Картинка спектра цветов: Attention Required! | Cloudflare

Содержание

Свет и цвет: основы основ / Хабр


Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.

Мы окружены

Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом.

В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.

На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр. Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет — всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.

От света к цвету и обратно

Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.

Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.

Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.

Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).

Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) — красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 — Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.

Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный — пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света — там мрак, там всё становится черным. Пример тому — иллюстрация 4.

Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения

Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света.

Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.

Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения

Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).

Цветовой тон (hue)

– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.

Яркость (Brightness)

– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии — нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный — алый — бордовый — бурый — черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».

Светлость (Lightness)

– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный — малиновый — розовый — бледно-розовый — белый.

Насыщенность (Saturation)

– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.

Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).

Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.

Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop

Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% — это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) — это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 — это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах, в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.

Цвет объектов

Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.

Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет. А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет. Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света, которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря — физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.

Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.

Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.

Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.

И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.

Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра

Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.

Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра

Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.

Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра

Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.

В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета — цветовой температуре.

Что такое свет, цвет и спектральные цвета

Как всякая волна, свет излучается и поглощается физическими телами. Свет излучается нагретыми или иначе находящимися в возбужденном состоянии телами и веществами.

Как физическое явление, Свет изучается в физике, в разделе оптика. Причем Свет это не одиночная волна с определенными характеристиками, а поток волн, разной длины и частоты.

Из школьного курса физики мы знаем, что как всякие другие волны, свет может быть разложен на составляющие его волны при помощи дифракционной решетки (дифракция) или при помощи призмы (дисперсия). После такого разложения мы получаем спектр волн разной длины, при этом большой участок этого спектра будет невидим человеческим глазом.

Дифракционный и дисперсионный спектры имеют некоторые различия.

Дифракция, это явление отклонения от прямолинейного направления движения волны при прохождении ее через препятствия (щель, отверстие, стержень), размер которого соизмеримы с длиной волны. В случае дифракции, мы получаем картинку, имеющую несколько максимумов, не растянутую ни в какой из областей спектра (нормальный дифракционный спектр).

Нормальный дифракционный спектр равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн.

Дисперсия это физическое явление, связанное с распространением волн разной длины с разной скоростью в данном веществе. Коэффициент, полученный в результате таких опытов, называют коэффициентом преломления среды.

Дисперсионный спектр сильно сжат в области волн имеющих большую длину, и сильно растянут в области волн имеющих меньшую длину волны. Дисперсионный спектр располагается в порядке убывания длин волн.

Видимая часть спектра называется оптическим диапазоном спектра.

Цвет и спектральные цвета

Что такое цвет? Физика дает следующий ответ на этот вопрос: Цвет, это качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения, и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. [1.1]

Индивидуальное восприятие цвета определяется его спектральным составом, а также цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света и не светящимися объектами. [1.1]

В непрерывном световом спектре, в котором одни цвета плавно переходят в другие так, что определить точно границы каждого цвета и связь его с определенной длиной волны сложно принято различать следующие цвета в зависимости от длины волны [3.1]:

№ п/п Название цвета
Длина волны (нм)
От До
1 Фиолетовый 380 440
2 Синий 440 480
3 Голубой 480 510
4 Зеленый 510 550
5 Желто-зеленый 550 575
6 Желтый 575 585
7 Оранжевый 585 620
8 Красный 620 780

Диапазон волн от 0 нм до 380 нм, принято считать невидимым и называть ультрафиолетовой областью оптического излучения.

Диапазон волн от 780 нм до 1 мм, принято считать невидимым и называть инфракрасной областью оптического излучения.

Непрерывный оптический спектр

На рисунке 1 приведен главный максимум дифракционного цветового спектра.

Органы зрения живых существ воспринимают свет, отраженный от физических объектов и предметов. Цвет предмета, воспринимаемый органами зрения будет соответствовать длинам волн, отражаемых данными объектами. На пример, листва нам кажется зеленой по тому, что зеленую составляющую спектра лист отражает, а все другие составляющие, наоборот, поглощает. Или другой пример: апельсин оранжевый, по тому, что именно оранжевая составляющая светового спектра отражается апельсином.

Чувствительность органов зрения живых существ не постоянна в зоне видимого светового спектра. Для человека, на пример, на основании данных [3.2] чувствительность органов зрения приведена на Рисунке 2.

Спектральная чувствительность палочкового зрения (рисунок 2, кривая 2 — глаз адаптирован к ночным яркостям) характеризует работу глаза при столь малом количестве света, что его не хватает даже для частичного возбуждения колбочек. Кривая относительной спектральной чувствительности глаза имеет максимум на длине волны в 507 нм.

Для глаза, адаптированного к дневным яркостям V(λ) (рисунок 2, кривая 1), на длинах волн 510 нм и 610 нм характерно двукратное снижение чувствительности. Если же глаз адаптирован к ночным яркостям V’(λ) (рисунок 2, кривая 2), то снижение чувствительности в два раза наблюдается на длинах волн 455 нм. и 550 нм.

Рисунок 2. Относительная спектральная чувствительность глаза человека

Максимумы на кривых 1 и 2 на рисунке 2, равные единице, относительны. Дело в том, что палочковый аппарат ночного зрения человека намного чувствительнее, и для восприятия предельно малого светового сигнала (например, едва видимой точки на темном фоне) палочкам необходима примерно в пятьсот раз меньшая мощность, чем колбочкам. При этом палочки, действующие при периферическом (боковом) зрении, не позволяют определить цвета точки, в то время как колбочки, фиксирующие точку при прямом зрении, дают возможность увидеть и ее цвет [3.3].

Кроме этого, чувствительность человеческого глаза неодинакова к разным цветовым компонентам света. Чувствительность максимальна при 555 нм (желто-зеленый свет) и сводится к минимуму при более длинных (красный свет) и коротких (синий свет) длинах волн. Чувствительность человеческого глаза к воздействию красного излучения (650 нм) составляет всего 10% от максимальной чувствительности. Иными словами, чтобы добиться ощущения той же яркости, что и у желто-зеленого света, интенсивность красного света должна быть в десять раз больше [4.1].

Если соединить видимые красный и синий диапазон спектра, то мы получим цветовой круг Рисунок 3. Цветовой круг это способ представления непрерывности цветовых переходов в видимой части спектра. Сектора круга окрашены в различные цветовые тона, размещенные в порядке расположения спектральных цветов, причем пурпурный цвет связывает крайние красный и фиолетовый цвета.

Рисунок 3. Цветовой круг и триады цветов, дающие при смешивании белый цвет.

Цветовой круг впервые был предложен Исааком Ньютоном в 1704 году. Цветовой круг имеет большое значение для понимания законов смешивания спектральных цветов. Так на пример, вершины треугольника, вписанного в цветовой круг, однозначно указывают на триады цветов, которые при смешивании дадут белый цвет.

Рисунок 4. Цветовое поле видимого спектра.

В общем случае, оттенки цветов получаемые при смешивании простых спектральных цветов представлены на Рисунке 4.

Не спектральные цвета и смешивание цвета

Для восприятия цвета очень важно такое явление, как метамерия, особенности глаза и психики. [1.2]. Метамерия, это свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета. Иначе метамерией можно назвать восприятие двух окрашенных образцов одинаково окрашенными под одним источником освещения, но различно окрашенными под другим источником освещения. Это можно объяснить разными спектральными характеристиками источников освещения и разными наполняющими цветами в красочных покрытиях рассматриваемых образцов.

Физиологически метамерия зрения основана на строении периферического отдела зрительного анализатора биологического объекта. В соответствии с теорией происхождения видов, предки человека получили органы зрения от рыб. Эта гипотеза получила в настоящее время, как множество подтверждений, так и не меньшее число опровержений.

У человека, как и у карпа, роль периферического отдела зрительного анализатора выполняет сетчатка, в которой за восприятие цвета отвечают особые клетки, называемые колбочками.

В общем случае, можно создать такие условия, при которых пучок оранжевого спектрального цвета, пучок оранжевого не спектрального цвета (полученный смешением желтого и красного спектральных цветов) и пучок пурпурного не спектрального цвета (полученный смешением синего и красного спектральных цветов) могут восприниматься зрительным анализатором наблюдателя, как пучки одинакового цвета.

Однако если пропустить эти три пучка через дисперсионную призму, то мы получим:

Для оранжевого спектрального цвета: одну полоску, соответствующую длине волны первичного светового пучка.

Для оранжевого не спектрального цвета (полученного смешением желтого и красного спектральных цветов): две полоски, соответствующие длинам волн составляющих желтого и красного спектральных цветов первичного светового пучка.

Для пурпурного не спектрального цвета (полученного смешением синего и красного спектральных цветов): две полоски, соответствующие длинам волн составляющих синего и красного спектральных цветов первичного светового пучка.

В общем случае, результирующие цвета получаемые при смешивании цветов иллюстрирует Рисунок 5.

Рисунок 5. Результирующие цвета, получаемые при смешивании спектральных цветов

Данное наблюдение представляется мне важным при создании цвета красителя для окрашивания насадки.

Теории восприятия цвета

На сегодняшний день, существуют несколько теорий восприятия цвета. Пожалуй, самой распространенной из них является Трехкомпонентная теория, предложенная тремя авторами: М.В. Ломоносовым, Т. Юнгом и Г. Гельмгольцем. Согласно этой теории, в органе зрения человека существуют три цветоощущающих аппарата: красный, зеленый и синий. Каждый из них возбуждается в большей или меньшей степени, в зависимости от длины волны излучения. Затем возбуждения суммируются аналогично тому, как это происходит при суммируемом смешении цветов. Суммарное возбуждение ощущается человеком как тот или иной цвет. В своей работе «Цветовое зрение» авторы Л.Н. Миронова, И.Д. Григорьевич отмечают: «...Трехкомпонентная теория хорошо объясняет важнейшие закономерности цветового зрения: адаптацию, индукцию, цветовую слепоту, спектральную чувствительность глаза, зависимость цвета от яркости и другие, Однако, следует заметить, что в наше время известны факты, свидетельствующие о более сложной картине функционирования органа зрения...» [2.1].

