Хроматические характеристики цвета

Описание

Даже при описании общей абсолютной чувствительности ахроматического и хроматического зрения нам пришлось упоминать насыщенность цвета, определение которой будет дано только теперь. Поэтому мы рассмотрим вначале все основные хроматические характеристики (или субъективные переменные) цвета, а затем перейдем к описанию дифференциальной чувствительности.

Цветовой тон спектральных стимулов.
Рассмотрим вначале разложение светового луча в спектральный ряд монохроматических излучений. Наблюдая через апертуру последовательно эти монохроматические излучения, мы увидим, что с одного конца, длинноволнового, спектр начинается красным цветом, затем следуют оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, а заканчивается спектр фиолетовым цветом, который вновь содержит в себе красноватый оттенок.

Между соседними цветами в спектре заметны и переходные оттенки — красновато-оранжевый, желто-зеленый и т. д. Все множество различных цветовых оттенков, которые мы перечисляли, характеризуется термином цветовой тон. Цветовой тон является одной из основных характеристик цвета, или, по-другому, базисным сенсорным качеством цвета. Но определить это понятие можно, только обращаясь к отражению субъективного опыта в речи.

Распределение цветовых тонов в спектре не соответствует прямо распределению длин волн. На отдельных участках спектра небольшое изменение длины волны излучения может привести к значительному изменению цветового тона, а на других участках» наоборот, даже значительное изменение в длине волны может не вызвать заметного изменения цветового тона.

[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]
Зависимость цветового тона от длины волны спектрального цвета иллюстрируется двумя функциями на рис. 2.4.4. Кружки представляют данные, полученные методом кансилляций, а точками представлены данные, полученные методом многомерного шкалирования больших цветовых различий. Хотя эти функции получены разными методами, они хорошо согласуются друг с другом.

Рис. 2.4.4 показывает, что изменение цветовых тонов в спектре, хотя и монотонно связано с длиной волны излучения, но имеет не гладкую форму, а ступенчатую. Три пологие части этих функций расположены в коротковолновой, средневолновой и длинноволновой частях спектра и, вероятно, определяются трехрецепторной природой входа цветового анализатора у человека.

Вообще данные, относящиеся к цветовому тону, наиболее согласованы между собой и вызывают меньше всего споров между исследователями. Здесь сказывается существенная очевидность феноменов, связанных с цветовым тоном, и далее мы еще убедимся в этом.

Смешение цветов.
Нагляднее всего рассматривать феноменологию смешения цветов на данных опытов, проводимых на установке Ньютона (рис. 1.1). Смешение цветов происходит в том случае, если после линзы отдельные составляющие спектра фокусируются на одном и том же небольшом участке (1—2°) центральной ямки сетчатки (фовеальное наблюдение).

С помощью процедуры, обратной разложению белого света, спектральные цвета можно вновь смешать и получить исходный белый цвет. Ньютон показал, что любые цвета вообще можно смешивать друг с другом, образуя новые. Например, тот же белый цвет можно получить, смешивая не все цвета спектра, а только часть их. При этом в получившейся смеси уже невозможно определить исходные составляющие цвета, Однако образование новых цветов не сопровождается появлением новых цветовых тонов.

За исключением белого и пурпурных цветов все остальные цветовые смеси, какими бы исходными цветами мы ни пользовались, будут иметь цветовой тон какого-либо из спектральных цветов. Полное топологическое представление о цветовых тонах можно получить из цветового круга Ньютона, в центре которого расположен белый цвет, а по периметру круга — монохроматические цвета и пурпурные (рис. 1.2).

Радиусы круга представляют цветовые тона. Множество точек внутри круга представляет множество цветов, которые можно получить смешением монохроматических цветов. Какую бы точку внутри круга мы ни взяли, она всегда будет принадлежать радиусу круга, связанному с точкой периметра, т. е. с некоторым монохроматическим цветом. Это означает, что искомый цвет будет одного тона с этим монохроматическим цветом.

Результаты опытов Ньютона и других исследователей показывают, что смешение цветов подчиняется определенным закономерностям:

• Для любого цвета определенного тона существует цвет другого, причем единственного тона, такой, что при смешении этих двух цветов получается ахроматический цвет. Цвета, таким образом связанные, называются дополнительными по цветовому тону.
  
