в ответ на свет, попадающий на сетчатку глаза.¹

1.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦВЕТА

В цветоведении принято рассматривать свет как электромагнитное

волновое движение.

 Характеристиками световых волн являются:

     l — длина волны, или расстояние, на которое распространяется колебание за время одного периода, измеряется в нанометрах. Нанометр (нм) равен одному миллимикрону, т.е. миллиардной части метра: 1нм = 10^{-9 м, или 10-6 мм}

Рекомендуемые материалы

     C — скорость распространения электромагнитных колебаний; равна приближенно 300 000 км/с.

     n — частота, или число колебаний за единицу времени; измеряется в герцах (гц).

Диапазон длин волн оптического излучения (света) заключен между  величинами 380 и 760 нм. К оптическому излучению при­мыкают невидимые электромагнитные излучения, также причисляемые к световым — ультрафиолетовые (380—10 нм) и инфракрасные (760 нм —0,01 см).

В оптической области каждой длине волны соответствует ощущение

какого-либо цвета:

                          Границы  участков, нм  Цвет

                                   760—620               Красный
                                   620—585               Оранжевый
                                   585—575               Желтый
                                   575—550               Желто-зеленый
                                   550—510               Зеленый
                                   510—480               голубой
                                   480—450               Синий
                                   450—380               Фиолетовый

В спектре белого солнечного света различают семь основных цветов, перечисленных выше (кроме желто-зеленого). Глаз среднего наблюдателя способен различить в спектре белого света около 120 цветов. Это так называемый непрерывный спектр, характерный для всех тел накаливания, т. е. таких источников света, у которых энергия теплового излучения преобладает над световой. В спектре идеально белого света лучи всех длин волн несут одинаковую энергию.

Для удобства обозначения цветов принято деление спектра оптичес­кого излучения на три области:

длинноволновую —760—600 нм (от красного до оранжевого);

средневолновую —600—500 нм (от оранжевого до голубого);

коротковолновую —500—380 нм (от голубого до фиолетового).

Это деление оправдывается качественными различиями между цветами,

входящими в различные области спектра.

Все цвета подразделяются на хроматические и ахроматические. Ахро­матическими называют белый, черный и все серые цвета. В их спектры входят лучи всех длин волн в равной степени (практически это равен­ство всегда несколько нарушается). В спектрах хроматических цветов всегда имеется преобладание какой-либо одной длины волны (максимум). К хроматическим цветам относятся все спектральные, а также многие дру­гие природные цвета.

1.3. ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦВЕТА.

Для однозначного определения (спецификации) цвета исполь­зуется система психофизических характеристик. К ним относятся:

1. Цветовой тон — это качество цвета, позволяющее дать ему название (красный, синий, зеленый, желтый и т. д.). Измеряется длиной волны преоб­ладающего в спектре данного цвета излучения — l. Ахроматические цвета не имеют цветового тона.

2. Светлота — степень отличия данного цвета от черного. Измеряется числом порогов различения п от данного цвета до черного. Порог раз­личения, или разностный порог,— относительная величина изменения раз­дражителя, необходимая для изменения ощущения.

По светлоте можно сравнивать любые цвета: ахроматические с ахроматическими, хроматические с хроматическими, ахроматические с хроматическими. Светлотные различия присущи и спектральным цветам. Среди них самые светлые – желтые, а самые темные – синие и фиолетовые. Для ахроматических цветов светлота – единственная характеристика. В ахроматической шкале самый светлый – белый, самый темный – черный. Количественное оп­ределение светлоты — сложная и громоздкая процедура, требующая спе­циального оборудования. Поэтому в практике колориметрии она заменяется другой характеристикой — относительной яркостью.

3. Относительная яркость — отношение величины потока, отраженного от данной поверхности, к величине потока, падающего на нее. Изме­ряется коэффициентом отражения r:

                                                           П_отр

              r =                                                      

П_пад

где, П_пад – величина светового потока падающего на поверхность, а  П_отр – величина светового потока отраженного от поверхности.

 В полевых условиях очень удобно измерять относительную яркость при помощи серой шкалы — заранее за­готовленного набора ахроматических выкрасок, коэффициент отражения ко­торых измерен на каком-либо точном приборе (фотометре, лейкометре). Измерение производится путем сравнения на глаз данной выкраски с од­ним из образцов серой шкалы.

4. Насыщенность — степень отличия хроматического цвета от равного ему по светлоте ахроматического (серого). Измеряется числом порогов различения п от данного цвета до серого. Иными словами, насыщенность цвета – это степень выражения его цветового тона.

Вследствие большой трудоемкости определения этой характеристики она обычно заменяется другой, назы­ваемой чистотой или колориметрической насыщенностью.

5. Чистота цвета Р — доля чистого спектрального в общей яркости данного цвета:

                       B_l

P =                    100%

Лекция "1.3 Информационные характеристики электронных устройств" также может быть Вам полезна.

                                          В_l + В_S

где B_l - яркость чистого спектрального цвета; В_S — яркость белого цвета в смеси.

Самые чистые цвета — спектральные. Их чистота составляет 100%, но насыщенность спектральных цветов неодинакова: желтый цвет наименее насыщен, к краям спектра насыщенность цветов повышается.

В практике работы с красками обычно говорят о чистоте красок, а не цвета.  Чистота краски – доля чистого пигмента данного цвета в кра­сочной смеси. Чистота ахроматических цветов равна нулю, так же как и насыщенность.

Сочетание цветового тона и насыщенности называют цветностью. Ахро­матические цвета не имеют цветности.

Величины l, r, Р составляют колориметрическую систему, широко применяемую в практике.