Другой, очень распространенной и имеющей множество подтверждений, теорией является теория оппонентных цветов Э. Геринга. Геринг выдвинул предположение, что в колбочках сетчатки могут существовать три вида гипотетических веществ: бело-черные, красно-зеленые и желто-синие. Световой поток влечет их разрушение (одни световые лучи) с образованием белого, красного или желтого цветов или синтез (другие световые лучи) чорного, зеленого или синего цвета. Геринг предполагал, что имеются четыре основных цвета красный, желтый, зеленый и синий, и что они попарно связаны с помощью двух антагонистических механизмов зелено-красного механизма и желто-синего механизма. Постулировался также третий оппонентный механизм для ахроматически дополнительных цветов белого и черного. Из-за полярного характера восприятия этих цветов Геринг назвал эти цветовые пары «оппонентными цветами». Из его теории следует, что не может быть таких цветов, как зеленовато-красный и синевато-желтый. Таким образом, теория оппонентных цветов постулирует наличие антагонистических цветоспецифических нейронных механизмов. Например, если такой нейрон возбуждается под действием зеленого светового стимула, то красный стимул должен вызывать его торможение. Предложенные Герингом оппонентные механизмы получили частичное подтверждение после того, как научились регистрировать активность нервных клеток, непосредственно связанных с рецепторами. Так, у некоторых позвоночных, обладающих цветовым зрением, были обнаружены красно-зеленые и желто-синие горизонтальные клетки. У клеток красно-зеленого канала мембранный потенциал покоя изменяется и клетка гиперполяризуется, если на ее рецептивное поле падает свет спектра 400-600 нм, и деполяризуется при подаче стимула с длиной волны больше 600 нм. Клетки желто-синего канала гиперполяризуются при действии света с длиной волны меньше 530 нм и деполяризуются в интервале 530-620 нм.

Множество проводимых исследований подтвердили предположения этих двух теорий, так например колбочки у приматов существуют всего трех типов: воспринимающие цвет в фиолетово-синей, зелено-жёлтой, в желто-красной частях спектра. Каждый вид колбочек интегрирует поступающую лучистую энергию в довольно широком диапазоне длин волн, и диапазоны чувствительности трех видов колбочек перекрываются, различаясь лишь диаграммой величины чувствительности.

Человеческое зрение, таким образом, является трёхстимульным анализатором, то есть спектральные характеристики цвета выражаются всего в трех значениях. Если сравниваемые потоки излучения с разным спектральным составом производят на колбочки одинаковое действие, цвета воспринимаются как одинаковые.

В животном мире известны четырёх- и даже пятистимульные цветовые анализаторы, так что цвета, воспринимаемые человеком одинаковыми, животным могут казаться разными так, хищные птицы видят следы грызунов на тропинках к норам исключительно благодаря ультрафиолетовой люминисценции компонентов их мочи.

Характеристика органов зрения карпа

Как уже говорилось выше, в соответствии с теорией происхождения видов, предок человека унаследовал органы зрения от низших позвоночных, или от рыб, что вызывает большое сомнение у некоторых, уважаемых в научных кругах, авторов [5]:

«...Если принять как факт, что цветовое зрение мы унаследовали от низших позвоночных (рыб), что доказывается анатомическим, физиологическим, химическим и структурным сходством строения сетчатки, то эволюцию цветового зрения следует изучать не на приматах, а начиная с рыб. Тогда рассуждения об эволюции цветового зрения от протонопии до тритонопии (С.В.Кравков) нельзя признать обоснованной. Ведь уже у карпа имеются все три типа колбочек и даже детекторов оппонентного типа, хотя и находятся эти детекторные клетки еще в самой сетчатке, а не в латеральном коленчатом теле, как у приматов и человека (Пэдхем Ч., Сондерс Ж., 1978). Хотя карп обладает повышенной чувствительностью в красно-оранжевой, а не зелено-желтой области спектра, диапазоны частот реагирования рецепторов карпа и человека почти не различаются по ширине.

Таким образом, эволюция цветового анализатора шла параллельно с развитием анатомических и функциональных отделов центральной нервной системы (промежуточного, среднего мозга, коры), по „вертикали“, а не в сторону дифференциации цветочувствительных клеток периферического отдела анализатора (колбочек сетчатки), по горизонтали. Сохранение (даже небольшое расширение) диапазона чувствительности при усовершенствовании структуры цветового анализатора в ходе наземной эволюции высших позвоночных свидетельствует, что цвет играл существенную роль в их жизнедеятельности. Но только у той биологической линии, которая привела к возникновению человека. О центральном значении цветоразличения для человека свидетельствует хотя бы тот факт, что все 6,5 миллиона колбочек как у карпа, так и у человека, располагаются в фовеа-центральной зрительной ямке, области максимально четкого зрения ...».

Далее автор делает вывод [5]: «...Итак, мы видели, что для видов, значительно уступающих человеку в психическом развитии (растения, насекомые, рыбы, пресмыкающиеся, птицы), цвет не отделим от функций размножения, питания и выживания, т.е. от всего биологического цикла ...».

Из сказанного становится ясным, что максимум цветового восприятия карпа обыкновенного лежит в красно-оранжевой области светового спектра, что находит свое подтверждение в большом количестве работ других авторов.

Автор считает, что диапазон чувствительности в области видимого спектра карпа обыкновенного и человека почти не различается по ширине, что противоречит данным некоторых других источников.

Автор подчеркивает подобность строения органов зрения карпа и человека не только качественно: «...колбочки как у карпа, так и у человека располагаются в фовеа-центральной зрительной ямке» но и количественно: «все 6,5 миллиона колбочек как у карпа, так и у человека...».

Кроме этого, автор считает функцию распознания цвета, в частности карпом, не отделимой от функций размножения, питания и выживания, то есть от всего биологического цикла. Это пожалуй самый ценный для нас вывод, для нас — рыбаков, осуществляющих ловлю этой умной рыбы, маскируя насадку под привлекающую ее, рыбу, пищу.

Справедливости ради, нужно отметить, что в результате биофизических исследований органов зрения рыб, пресноводных, пресмыкающихся, приматов, человека, были получены другие, очень интересные факты, способные поставить под сомнение приведенные выше заключения.

Так на пример, в своей статье «О зрении животных», опубликованной в электронном журнале «LiveJournal» некий Евгений [6], приводит интересные факты, касающиеся возможностей органов зрения различных животных, птиц, рыб, ссылаясь на результаты научных исследований, опубликованные в научных изданиях. Так на пример, относительно золотых рыбок, относящихся к карповидным, Евгений пишет: «... 14. Золотые рыбки — тетрахроматы и видят длины волн от 300 нм (и даже ниже) до примерно 730 нм — то есть весь человеческий диапазон, плюс хороший кусок ультрафиолета, плюс пограничную с инфракрасным область... ». Ссылаясь на статью известных биологов Shozo Yohoyama, Huan Zhang, Z. Bernhard Radlwimmer, Nathan S. Blow «Adaptive Evolution of Color Vision of the Commoran Coclacanth (Latimeria Chalumnae)» [6.1], опубликованную в 26 марта 1999 года в Ню-Йорке, и перепечатанную журналом «Evolution» в мае 1999 года, Евгений пишет: «...15. Латимерия (целакант) — древняя, долгое время считавшаяся вымершей рыба, обитающая на глубине около 200 м. Света там почти нет, а те его остатки, что все-таки туда просачиваются — исключительно синие. Тем не менее, она тоже обладает цветным зрением, с нашей точки зрения весьма уникальным. Латимерия — дихромат, но все богатство воспринимаемой ею гаммы укладывается, по нашим меркам, в почти неотличимые оттенки синего в узеньком диапазоне длин волн возле 480 нм. Максимумы цветового восприятия её рецепторов отстоят друг от друга всего на 7 нанометров: 478 и 485 нм. ...». Относительно карпа обыкновенного, ссылаясь на статью [6.2] «The eyes of the common carp and Nile tilapia are sensitive to near-infrared» японских авторов Taro MATSUMOTO and Gunzo KAWAMURA, Евгений пишет: «...16. Обыкновенный карп может видеть в ближнем инфракрасном диапазоне (865 нм) — там же, где работают пульты управления телевизором и где рассеяние света в воде и воздухе существенно ниже».

Учитывая эти данные, мы можем усомниться в утверждении о равенстве ширины светового спектра воспринимаемого органами зрения карпа и человека.

Интересным представляется мнение А.М. Черноризова, высказанное им в его докторской диссертации на тему «Нейронные механизмы цветового зрения».

Проведя опыты на речном карпе, Carpio Cyprims L.; на 13 карпах in vivo (живых карпах) и более чем 200 карпах in vitro, и проанализировав другие, известные ему работы, автор пришел к заключению [7.1]: «...Исследование и моделирование процессов передачи информации о цвете в нейронных сетях зрительной системы является одной из главных задач психофизиологии цветовосприятия в рамках современной психофизиологии как науки о нейронных механизмах психических процессов и состояний. Адекватной экспериментальной моделью для этого является сетчатка глаза, которая по сложности строения и возможностям интегральной обработки параметров зрительных образов напоминает мозг (Jasper, Raynauld, 1975; Хьюбел, 1990). На уровне нервных элементов сетчатки осуществляется переход от кодирования цвета цо принципам трехкомпонентной теории Ломоносова-Юнга-Гельмгольца (слой фоторецепторов) к кодированию цвета по принципам теории оппонентных цветов Геринга (слой горизонтальных и биполярных клеток). В сетчатке происходит формирование цветооппонентных („красно-зеленых“, RG-типа; „сине-желтых“, YB-типа) и ахроматических (нецветооппонентных „яркостных“, В-типа, и „темновых“, D-типа) нейронных систем, которые, по нашим данным, обладают разной функцией в процессе цветокодирования. ...».

Далее автор отмечает [7.1]: "...В поведенческих опытах Wolf (1925) показано, что рыбы из одного с карпом семейства Cyprinidae могут различать до 20 различных цветов в диапазоне от 340 до 760 нм. При этом рыбы отличают пурпурный цвет (смесь синего и красного спектральных излучений) от любого другого цвета. Hamburger (1926) выявил существование дополнительных цветов для рыб {Phoxinus laevisAG, семейство Cyprinidae), а также способность отличать белый цвет от какого-либо спектрального цвета. Таким образом, всю гамму цветов для рыб, как и для человека, можно представить в виде замкнутой круговой диаграммы (круга Ньютона) (Herter, 1953). Herter (1953) констатировал явления одновременного и последовательного яркостного и цветового контрастов для цветового зрения рыб. Horio (1938) в опытах на карпах показал, что при различении зрительных стимулов рыбы чаще ориентируются на цвет, чем на форму. Способность рыб, в частности, карпа, правильно оценивать цвет предметов независимо от условий освещения (константность восприятия цвета) продемонстрирована в поведенческих и Электрофизиологических исследованиях (Oyama, Jitsumori, 1974; Диментман и др., 1975; Максимова и др., 1975; Crawford et.al., 1990). Наконец, цветовое зрение рыб, как и у человека, трихроматично. На это указывают данные микроспектрофотометрических, нейрофизиологических и поведенческих экспериментов (для обзора см.: Измайлов и др., 1989).

Имеются данные о наличии в сетчатке костистых рыб фоторецепторов с пиком чувствительности в ультрафиолетовой области спектра (Neumeyer, Arnold, 1989). Не ясна роль этих рецепторов в цветовом зрении рыб ввиду того, что оптическая система камерного глаза этих животных не пропускает ультрафиолетовые лучи. Однако, имеются данные о влиянии активности рецепторов этого типа в различение цветов в синей области спектра (400-480 нм) (Neumeyer, Arnold, 1989).