• При смешении двух разных цветов результирующая смесь всегда есть цвет промежуточный между исходными, так что он меньше отличается от исходных, чем исходные между собой, и при новом смешении полученного цвета с одним из исходных невозможно получить второй исходный цвет.
  
• Два одинаковых цвета при смешении дадут тот же самый цвет независимо от спектрального состава исходных цветов.
  
  Насыщенность спектральных цветов.
  Проведем следующий опыт. Смешаем два спектральных цвета: зеленый (530 нм) и синий (460 нм) так, чтобы цветовой тон смеси соответствовал голубому спектральному (480 нм). Мы увидим, что из двух одинаковых по тону голубых цветов смешанный по сравнению со спектральным кажется беловатым, более выцветшим. Подобное различие между цветами, имеющими одинаковый тон, определяется разной насыщенностью цветов. Термин «насыщенность» характеризует отличие данного цвета от белого. Белый цвет имеет нулевую насыщенность.
  
  В серии цветов, одинаковых по тону, наиболее насыщенным является спектральный. Но разные по тону спектральные цвета имеют разную насыщенность. По краям спектра цвета более насыщенны, в середине — менее насыщенны. График зависимости насыщенности спектральных цветов от длины волны излучения приводится на рис. 2.4.5.
  
  
  
  Эти данные получены Мартином, Уэбертоном и Морганом (1933), которые измерили число дифференциальных порогов от белого до каждого из монохроматических цветов. Хотя разброс данных по испытуемым довольно большой, но порядковые соотношения насыщенностей спектральных цветов остаются неизменными.
  
  Наиболее насыщенными являются красные цвета, затем — синие и зеленые, а наименее насыщенные — желтые цвета спектра. Интересным свойством обладает часть спектральных цветов в диапазоне от примерно 530 нм до 675 нм. При смешении пары цветов из этого диапазона смесь по насыщенности совпадает с промежуточным спектральным цветом. Это потому, что сами спектральные цвета в этом диапазоне почти равномерно убывают по насыщенности от краев к середине (570—580 нм).
  
  Смешение цветов (продолжение).
  Из двух одинаковых по тону цветов менее насыщенный цвет всегда является промежуточным между более насыщенным и белым и может быть получен их смешением. Когда смешиваются два цвета, одинаковых по насыщенности, но различных по тону, то насыщенность полученной смеси всегда меньше насыщенности исходных цветов. И чем дальше друг от друга по своему тону в спектральном ряду расположены эти исходные цвета, тем заметнее разница в насыщенности.
  
  При смешении близких по тону цветов разница по насыщенности совсем не заметна, а максимума она достигает при смешении двух дополнительных по тону цветов. Тогда полученная смесь имеет нулевую насыщенность. В общем виде эту закономерность можно сформулировать так:
  
• При смешении двух разных цветов полученный цвет всегда менее насыщен, чем хотя бы один из исходных.
  

В частном случае, когда оба исходных цвета имеют одинаковый цветовой тон, эта закономерность сводится ко второму закону смешения цветов. Если мы возьмем цвета одинаковой насыщенности, то второй закон останется справедливым для цветовых тонов. Если же взять цвета одинаковые по тону и насыщенности, но разные по светлоте, то второй закон смешения цветов уже теряет смысл.

Аналогичным образом третий закон смешения цветов имеет смысл только для таких характеристик цвета, как тон и насыщенность, и не относится к светлоте. Поскольку первый и четвертый законы смешения цветов относятся вообще только к одной из характеристик цвета — либо к тону, либо к насыщенности, то оказывается, что законы смешения цветов характеризуют всего два сенсорных качества цвета — тон и насыщенность.

Эти два качества являются основными хроматическими характеристиками цвета, в отличие от ахроматических, одну из которых— светлоту (или яркость) мы уже рассматривали раньше. Изменение по цветовому тону и насыщенности цветового стимула называется изменением хроматичности стимула. В англоязычной литературе используется термин «chromaticity», который в отечественной литературе чаще всего переводится термином «цветность».