У рыб и амфибий хорошо развита система ретино-тектальных зрительных проекций, что обусловливает сложный характер обработки цветового сигнала уже на уровне нейрональных структур сетчатки. В этой ситуации сетчатка этих животных может служить моделью для изучения принципов цветокодирования, реализуемых у приматов центральными отделами зрительного анализатора. ..."

Подводя итог проведенным исследованиям, автор замечает [7.1]: «...Достоверность результатов достигалась большим объемом выборки и использованием современных статистических методов многомерного анализа (метрическое многомерное шкалирование). Представленные в работе данные получены в более чем 500 опытах на 26 моллюсках, 40 лягушках, 13 карпах in vivo и более чем 200 карпах in vitro. На изолированной сетчатке карпа внутриклеточно исследованы спектральные реакции 538 горизонтальных клеток и 45 биполярных клеток. ...».

Анализируя приведенные выше исследования, с высокой степенью достоверности, можем предположить следующее:

Сетчатки глаза карпа и человека очень похожи по функционированию и строению, и «...по сложности строения и возможностям интегральной обработки параметров зрительных образов напоминают мозг...».

Имеются данные о наличии у рыб рецепторов, помогающих им различать цвета в области синего цвета, а также в значительном диапазоне инфракрасной зоны спектра.

Особое внимание нужно обратить на то, что максимальная активность нейронов мозга карпа зарегистрирована при раздражении его фоторецепторов пурпурным цветом, который является не спектральным цветом, а результатом суммирующего действия двух спектральных цветов: синего и красного.

Выводы

1. Сетчатки глаза карпа и человека очень похожи по функционированию и строению, а по сложности строения и возможностям интегральной обработки параметров зрительных образов напоминают мозг.

2. Диапазон чувствительности в области видимого спектра органов зрения карпа и человека значительно различается по ширине, что дает карпу возможность видеть объекты в синей части спектра и в невидимой области инфракрасного цвета, предположительно до длин волн около 865 нм. Это, в свою очередь, объясняет то, как карп может найти пищу в условиях практически полной темноты, например, ночью.

3. Максимум цветового восприятия карпа лежит в красно-оранжевой области светового спектра.

4. Максимальная активность нейронов мозга карпа зарегистрирована при раздражении его фоторецепторов пурпурным цветом, который является не спектральным цветом, а результатом суммирующего действия двух спектральных цветов: синего и красного.

5. Карп способен отличать белый спектральный цвет от какого-либо другого цвета.

6. Во время распознавания объекта, карп более склонен ориентироваться на цвет объекта, чем на его форму.

7. Функцию распознания цвета у карпа не отделима от функций размножения, питания и выживания, то есть от всего биологического цикла.

Заключение

Сделанные мною и приведенные выше, выводы, не претендуют на научную ценность и вполне могут быть ошибочными. Но в своих экспериментах с окрашиванием насадок я придерживаюсь следующих, изложенных мною ниже правил.

Мои насадки имеют преимущественно оранжевый спектральный цвет, оранжевый не спектральный цвет, пурпурный не спектральный цвет и белый не спектральный цвет. Они обязательно яркие и отчетливо выделяются на фоне окружающих предметов.

Насадки дают обильное, легко различимое облако мути имеющее тот же цвет, что и насадка.

В свои насадки я пытаюсь включать энзимы, способные поднять температуру поверхности насадки, по сравнению с температурой окружающей среды, хотя бы на один градус. Это позволяет выделить насадку на фоне окружающих ее объектов (заставляет насадку светиться изнутри) и делает ее более привлекательной и легко распознаваемой рецепторами инфракрасного зрения зрительного аппарата рыбы.

Литература:

1. Википедия. Свободная энциклопедия.

1.1. Цвет: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B2%D0%B5%D1%82

1.2. Метамерия: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0 %D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F_(%D1%86%D0%B2%D0%B5%D1%82)

2. Л.Н. Миронова, И.Д. Григорьевич, «Цветовое зрение», 2004 — 2008 годы.

2.1. Трех компонентная теория восприятия цвета. http://www.mironovacolor.org/theory/color_vision/

3. А. Прядко «Система световых величин» http://rus.625-net.ru/625/2004/03/light.htm

3.1. Цвет и длина волны.

3.2. Чувствительность органов зрения человека.

3.3. Максимумы ночного и дневного зрения.

4. «Освещение теплиц. Освещение и люди.» http://www.lighting.philips.com/ru_ru/trends/light/lightandhumans.php?main=ru_ru&parent=ru_r...

5. П.В. Яньшин, «Семантика цветового образа. К вопросу о „биологической целесообразности“ цветового зрения», Провинциальная ментальность России в прошлом, настоящем и будущем. Материалы III международной конференции по исторической психологии российского сознания. Ежегодник Российского психологического общества. Т. 3, вып. 2. Самара, СамГПУ, 1999. С. 200-217.

5.1. Взято по адресу: http://colormind.narod.ru/_private/YanshinOnColorSemantics.htm

6. Евгений, «О зрении животных», «LiveJournal» http://eugenebo.livejournal.com/45235.html

6.1. http://www.life.illinois.edu/ib/426/handouts/Yokoyama%20celacanth%20PNAS99.pdf

6.2. http://www3.interscience.wiley.com/journal/118658551/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 7. Черноризов Александр Михайлович. Нейронные механизмы цветового зрения : Дис. ... д-ра психол. наук : 19.00.02 : Москва, 1999 227 c. РГБ ОД, 71:99-19/41-8

7.1. http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/124401.html

Автор: Саваченко Григорий

Статья с сайта http://www.sportfishing.ua

Цвет для чайников. Обширное руководство для начинающих. | by Anton Guk

Эта статья основана на книге “Искусство цвета” Иоханнеса Иттена и еще бесчисленном количестве различных статей о теории цвета. Тут я попытался сделать “обезжиренную” версию этих знаний, для более легкого понимания материала. Статья подойдет не только дизайнерам, но и всем людям, которые хотят научится понимать и работать с цветом. В статье вы узнаете о физических свойствах цвета, почему мы воспринимаем его таким, что он может значить и как составлять гармоничные схемы.

Дисперсия света

Исаак Ньютон один из первых кто смог разложить белый солнечный свет на цветовой спектр — позднее это назвали “Дисперсией света”.

Опыт заключался в следующем: он пропускал солнечный свет через призму. В ней луч света расслаивался на цвета и выводился на экран.

Обложка альбома группы Pink Floyd “Dark Side of the Moon», отображающая дисперсию света.

Цвета которые выводились называются спектральными или проще — чистые цвета. Это красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый.

Интересный факт, оказывается, количество цветов в радуге, зависит от страны проживания. Жители Китая считают, что в радуге пять цветов. Для жителей США типичным ответом будет шесть цветов, в то время как жители России насчитывают их семь (+голубой). На самом деле в радуге собран весь спектр, но мы можем увидеть только некоторые из них.

Если все эти цвета пропустить обратно через собирательную призму, то мы опять получим белый цвет.

Дополнительные цвета

Если мы соберем красный + оранжевый + желтый в один цвет, и зеленый + синий + фиолетовый в другой, а потом смешаем два получившихся цвета то получим белый.

(красный + оранжевый + желтый) + (зеленый + синий + фиолетовый) = белый

Даже если мы смешаем только отдельные противоположные цвета красный + зеленый, оранжевый + синий, желтый + фиолетовый то в результате получим белый.

Два цвета, объединение которых даёт нам белый цвет, называются дополнительными цветами.

Пример: Если мы удалим из спектра один цвет, к примеру красный и с помощью линзы соберем оставшееся цвета: оранжевый + жёлтый + зеленый + синий + фиолетовый, то результатом у нас будет зеленый цвет. Потому что зеленый является дополнительным цветом по отношению к удалённому нами красному. Почему именно такие соотношения “зеленый — красный” расписано ниже.

Вычитаемые цвета

Если перед лучом света поставить фильтр который пропускает только синий цвет, а за ним фильтр пропускающий только красный цвет, то оба фильтра вместе не пропустят свет и дадут чёрный цвет или темноту. Потому что синий фильтр пропускает только синий цвет, а красный фильтр в свою очередь поглощает все, кроме красного (который уже был поглощен синим фильтром).

Поглощаемые в физическом эксперименте цвета называются также вычитаемыми.

Параметры цвета

  1. Тон / Hue — это то, что мы имеем в виду, говоря «цвет». Синий, красный, зеленый, оранжевый, фиолетовый и тд.
  2. Насыщенность / Saturation — параметр цвета, характеризующий степень чистоты цветового тона.
  3. Яркость / Brightness обозначает степень отличия цвета от белого или черного.

Что такое RGB, CMYK, HEX и чем они отличаются

RGB (Red, Green, Blue) — аддитивная (сложение) цветовая модель. Основные цвета которой красный, зеленый и синий. Это значит, что при сложении всех цветов у нас получится белый. Такая модель используется во всех электронных устройствах. Записывается в виде: rgb(0,0,0), каждый из цветов может варьироваться от 0 до 255 включительно, где (0,0,0) — черный цвет, (255,255,255) — белый. Дополнительно может добавляться четвертый параметр — аlpha канал, который означает насколько прозрачен цвет. Alpha канал может принимать значения от 0 до 1, к примеру rgba(31,104,2, 0.8).

HEX — это RGB в шестнадцатеричной системе. Выглядит таким образом #102945, первые две цифры отвечают за красный цвет, вторые за зеленый и третьи за синий. Каждый символ может принимать значения: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f. Где #000000 — черный цвет, а #ffffff — белый.

CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key color) — субтрактивная (вычитание) схема формирования цвета. Состоит из голубого, пурпурного, жёлтого и ключевого — черного цвета. Эта модель используется в полиграфии при цветной печати. Бумага, как и все материалы, отражает свет, поэтому считают, какое количество света отразилось от поверхности. Несмотря на то, что чёрный цвет можно получать смешением в равной пропорции пурпурного, голубого и жёлтого красителей, по ряду причин (чистота цвета, переувлажнение бумаги, стоимость и др.) такой подход неудовлетворителен, поэтому используют отдельно черный цвет.

Почему мы видим цвета такими?

Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн человеческим глазом и мозгом.

Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Желтый сыр выглядит желтым потому, что он поглощает все остальные цвета светового луча и отражает только желтый. Когда мы говорим: «этот сыр желтый», то мы на самом деле имеем в виду, что молекулярный состав поверхности сыра таков, что он поглощает все световые лучи, кроме желтого. Сыр сам по себе не имеет никакого цвета, цвет создаётся при его освещении.

Если красная бумага (поверхность, поглощающая все лучи кроме красного) освещается зелёным светом, то бумага покажется нам чёрной, потому что зелёный цвет не содержит лучей, отвечающих красному цвету, которые могли быть отражены нашей бумагой.

Сам цвет не выражает нечего. Его содержание определяется контекстом. Значение цвета может быть определено только с помощью его отношения к другому цвету. Если изобразить светлую фигуру на белом фоне, и эту же фигуру на черном, то на белом фоне она кажется темнее, производя впечатление лёгкого нежного тепла. На чёрном же становится чрезвычайно светлым и приобретает холодный, агрессивный характер.

Согласно данным одного из исследований, персональные предпочтения, опыт, воспитание, культурные различия и контекст зачастую искажают эффект, который оказывают на нас отдельные цвета.

Пользователи не понимают нашего цветокодирования. Желтый значит «веселый» для вас, но для для других это может значить «не здоровый» или «блевотный». Каждый человек воспринимает цвета очень субъективно и зависит это только от его контекста. Он любит одни цвета, и ненавидит другие. И это в значительной степени непредсказуемо. Вы не сможете угадать.

Цвет не является вербальным или рациональным. Он контекстен и эмоционален. Цвет — сильный инструмент, но сам по себе он не имеет смысла.

Отличная статья про желтый цвет в кино, если вам хочется больше узнать на реальных примерах, о том как именно контекст влияет на значение цвета.

Когда люди говорят о цветовой гармонии они полагаются исключительно на субъективные чувства, в то время как понятие цветовой гармонии является объективной закономерностью. Гармония — это равновесие, симметрия сил. Наши глаза требуют и поражают комплиментарные цвета (противоположные, дополнительные) создавая этим равновесие. Нейтральным цветом считается серый, наш глаз не создает с ним ни какого дополнительного цвета.

Для того что бы создавать гармоничные сочетания, были разработаны различные системы порядка цветов. Это цветовой круг и треугольники для цветов (изображение ниже). Противоположные цвета в этом круге являются дополнительными.

Цветовой круг по Иоханнесу Иттену (1961)

Композиционные схемы

Для цветовой композиции важно количественное отношение цветов. Можно сделать общее заключение, что все пары дополнительных цветов, все сочетания цветов в двенадцатичастном цветовом круге, которые связаны друг с другом через равносторонние или равнобедренные треугольники, квадраты и прямоугольники, являются гармоничными. Эти фигуры можно вращать в пределах круга, все сочетания будут гармоничными.

Урок 3. цвет. основы цветоведения. цвет в произведениях живописи - Изобразительное искусство - 6 класс

«Изобразительное искусство»

«6» класс

Урок № 03. Цвет. Основы цветоведения. Цвет в произведениях живописи

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Цвет и его использование в произведениях изобразительного искусства.

Понятия «основной цвет», «составной цвет», «дополнительный цвет», «цветовой круг», «тёплые и холодные цвета», «цветовой контраст», «локальный цвет», «сложный цвет», «колорит».

Почему человек видим мир цветным?

Как получить различные оттенки одного цвета?

Можно ли красками создать цветовые образы с различным эмоциональным звучанием?

Глоссарий по теме:

Спектр – та же радуга, и цвета в нём располагаются в определённом порядке: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Красный, жёлтый и синий – основные цвета, или первичные.

Каждый цвет имеет свой строго определённый дополнительный цвет. Фиолетовый является дополнительным к жёлтому, зелёный – к красному, синий – к оранжевому.

Смешивая основные цвета попарно в равных долях, можно получить составные цвета – оранжевый, зелёный и фиолетовый.

Цветовой круг – это геометрический порядок множества цветов.

Цвета, расположенные рядом, можно назвать родственными или близкими.

Цвета делятся на тёплые и холодные. Цвета красно-жёлтой части спектра радуют глаз, создают ощущение тепла, поэтому их назвали тёплыми, а цвета зелёно-сине-фиолетовой части спектра называют холодными.

Колорит – это цветовой строй произведения, взаимосвязь всех его цветовых элементов.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Неменская Л. А. Изобразительное искусство. Искусство в жизни человека. 6 класс: учеб. для общеобразоват. организаций / Л. А. Неменская; под ред. Б. М. Неменского. – 10-е изд. перераб. и доп. – М.: Просвещение, 2019. – 191 с.: ил. – ISBN 978-5-09-071640-6

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

1. Восприятие цвета мозгом [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.tikkurila.ru/dlya_professionalov/tsveta/vvedenie_v_teoriyu_tsveta/vospriyatie_tsveta_mozgom (дата обращения: 06.08.19).

2. Дисперсия света. Цветовой диск Ньютона [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rosuchebnik.ru/material/dispersiya-sveta-tsvetovoy-disk-nyutona-7587/ (дата обращения: 06.08.19).

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Цвет играет самую важную роль в творчестве художника. Свет – это электромагнитная волна, а цвет – это световые волны определённой длины. Волны отражаются или поглощаются поверхностью предметов. Поэтому говорят, что свет порождает цвет. Световые волны разной длины, попадая в глаз, возбуждают сигнал, который идет в головной мозг, и представляются нам цветом. Световые волны сами по себе не имеют цвета, цвет возникает только при восприятии этих волн человеческим глазом и мозгом.

Если на пути солнечного луча поставить стеклянную трёхгранную призму, то белый свет расслоится и образуется разноцветная полоса, которая называется спектром. Цвета в спектре располагаются в определённом порядке: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Красный, жёлтый и синий – основные цвета, или первичные. Смешивая основные цвета попарно в равных долях, можно получить составные цвета – оранжевый, зелёный, и фиолетовый.

Для простоты и наглядности был придуман цветовой круг как геометрический порядок множества цветов.

Три основных цвета размещены в треугольнике. На его сторонах построены треугольники составных цветов. Вокруг вершин полученного шестиугольника очерчено кольцо из двенадцати цветов. Цвета, расположенные рядом, можно назвать родственными или близкими. В цветовом круге дополнительные цвета находятся строго напротив друг друга.

Чтобы получить новые оттенки каждого цвета, можно прибавлять к нему разное количество белого или чёрного. Получаемый при этом цветовой тон будет отличаться насыщенностью и светлотой. Любой цвет можно определить по количеству составляющих его основных цветов в процентах.

Древние народы придавали большое значение влиянию цвета и наделяли разные цвета символическим смыслом. Так, у многих народов красный цвет – цвет солнца и любви, зелёный – цвет юности, обновления и надежды, а белый – цвет чистоты и невинности.

Цвета делятся на тёплые и холодные. Это основной цветовой контраст и главный способ определения цвета в изобразительном искусстве. Цвета красно-жёлтой части спектра радуют глаз, создают ощущение тепла, поэтому их назвали тёплыми, а цвета зелёно-сине-фиолетовой части спектра называют холодными. В каждой паре дополнительных цветов один цвет тёплый, а другой – холодный.

Для цветового построения картины главным является умение художника видеть цвет.

КОЛОРИТ – это цветовой строй произведения, взаимосвязь всех его цветовых элементов. Колорит раскрывает образную мысль художника, это средство выражения того содержания, которое хотел вложить мастер в своё произведение.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Почему человек видит мир в цвете? Выберите один правильный ответ.

1) Световые волны окрашены в цвета, глаз различает, в какой цвет они окрашены.

2) Все предметы поглощают и отражают световые волны. Человеческий глаз воспринимает отраженные волны. Каждая волна имеет свою длину, соответствующую определенному цвету в спектре. Сигнал из глаза передается в головной мозг, там обрабатывается и осознается как цвет.

3) Из глаза идут воображаемые лучи, которые «ощупывают» предметы и расшифровывают, какого они цвета.

Правильный вариант:

2) Все предметы поглощают и отражают световые волны. Человеческий глаз воспринимает отраженные волны. Каждая волна имеет свою длину, соответствующую определенному цвету в спектре. Сигнал из глаза передается в головной мозг, там обрабатывается и осознается как цвет.

Неправильные варианты:

1) Световые волны окрашены в цвета, глаз различает, в какой цвет они окрашены.

3) Из глаза идут воображаемые лучи, которые «ощупывают» предметы и расшифровывают, какого они цвета.

2. Раскрасьте цветовой круг. Используйте краску, номер которой соответствует номеру на картинке.

Дать картинку для раскрашивания, подобную представленной – убрать из нее все цвета, оставить только контуры и промаркировать цифрами, в какой цвет надо раскрасить определенные зоны на картинке.

Для раскрашивания дать палитру, где каждому цвету присвоен сой номер:

жёлтый

красный

синий

фиолетовый

оранжевый

зелёный

и промежуточные оттенки, отмеченные галочками (на экран детям галочки не давать)

Правильный ответ:

Дисперсия света. Цветовой диск Ньютона

  • Участник: Ворошнин Данил Александрович
  • Руководитель: Базыльникова Марина Александровна

Введение

Мы живем в мире разнообразных световых явлений – радуга, полярные сияния, голубое небо. Тем, кто не знаком с причинами их возникновения, эти световые явления кажутся необыкновенными и загадочными.

В повседневной жизни мы встречаемся со многими световыми явлениями, но обычно не задумываемся над ними – насколько они привычны для нас, а вот объяснить их часто затрудняемся. Например, чайная ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам надломленной или сломанной, в зависимости от того, с какой стороны мы смотрим на ложку. Мы видим окружающие нас предметы многоцветными при освещении Солнцем или яркой лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность предметов блекнет.

Все эти явления связаны с понятием «свет». В обыденной речи «свет» мы используем в самых разных значениях: ученье – свет, а неученье – тьма, свет мой, солнышко, скажи … В физике термин «свет» имеет гораздо более определенное значение. Опытным путем было установлено, что свет нагревает тела, на которое падает. Следовательно, он передает этим телам энергию. Мы также знаем, что одним из видов теплопередачи является излучение, следовательно, Свет – это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом и вызывающее зрительные ощущения. Свет обладает множественными свойствами, одним таким свойством света является – дисперсия. Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений это обычная радуга. На первый взгляд радуга это что-то простое, на самом деле при возникновении радуги происходят сложные физические процессы. Поэтому мы выбрали тему дисперсия света для того, чтобы глубже понять физические процессы и явления, происходящие в природе. Это очень интересная тема и мы постараемся в своем проекте представить все моменты, происходящие в истории развития науки о свете и показать опыты по демонстрации дисперсии света, а так же свою экспериментальную установку, разработанную специально для наблюдения дисперсии света, которая впоследствии может быть использована на уроках физики при изучении данной темы.

Цель проекта – изучение понятия «Дисперсия света» и изготовление экспериментальной установки «Цветовой диск Ньютона».

Задачи:

  1. Изучить историю открытия И. Ньютоном явления Дисперсия света.
  2. Рассмотреть спектральный состав света.
  3. Дать понятие о дисперсии света.
  4. Подготовить эксперименты по наблюдению дисперсии света.
  5. Рассмотреть природное явление радуга.
  6. Изготовить экспериментальную установку «Цветовой диск Ньютона».

I. Теоритическая часть

1.1. Открытие Исаака Ньютона

В 1665–1667 годах Исаак Ньютон – английский физик и математик занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено, данное наблюдение его очень заинтересовало, и он решил разгадать природу возникновения цветных полос. В это время в Англии свирепствовала эпидемия чумы, и молодой Исаак Ньютон решил укрыться от неё в своём родном Вулсторпе. Перед отъездом в деревню он приобрёл стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов». Исследуя природу цветов, Ньютон придумал и выполнил целый комплекс различных оптических экспериментов. Некоторые из них без существенных изменений в методике, используются в физических лабораториях до сих пор. Главный опыт был традиционным. Проделав небольшое отверстие в ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов (рис. 1).


Рисунок 1. Эксперимент И. Ньютона

1.2. Спектральный состав света

Полученную таким образом цветную полоску солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (рис. 2).


Рисунок 2. Разложение белого пучка света на спектр

Спектр – (от латинского «spectrum» – видение) непрерывный ряд цветных полос, получается путем разложения луча белого света на составные части (рис. 3).


Рисунок 3. Спектр

Если же рассматривать спектр без подобного предубеждения, то полоса спектра распадается на три главные части – красную, желто-зелёную и сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными.

Все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете, а стеклянная призма лишь разделяет их, так как различные цвета по-разному преломляются стеклом. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, слабее всего – красные.

1.3. Дисперсия света

Проходя через призму, луч солнечного света не только преломляется, но и разлагается на различные цвета.

Дисперсией называется явление разложения света на цвета при прохождении света через вещество.

Прежде чем разобраться в сути этого явления, необходимо рассмотреть преломлении световых волн. Изменение направления распространения волны при прохождении из одной среды в другую называется преломлением.

Положим на дно пустого не прозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света (рис. 4).


Рисунок 4. Преломление светового луча

Закон преломления света: падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

где n21 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

При изменении угла падения α меняется и угол преломления β, но при любом угле падения отношения синусов этих углов остается постоянным для данных двух сред.

Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то

где n – абсолютный показатель преломления второй среды.

Абсолютный показатель преломления – физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления при переходе луча из вакуума в эту среду.

Чем больше у вещества показатель преломления, тем более оптически плотным считается это вещество. Например, рубин – среда оптически более плотная, чем лёд.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Это было доказано французским математиком Пьером Ферма и голландским физиком Христианом Гюйгенсом. Они доказали, что

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:

sinα  = n21 =  V1
sinβ V2

Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме. Причиной уменьшения скорости света в среде является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества. Чем сильнее взаимодействие, тем больше оптическая плотность среды, и тем меньше скорость света. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества его плотности. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого – меньше, чем для фиолетового.

Таким образом,

Дисперсия света – зависимость показателя преломления и скорости света от частоты световой волны.

Абсолютный показатель преломления стекла n, из которого изготовлена призма, зависит не только от свойств стекла, но и от частоты (от цвета) проходящего через него света. В опыте Ньютона при разложении в спектр пучка белого света, лучи фиолетового цвета, имеющие большую частоту, чем красные, преломились сильнее красных, поэтому на экране можно наблюдать цветную полосу – спектр (рис. 5).


Рисунок 5. Преломление светового луча при прохождении через более оптически-плотную среду – стеклянную призму

1.4. Радуга

Дисперсией света объясняются многие явления природы, например Радуга. В результате преломления солнечных лучей в каплях воды во время дождя на небе появляется разноцветная дуга – радуга (рис. 6).


Рисунок 6. Природное явление радуга

Радуга — это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя.

Разноцветная дуга появляется оттого, что луч света преломляется в капельках воды, а затем, возвращаясь к наблюдателю под углом в 42 градуса, расщепляется на составные части от красного до фиолетового цвета (рис. 7).


Рисунок 7. Преломления света в капле дождя

Прежде всего, заметим, что радуга может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется сзади. Наблюдаемые в радуге цвета чередуются в такой же последовательности, как и в спектре, получаемом при пропускании пучка солнечных лучей через призму. При этом внутренняя (обращенная к поверхности Земли) крайняя область радуги окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя крайняя область — в красный.

Яркость оттенков и ширина радуги зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли, тем уже и ярче радуга, тем в ней больше красного насыщенного цвета. Если идёт мелкий дождик, то радуга получается широкая, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями.

Чаще всего видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем (рис. 8).


Рисунок 8. Схема образования радуги относительно наблюдателя

Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы (рис. 9).


Рисунок 9. Радуга с борта самолета

II. Практическая часть

2.1. Демонстрация экспериментов по наблюдению дисперсии света

Изучив историю открытия дисперсии света, и процесс образования спектра, мы решили опытным путем пронаблюдать дисперсию света. Для этого подготовили и провели видео эксперименты, которые можно использовать на уроках физики при изучении темы Дисперсия света.

Эксперимент №1. Получение радужного спектра на мыльных пленках

Для проведения эксперимента понадобится: ёмкость с мыльным раствором, проволочная рамка.

Ход эксперимента: наливаем мыльный раствор в ёмкость, опускаем рамку в раствор, образуется мыльная плёнка. На плёнке появляется радужные полосы.


Эксперимент №2. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении сквозь стеклянную призму

Для проведения эксперимента понадобится: призма, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги).


Ход эксперимента: устанавливаем призму на экспериментальном столике. С одной стороны столика устанавливаем экран. Свет направляем на призму и на экране наблюдаем радужные полосы.



Эксперимент № 3. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении через воду

Для проведения эксперимента понадобится: зеркало, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги), ёмкость с водой.



Ход эксперимента: в ёмкость наливаем воду и кладем на дно зеркало. Направляем на зеркало свет, чтобы отраженный свет попадал на экран.



1.2. Цветовой диск Ньютона

Ньютон провел обычный опыт со стеклянной призмой и заметил разложение света на спектр. Направив луч дневного света на призму, он увидел на экране различные цвета радуги. После увиденного он выделил из них семь основных цветов. Это были такие цвета как: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать где сидит фазан). Ньютон выбрал лишь семь цветов по той причине, что были наиболее яркие, он также говорил, что в музыке всего семь нот, но сочетание их, различные вариации позволяют получить совершенно различные мелодии. Проведя обратный опыт, т.е. полученный спектр он направил на грань другой призмы и в результате опыта Ньютон снова получил белый свет (рис.10).


Рисунок 10. Первая призма разлагает белый свет в спектр, вторая вновь собирает спектр в белый свет

 

На основе этих простых опытов Ньютону пришла в голову мысль о создании круга состоящего из семи секторов и закрашенных определенными цветами в результате вращения, которого произойдет их смешение и мы получим белую раскраску этого круга. В последствии этот круг стали называть Цветной диск Ньютона (рис. 11).


Рисунок 11. Цветной диск Ньютона

Попробуем повторить опыт Ньютона. Для этого создадим экспериментальную установку, которая состоит из компьютерного кулера и прикрепленного к нему цветового диска, также блока питания (рис. 12).


Рисунок 12. Экспериментальная установка по получению белого света из спектра

Кулер создает большой проток воздуха, и служит для того что бы привести во вращение цветной диск. Так как наша установка подключается в сеть с напряжением 220 В, а кулер рассчитан на 12 В, поэтому к кулеру подключили блок питания для понижения напряжения с 220 В на 12 В. Для безопасности установка изолирована в пластмассовом боксе.

В результате при включении установки в розетку сети питания цветной круг, закрепленный на кулере, начнет вращаться, и мы увидим желтовато-белую окраску круга (рис. 13).


Рисунок 13. Результат вращения цветового диск Ньютона

Окраска круга при вращении желтовато-белая по двум причинам:

  1. Скорость вращения круга очень низкая по сравнению со скоростью света;
  2. Круг окрашен с резкими цветовыми переходами, если сравнивать со спектром разложения белого света.

Таким образом, нам удалось повторить эксперименты Ньютона по разделению белого света на спектр и наоборот получение белого света из спектра.

Заключение

Окружающий нас мир играет красками: нас радует и волнует голубизна неба, зелень травы и деревьев, красное зарево заката, семицветная дуга радуги. В своем проекте мы попытались ответить на вопрос - как можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. В целом поставленная цель об изучении такого явления как дисперсия света в итоге достигнута. Для того чтобы глубже понять такое свойство света как дисперсия, была изучена дополнительная литература по световым явлениям, были проведены эксперименты по наблюдению явления, была изготовлена установка для вращения цветового круга Ньютона с некоторой скоростью.

В результате проведенных опытов и экспериментов нами были сделаны следующие выводы:

  1. Дисперсия – явление разложения белого света в спектр.
  2. Белый цвет имеет сложную структуру, состоящий из нескольких цветов.
  3. При падении света на границу раздела двух прозрачных сред световые лучи различной цветности преломляются по разному (наиболее сильно-фиолетовые лучи, менее других- красные).
  4. Призма не изменяет цвет, а лишь разлагает его на составные части.

Таким образом, посредством теоретического изучения данной темы и ее практического подтверждения и была достигнута основная цель проекта.


Волна цвета: физика цвета | LOOKCOLOR

Волна цвета — определяет спектр, видимый глазу, который отражается от предметов, тем самым задавая ему цвет. Именно эта физическая величина количественно улавливается глазом и преображается в цветовые ощущения.

Физика цвета изучает природу явления: расщепление света на спектры и их значения; отражение волн от предметов и их свойства.

Как такового цвета в природе не существует. Он продукт умственной переработки информации, которая поступает через глаз в виде световой волны.

Человек может отличить до 100 000 оттенков: волны от 400 до 700 миллимикрон. Вне различимых спектрах лежат инфракрасный ( с длинной волны более 700 н/м) и ультрафиолет ( меньше 400 н/м).
В 1676 г И. Ньютон провел эксперимент по расщеплению светового луча с помощью призмы. В результате он получил 7 явно различимых цветов спектра.

Цвет

Длина волны в н/м

Красный

800-650

Оранжевый

640-590

Желтый

580-550

Зеленый

530-490

Голубой

480-460

Синий

450-440

Фиолетовый

430-390


Спектр часто сокращают до 3 основных цветов, от которых можно построить все остальные оттенки.
Волны имеют не только длину, но и частоту колебаний. Эти величины взаимосвязаны, поэтому задать определенную спектр можно либо длиной, либо частотой колебаний.
Получив непрерывный спектр, Ньютон пропустил его через собирающую линзу и получил белый свет. Тем самым доказав:

1 Белый — состоит из всех цветов.
2 Для цветовых волн действует принцип сложения
3 Отсутствие света ведет к отсутствию цвета.
4 Черный – это полное отсутствие оттенков.
В ходе экспериментов было выяснено, что сами предметы цвета не имеют. Освещенные светом, они отражают часть световых волн, а часть поглощают, в зависимости от своих физических свойств. Отраженные световые волны и будут цветом предмета.
(Например, если на синюю кружку посветить светом, пропущенным через красный фильтр, то мы увидим, что кружка черная, потому что синий спектр блокируются красным фильтром, а кружка может отражать только синий)
Получается, что ценность краски в ее физических свойствах, но если вы решите смешать синий, желтый и красный (потому что остальные тона можно получить из комбинации основных цветов, то получите не белый (как если бы вы смешали волны), а неопределенно темный тон, так как в данном случае действует принцип вычитания.
Принцип вычитания говорит: любое смешивание ведет к отражению волны с меньшей длиной.
Если смешать желтый и красный, то получится оранжевый, длина которого меньше длины красного. При смешивании красного, желтого и синего получается неопределенно темный оттенок – отражение, стремящееся к минимальной воспринимаемой волне.
Этим свойством объясняется маркость белого. Белый – отражение всех цветовых спектров, нанесение любого вещества ведет к уменьшению отражения, и цвет становится не чисто белым.

Черный же наоборот. Чтобы выделиться на нем, нужно повысить длину волны и количество отражений, а смешивание ведет на понижение.

ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ НА ЭТУ ТЕМУ (нажать на картинку)

Оставить комментарий

(только на русском языке)

Линейчатые спектры - материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: линейчатые спектры.

Если пропустить солнечный свет через стеклянную призму или дифракционную решётку, то возникнет хорошо известный вам непрерывный спектр (рис. 1)(Изображения на рис. 1, 2 и 3 взяты с сайта www.nanospectrum.ru):

Рис. 1. Непрерывный спектр

Спектр называется непрерывным потому, что в нём присутствуют все длины волн видимого диапазона — от красной границы до фиолетовой. Мы наблюдаем непрерывный спектр в виде сплошной полосы, состоящей из разных цветов.

Непрерывным спектром обладает не только солнечный свет, но и, например, свет электрической лампочки. Вообще, оказывается, что любые твёрдые и жидкие тела (а также весьма плотные газы), нагретые до высокой температуры, дают излучение с непрерывным спектром.

Ситуация качественно меняется, когда мы наблюдаем свечение разреженных газов. Спектр перестаёт быть непрерывным: в нём появляются разрывы, увеличивающиеся по мере разрежения газа. В предельном случае чрезвычайно разреженного атомарного газа спектр становится линейчатым — состоящим из отдельных достаточно тонких линий.

Мы рассмотрим два типа линейчатых спектров: спектр испускания и спектр поглощения.

Спектр испускания

Предположим, что газ состоит из атомов некоторого химического элемента и разрежен настолько, что атомы почти не взаимодействуют друг с другом. Раскладывая в спектр излучение такого газа (нагретого до достаточно высокой температуры), мы увидим примерно следующую картину (рис. 2):

Рис. 2. Линейчатый спектр испускания

Этот линейчатый спектр, образованный тонкими изолированными разноцветными линиями, называется спектром испускания.

Любой атомарный разреженный газ излучает свет с линейчатым спектром. Более того, для каждого химического элемента спектр испускания оказывается уникальным, играя роль «удостоверения личности» этого элемента. По набору линий спектра испускания можно однозначно сказать, с каким химическим элементом мы имеем дело.

Поскольку газ разрежен и атомы мало взаимодействуют друг с другом, мы можем заключить, что свет излучают атомы сами по себе. Таким образом, атом характеризуется дискретным, строго определённым набором длин волн излучаемого света. У каждого химического элемента, как мы уже сказали, этот набор свой.

Спектр поглощения

Атомы излучают свет, переходя из возбуждённого состояния в основное. Но вещество может не только излучать, но и поглощать свет. Атом, поглощая свет, совершает обратный процесс — переходит из основного состояния в возбуждённое.

Снова рассмотрим разреженный атомарный газ, но на сей раз в холодном состоянии (при достаточно низкой температуре). Свечения газа мы не увидим; не будучи нагретым, газ не излучает — атомов в возбуждённом состоянии оказывается для этого слишком мало.

Если сквозь наш холодный газ пропустить свет с непрерывным спектром, то можно увидеть что-то вроде этого (рис. 3):

Рис. 3. Линейчатый спектр поглощения

На фоне непрерывного спектра падающего света появляются тёмные линии, которые образуют так называемый спектр поглощения. Откуда берутся эти линии?

Под действием падающего света атомы газа переходят в возбуждённое состояние. При этом оказывается, что для возбуждения атомов годятся не любые длины волн, а лишь некоторые, строго определённые для данного сорта газа. Вот именно эти длины волн газ и «забирает себе» из проходящего света.

Более того, газ изымает из непрерывного спектра ровно те самые длины волн, которые излучает сам! Тёмные линии в спектре поглощения газа в точности соответствуют ярким линиям его спектра испускания. На рис. 4 сопоставлены спектры испускания и поглощения разреженных паров натрия (изображение с сайта www.nt.ntnu.no):

Рис. 4. Спектры поглощения и испускания для натрия

Впечатляющее совпадение линий, не правда ли?

Глядя на спектры испускания и поглощения, физики XIX века пришли к выводу, что атом не является неделимой частицей и обладает некоторой внутренней структурой. В самом деле, что-то ведь внутри атома должно обеспечивать механизм излучения и поглощения света!

Кроме того, уникальность атомных спектров говорит о том, что этот механизм различен у атомов разных химических элементов; стало быть, атомы разных химических элементов должны отличаться по своему внутреннему устройству.

Строению атома будет посвящён следующий листок.

Спектральный анализ

Использование линейчатых спектров в качестве уникальных «паспортов» химических элементов лежит в основе спектрального анализа — метода исследования химического состава вещества по его спектру.
Идея спектрального анализа проста: спектр излучения исследуемого вещества сопоставляется с эталонными спектрами химических элементов, после чего делается вывод о присутствии или отсутствии того или иного химического элемента в данном веществе. При определённых условиях методом спектрального анализа можно определить химический состав не только качественно, но и количественно.

В результате наблюдения различных спектров были открыты новые химические элементы.

Первыми из таких элементов были цезий и рубидий; они получили название по цвету линий своего спектра (В спектре цезия наиболее выражены две линии небесно-синего цвета, по-латыни называемого caesius. Рубидий же даёт две характерные линии рубинового цвета).

В 1868 году в спектре Солнца были обнаружены линии, не соответствующие ни одному из известных химических элементов. Новый элемент был назван гелием (от греческого гелиос — солнце). Впоследствии гелий был обнаружен в атмосфере Земли.

Вообще, спектральный анализ излучения Солнца и звёзд показал, что все входящие в их состав входят элементы имеются и на Земле. Таким образом, оказалось, что все объекты Вселенной собраны из одного и того же «набора кирпичиков».

Как мы видим цвет? Как видимый спектр рисует картину для человеческого глаза - LASIK Essex County - Corneal Associates of New Jersey

Мир полон сотен разных цветов, которые мы определяем каждый день. Но что позволяет нам видеть все эти цвета? Продолжайте читать, чтобы узнать больше о науке, лежащей в основе цветов, и о том, как наши глаза распознают их.

Как работает глаз

Во-первых, чтобы понять, как наши глаза видят цвет, важно понимать различные части глаза и то, как каждая из них работает.

Зрачок - это отверстие глаза, через которое проникает свет, а радужная оболочка контролирует размер зрачка и количество света, попадающего в глаз. Когда свет проходит через линзу, линза меняет форму, что позволяет глазу фокусировать свет на нашей сетчатке. Сетчатка - это светочувствительная оболочка глаза, которая позволяет нам видеть четкую картинку, а зрительный нерв передает эти сигналы в мозг.

Как глаз видит цвета

Мы идентифицируем цвета с помощью специализированных клеток наших глаз, называемых колбочками.Сетчатка содержит клетки, называемые палочками и колбочками, которые чувствительны к разным цветам света. На самом деле мы видим не сами цвета, а отражение цветов объекта.

Согласно Live Science , «когда свет попадает на объект, скажем, на банан, объект поглощает часть света и отражает остальную часть. Какие длины волн отражаются или поглощаются, зависит от свойств объекта. Для спелого банана отражаются волны длиной от 570 до 580 нанометров.Это длины волн желтого света ».

Когда вы смотрите на банан, вы определяете желтый цвет из-за длины волны отраженного света. Эти световые волны отражаются от банана и попадают в светочувствительную сетчатку, которая расположена в задней части глаза.

Колбочки, представляющие собой клетки сетчатки, которые реагируют на свет, представляют собой один из типов рецепторов, считывающих длины волн, которые достигают сетчатки. Live Science утверждает, что «у большинства из нас от 6 до 7 миллионов колбочек, и почти все они сконцентрированы на нуле.Пятно размером 3 миллиметра на сетчатке называется центральной ямкой. Не все эти колбочки одинаковы. Около 64 процентов из них наиболее сильно реагируют на красный свет, а около трети сильнее всего реагируют на зеленый свет. Еще 2 процента сильнее всего реагируют на синий свет ».

Поскольку у людей есть три разных типа колбочек, мы видим широкий диапазон цветов. Однако у некоторых птиц и животных есть четыре разных типа колбочек, что позволяет им видеть сверхлегкий свет или другие цвета, недоступные человеческому глазу.Насекомые также могут видеть цвета, недоступные человеческому глазу.

Каждая часть глаза работает вместе, чтобы мы могли видеть широкий спектр цветов. Если один из них не работает должным образом, вы также не сможете видеть цвета.

Коррекция цвета изображения с помощью участков спектра

Коррекция цвета изображения с помощью участков спектра из ColorChecker Passport

При редактировании изображений было бы неплохо знать точный цвет объекта на фотографии, чтобы определить, точны ли ваши цвета? Фотографы на мероприятиях и в каталогах часто снимают большое количество изображений, требующих одинаковой цветокоррекции.Как правило, они вносят правки на основе нескольких ключевых фотографий; затем примените их к остальным изображениям.

Этот процесс может вызвать проблемы, если отредактированные изображения не содержат всех цветов, которые можно найти в других. Например, одно изображение может иметь широкий диапазон цветов, но не иметь желтого. Другой может не иметь красных. Какое изображение нужно отредактировать в первую очередь? Как вы узнаете, как ваши правки повлияли на отсутствующий цвет? Использование участков спектра ColorChecker Passport во время цветокоррекции исходного изображения гарантирует, что вы не теряете перспективу в отношении цветов, которые могут появиться в последующих изображениях, и повысит вероятность успеха при автоматизации.

Чтобы использовать патчи спектра ColorChecker Passport, сделайте снимок цели Creative Enhancement при том же освещении, которое вы используете для фотосессии. Когда вы открываете изображение цели в программе редактирования изображений и вносите правки, вы увидите, как они повлияют на остальные цвета, ДО того, как вы примените их к своим изображениям.

Совет. Рассматривайте свой профиль как отправную точку, а затем используйте элементы управления цветопередачей и тоном, чтобы внести определенные коррективы.

HSL Sliders
Один из способов описания цветов - это оттенок, насыщенность и яркость (или яркость). Большинство приложений для редактирования фотографий предлагают ползунки HSL, которые помогут вам внести определенные изменения цвета в эти три характеристики. Помните, что редактирование Raw является неразрушающим, поэтому не стесняйтесь поэкспериментировать со своими ползунками HSL, чтобы увидеть, как это повлияет на цвета в вашей цели.

  • Оттенок - это главный атрибут цвета, который отличает его от других, таких как красный, желтый и зеленый.
  • Насыщенность описывает яркость цвета. Более насыщенные цвета более яркие и чистые. Менее насыщенные цвета будут менее яркими.
  • Яркость описывает, насколько светлый или темный цвет.

В Camera Raw эти ползунки расположены на вкладке «Цветовой тон-насыщенность-яркость». В Lightroom их можно найти в диалоговом окне «Разработка».

Визуальное сравнение
Визуальное сравнение цветов изображения с физической целью поможет вам принимать обоснованные решения в отношении цвета.Эти шаги написаны для Lightroom, но почти идентичны в Photoshop.

  • В окне «Разработка» выберите инструмент «Цель» в верхнем левом углу панели HSL.
  • Переверните цвета. Они примерно соответствуют ползункам HSL в диалоговом окне разработки Lightroom.
  • Чтобы выбрать цвет и внести изменения, удерживайте кнопку мыши и переместите целевой инструмент вверх или вниз или используйте ползунки или числа на панели HSL.

При визуальном сопоставлении цветов обязательно используйте откалиброванный монитор и контролируемые условия освещения, такие как смотровая кабина, чтобы осветить вашу цель.

СОВЕТ. См. Раздел «Автоматизация управления цветом в рабочих процессах Raw», чтобы узнать о способах применения редактирования цвета к нескольким изображениям.

СОВЕТ. См. Почему управление цветом? чтобы узнать больше о преимуществах калибровки ваших устройств.

Понимание основ цвета

Вы никогда не сможете полностью реализовать свой потенциал фотографа… пока не поймете основные элементы цвета и яркости (тональности). Я знаю, это звучит пугающе, немного странно и просто чересчур, но выслушайте меня.

Цветная фотография построена на структуре черно-белой фотографии.

Как получается, что некоторые фотографы постоянно делают отличные снимки?

Скорее всего, потому что они понимают, как управлять главным элементом фотографии - светом! Вы, безусловно, можете делать отличные снимки, не зная теории цвета, и вы можете получить хорошие результаты, научившись управлять своей камерой, но если вы хотите постоянно создавать мощные и визуально движущиеся изображения, вам нужно разобраться с основными проблемами. цвета и света.Улавливание света, как и все остальное в дикой природе, требует понимания привычек и поведения.

Картинки по сравнению с фотографиями

Существует разница между документированием происшествия (съемкой изображения) и фиксацией эмоций сцены (съемкой фотографии). Для фотосъемки требуется немного больше, чем нажатие кнопки на фотоаппарате, но фотографирование требует практического знания того, как ведет себя свет и как освещение вызывает эмоции.

Ваша камера не делает снимков; он просто улавливает свет.Вы, фотограф, фотографируете.

Существует множество уникальных психологических эмоций, которые можно вызвать в сознании зрителя, если он научится правильно использовать свет. Вопросы цвета, интенсивности света, угла обзора, глубины резкости, внутреннего контраста, светлых участков, теней и средних тонов позволяют фотографам контролировать эмоции и создавать впечатляющие истории. Вот почему одна хорошая картинка может быть сильнее тысячи слов.

Контрастные цвета зеленого и пурпурного противопоставляются на цветовом круге, поэтому это изображение оказывает психологическое воздействие на подсознание.

Цветовой круг является наиболее элементарной формой науки о цвете и демонстрирует основу для всей цветокоррекции. Когда на фотографии отображается цветовой оттенок, этот оттенок можно удалить, добавив дополнительное количество цвета, расположенное прямо напротив цветового круга. Аддитивные основные цвета, которые видят наши глаза и камеры, основаны на красном, зеленом и синем (RGB) свете. Три цвета, расположенные прямо напротив этих цветов RGB на колесе, называются вычитающими основными цветами и образуют основу для всех печатных изображений.Это голубой, пурпурный и желтый (CMY) цвета.

В современном мире мы настолько погружены в насыщенные цвета, что иногда забываем о важной роли света в этом процессе. Тусклый цвет совсем не красочный. Цвет без надлежащего баланса света не имеет жизни… он просто остается на странице.

Есть три основных компонента цвета - оттенок, насыщенность и яркость (HSB). Элемент яркости - это элемент жизни и искры хорошего цвета.По сути, хороший цвет - это качество света. Плохо освещенные предметы не вызывают интереса у зрителя. Это не означает, что все картинки должны быть яркими и веселыми, но все картинки должны быть специально подсвечены, чтобы вызвать желаемую реакцию.

Настроение задает формирующий свет

Трудно передать хорошие цвета при плохом или недостаточном освещении. Сдержанное освещение идеально подходит для создания мрачного настроения, так же как высокое освещение имеет тенденцию передавать позитивные и воодушевляющие мысли.Научитесь снимать сцены, доставляющие определенное эмоциональное сообщение. Обойдите объект и наблюдайте за падающим на него светом под разными углами, особенно при съемке природы.

Тепло оранжевого неба дарит красоту, спокойствие и теплую тишину океана в конце дня.

Поставьте перед собой цель задать тон (или значение) каждой фотографии, а не просто сделать красивый снимок. Посмотрите на каждую сцену, чтобы найти тему или сообщение, которое будет обращено или вызовет человеческий отклик.

Цвета нравятся каждому из нас не только потому, что они красивы или смешиваются, но и потому, что каждый цвет имеет тонкий психологический оттенок, который влияет на то, как мы воспринимаем сцену. Яркие, жизнерадостные цвета передают беззаботные и позитивные мысли, а более темные оттенки могут вызывать меланхолию и даже грустные мысли. «Стрельба» - это процесс, который включает в себя наведение оружия на цель, в то время как создание фотографии включает в себя передачу мысли и выражение цели. Каждый раз, когда вы берете в руки камеру, у вас есть выбор; вы можете задокументировать событие или передать эмоцию.

Цветность и яркость

Цвет - это эмоциональное впечатление, состоящее из цветности (оттенка и насыщенности) и яркости. Структуру фотографии придает яркость. Вместе цветность и яркость передают полное эмоциональное послание.

Два основных строительных блока цветной фотографии включают оттенок или значение цвета и насыщенность или чистоту этого цвета. Эти два аспекта являются цветовой составляющей изображения. Третий строительный блок фотографического изображения - это яркость или тональность, которая, возможно, является наиболее важным аспектом из всех.Это потому, что это та самая структурная основа, на которой построены цвета (цветность). Оттенок и насыщенность не имеют никакой формы. Только яркость обеспечивает рамку или форму фотографии. Баланс этих трех аспектов HSL (оттенок, насыщенность и яркость) абсолютно необходим для достижения успеха в цветной фотографии.

Видимый спектр

Все цвета - это световая энергия, а белый - результат сочетания всех других цветов видимого спектра.

Видимый спектр - это цветная часть электромагнитного спектра, которую может видеть человеческий глаз.Это визуальная энергия. Светоприемники в наших глазах (палочки и колбочки) могут наблюдать только ограниченное подмножество этой энергии. Эти же световые волны улавливаются датчиком изображения вашей цифровой камеры. Цвета видимого спектра каскадируются в определенном порядке и по логической причине. ROYGBIV - это аббревиатура этого порядка: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Все видимые цвета света воспринимаются, потому что они перемещаются в пространстве с уникальными частотами. Все цвета - это в основном колебания или длины волн энергии; единственная энергия, видимая человеческим зрением.Самые высокие (или самые быстрые) частоты этих цветов «наблюдаются» как теплые цвета, а самые низкие (или самые медленные) длины волн - как холодные цвета. Эти цвета расположены в таком порядке из-за уменьшения частоты световых волн, которые они представляют.

Электромагнитный спектр включает как ультрафиолетовые, так и инфракрасные частоты, которые технически не являются цветами просто потому, что они не видны человеческому глазу. Каждый отдельный цвет в видимом спектре - это энергия, которая колеблется с определенной частотой.Глаз воспринимает эти частоты, а зрительная кора головного мозга интерпретирует каждую как определенный цвет.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр - это известный диапазон энергии, который существует в мире, каким мы его знаем. Он включает в себя все измерения энергии по обе стороны видимого спектра. Эти же цвета появляются в каждой радуге и в преломленном белом свете. Иногда вы можете увидеть скошенный край стекла в окне или на столе, который ловит сильный луч белого света, отражая его на другую плоскую поверхность.Стекло со скошенной кромкой действует как призма, разделяющая белый свет на составные части; всегда в том же порядке, что и ROYGBIV. Когда все эти составляющие цвета просматриваются в полную силу, вы видите чистый белый свет. Как вы должны понимать, все цвета - это просто отдельные выражения белого света. Без цвета нет света, а без света нет цвета. Все цвета происходят из чистого белого света.

Оттенок - это цвет цвета. Это то, что отличает красный цвет от зеленого или синего.

Красный - это подставка на одном конце видимого спектра внутри инфракрасной частоты.Фиолетовый - другой, расположенный внутри ультрафиолетовой частоты. И инфракрасный, и ультрафиолетовый - это частоты, находящиеся за пределами видимой части энергетического спектра. Обе эти длины волн могут быть считаны инструментами, но находятся за пределами возможностей человеческого глаза.

Насыщенность - это интенсивность цвета, выраженная как диапазон между чистым цветом и отсутствием цвета. Противоположность насыщенному - бесцветный или серый.

Более теплая сторона спектра (красные, оранжевые и желтые) содержит самые длинные волны в спектре и представляет собой особую проблему для фотографии, когда не соблюдается тщательный контроль баланса между насыщенностью и яркостью.

Теплые цвета легко перенасыщить, а при перенасыщении значения яркости серьезно ухудшаются.

Это критическая проблема, потому что именно аспект яркости передает детали на фотографии. Более холодные цвета (синий, индиго {пурпурный} и фиолетовый {ближе к пурпурному}) намного легче контролировать как по насыщенности, так и по тональности. Эти «более плотные» цвета с более короткой длиной волны могут справляться с жесткими требованиями редактирования цвета более надежно, чем более теплые цвета.

Яркость выражается как яркость в диапазоне от темного до светлого.

Цветовой баланс

Когда вы думаете о цветовом балансе, вы должны выйти за рамки элементарной проблемы баланса белого / серого; нейтрализация цветов для устранения любых оттенков или цветовых сдвигов.

Цветовой баланс охватывает гораздо более широкую проблему, которая в значительной степени определяется тональностью или яркостью. Балансировать цвет так же просто, как использовать инструмент «пипетка» в программе редактирования для определения нейтрального серого. Тональность формирует всю рамку фотографии и проясняет детали во всем диапазоне между светлыми участками и тенями.Вполне возможно получить технически правильное, сбалансированное по температуре изображение, которое теряет детали в теневых областях и смягчает резкость в светлых участках. Тональность и цветность одинаково важны для точного воспроизведения цветных фотографий.

Цветные изображения представляют собой сочетание формы, цвета и яркости. Цифровые цветные изображения основаны на всех трех элементах, чтобы создать иллюзию того, что мы называем фотографией.

Заключение

Четкое понимание основ цвета откроет вам мир самовыражения.Да, наука о цвете немного увлекательна, но, безусловно, дает результаты.

Если вы хотите показать свою уникальность как фотографа, уделите немного времени науке о цвете. Любой, у кого есть камера, может мгновенно опубликовать свои фотографии по всей планете, но если вы хотите, чтобы ваши фотографии (и ваша репутация) пережили ваши друзья и лайки на Facebook ... расширяйте свои знания о цвете так же, как вы развиваете свою камеру и навыки редактирования !

Цвет


Светопоглощение

Когда молекула взаимодействует со светом и энергия поглощается, говорят, что молекула возбуждена, и происходит переход, который может перевести молекулу из начального состояния в состояние с более высокой энергией.

В одноэлектронном приближении это описывается продвижением электрона с заполненной орбитали на незаполненную (в случае диамагнитных материалов).Разница в энергии между этими уровнями (возбужденное состояние и основное состояние) дает энергию фотонов, которые могут быть поглощены.

Для характеристики этого перехода можно использовать несколько параметров, включая энергию падающего излучения, необходимую для эффективного поглощения света, и присущую молекулам способность поглощать излучение соответствующей энергии в соответствии с соотношением Планка:


где hv - энергия фотона, соответствующая энергетической щели между состояниями.Энергия указывается в нескольких единицах; следующее полезно для перевода между некоторыми общими единицами, встречающимися в литературе:

1 эВ = 23,06 ккал / моль = 8065 см -1 = 1240 нм

Цвет

Наше восприятие цвета определяется тем, какие длины волн излучения достигают нашего глаза, и чувствительностью рецепторов нашего глаза к различным цветам. Глаз имеет палочки и колбочки, содержащие хромофоры, которые преобразуют свет в электрический импульс, который мозг использует для восприятия изображений.Это противоположно тому, что вы видите в светодиодах, в которых электричество вызывает излучение света.

Стержни работают в условиях низкой интенсивности и обеспечивают изображение в оттенках черного, серого и белого. Это называется скотопическим зрением.

Колбочки обрабатывают изображения высокой интенсивности в цвете, что называется фотопическим зрением. Колбочки бывают трех разновидностей, которые примерно соответствуют синему, зеленому и красному цвету; если одновременно возбуждены все три конуса, изображение станет белым.

Дополнительные цвета

На этом графике показано, какой цвет будет восприниматься при поглощении материала в определенных областях видимого спектра.

Если длина волны света из определенной области спектра поглощается материалом, тогда материалы будут иметь дополнительный цвет. Например, если поглощается фиолетовый свет с длиной волны 400 нм, материал будет выглядеть желтым. Если материал впитывает синий цвет, вы увидите оранжевый цвет.

Поглощенный цвет Видимый цвет
фиолетовый желтый
Синий Оранжевый
зеленый Красный
Желтый фиолетовый
Оранжевый Синий

Обратите внимание, что зеленый цвет на рисунке не обозначен; это потому, что материалы, которые кажутся зелеными, фактически поглощают красный и синий (т.е., около 650 нм и 425 нм) форма и цвет полосы

Наша способность воспринимать очень маленькие различия в цвете довольно необычна; например, два раствора, которые имеют практически идентичные спектры поглощения с незначительными различиями в их хвостах, можно распознать как явно разные оттенки. Очень небольшие изменения формы полосы поглощения (не только положения) приводят к тому, что материалы приобретают разные оттенки.

Яркий и тусклый

Резкий пик поглощения приводит к восприятию насыщенного цвета.

Как правило, цвета, которые мы воспринимаем как яркие и яркие, имеют сильные узкие полосы поглощения, тогда как тусклые цвета имеют более слабые и широкие полосы поглощения.

Цвет Описание

Оттенок - это тот аспект цвета, который обычно ассоциируется с такими терминами, как красный, оранжевый, желтый и т. Д. Оттенок отличает чистоту цвета доминирующего цвета (т. Е. Красного от желтого). Положение максимумов поглощения во многом определяет это свойство.


насыщенность (также известная как цветность или тон) относится к относительной чистоте; когда чистый, яркий, сильный оттенок красного смешивается с переменным количеством белого, получается более слабый или бледный красный цвет, каждый из которых имеет тот же оттенок, но разную насыщенность; такие более светлые цвета называются ненасыщенными. Вы можете определить степень насыщенности данного изображения с помощью диаграммы цветности. Например, предположим, что у вас есть красный цвет, и вы постепенно увеличиваете количество синего и зеленого света, достигающего глаза, тогда смесь красного, синего и зеленого будет способствовать восприятию белого.Белый плюс красный даст розовый. Оттенок не изменился бы, но насыщенность была бы ниже


Свет любой заданной комбинации оттенка и насыщенности может иметь переменную яркость (также называемую интенсивностью, яркостью или значением), которая зависит от общего количества присутствующей световой энергии. Яркость цвета изменяется путем изменения интенсивности всех трех основных цветов на одинаковую величину. Например, если увеличить интенсивность красного, он станет коричневым.


Все цвета могут быть созданы путем добавления основных цветов. Используйте это приложение Flash, чтобы изучить смешение цветов.

Печать

- если я сделаю снимок источника света за пределами видимого спектра, как он будет выглядеть после печати?

Во-первых, давайте обсудим, почему вы видите белую точку, когда наводите ИК-пульт на камеру.

Ключом к пониманию того, почему все, что записано датчиком RGB, является белым в представлении записанного изображения RGB, является понимание того, что если экспозиция достаточно высока, ЛЮБОЙ цвет света, видимый или иной, приведет к полной емкости лунки для красного, зеленого, и пиксели с фильтром синего цвета.Это потому, что каждый пиксель на самом деле не записывает какой-либо цвет - он просто записывает значение яркости. Фильтры означают, что свет, который не того же цвета, что и фильтр, будет ослабляться отрицательно, и гораздо меньше такого света «с другой длины волны» будет пропускаться через фильтр. Но, как показывает практически любая кривая спектрального отклика для потребительских камер, небольшая часть всех длин волн видимого и невидимого (для человека) света может пройти через каждый цветовой фильтр и повлияет на результирующее изображение, если свет в записанная сцена достаточно яркая на этой длине волны.

На приведенной выше кривой спектрального отклика мы видим, что реакция на свет с длиной волны выше 800 нм относительно однородна для этого конкретного датчика. Это довольно характерно для большинства датчиков, используемых в потребительских камерах. Любой свет с длиной волны выше 800 нм, падающий на датчик, будет иметь одинаковый отклик в датчиках, отфильтрованных для красного, зеленого и синего цветов соответственно. Когда эти значения яркости интерпретируются алгоритмами, которые создают значения цвета для каждого местоположения пикселя, эти равные значения для R, G и B будут интерпретироваться как белые.Вот почему большинство камер имеют перед датчиком инфракрасные отсечные фильтры, чтобы ИК-свет не вводил камеру в заблуждение, заставляя думать, что все более белое или более оттенок серого с равным количеством красного, зеленого и синего цветов, чем мы воспринимаем. Это.

На другом конце спектра ультрафиолетовый свет - это свет с более короткой длиной волны, чем может воспринимать человек. Большинство камер, используемых для художественной фотографии (в отличие от научных или промышленных целей), также имеют ультрафиолетовый фильтр перед датчиком изображения.Но, как и большинство фотографических фильтров, если источник света достаточно яркий (), некоторые света, отфильтрованные для определенной длины волны, все равно проходят.

Это то, что вы видите в этой белой точке.

Достаточное количество ИК (или, что более вероятно, ближнего ИК) света, излучаемого пультом дистанционного управления, проходит через наборы фильтров и маску Байера перед датчиком, чтобы обеспечить запись равного значения яркости соответствующим красным, зеленым, и сенсоры с синим фильтром в той области на вашем датчике, куда падает этот свет.

Теперь давайте обсудим печать ИК-света, зарегистрированного датчиком камеры

Если камера, такая как ваша камера, о которой идет речь, записала ИК-свет, но неверно интерпретировала его как видимый свет, то результатом печати этого изображения будут цвета в видимом спектре.

Если, с другой стороны, вы используете очень специализированную камеру, которая способна отличать ИК-свет от видимого, может произойти несколько вещей. Две вероятные возможности:

  • Ваша система визуализации может преобразовывать инфракрасный свет в «ложные» цвета видимого света и отправлять на принтер инструкции для печати изображения с использованием этих «ложных» цветов в видимом спектре.Вы сможете увидеть изображение «ложного цвета» в видимом спектре. Это то, что делают многие системы ночного видения и тепловизоры. Они преобразуют инфракрасный свет в видимый спектр либо в виде монохромного изображения, либо в виде изображения, в котором различные длины волн и / или интенсивности в пределах инфракрасного спектра преобразуются в различные цвета в видимом спектре.
  • Ваша система визуализации может поддерживать правильный цвет инфракрасного света и записывать его, используя цветовое пространство, которое позволяет идентифицировать его как определенную длину волны инфракрасного света.Для печати из такой системы вам понадобится принтер с чернилами, способными поглощать все другие длины волн света , кроме IR, которые будут отражать чернила.

Если вы просматривали такое напечатанное изображение из второго сценария выше при полном спектре света, вы бы увидели либо черный цвет, если чернила полностью покрывали поверхность бумаги, либо серый цвет, если часть видимого света, отраженного белой бумагой, может рассеиваться. отражаться через промежутки между капельками чернил.

Наконец, поговорим о печати UV

Ультрафиолетовый свет, который видят насекомые, но не могут видеть люди, будет почти то же самое, что и инфракрасный свет, только на другом конце видимого спектра. Вам понадобится камера, которая может отличать УФ-свет от видимого света и записывать его в цветовом пространстве, сохраняющем эту способность отличать различные длины волн УФ-излучения от видимого света. Тогда вам понадобится принтер с чернилами, способными отражать ультрафиолетовый свет и поглощать видимый свет.Чтобы насекомое могло видеть УФ-компоненты напечатанного изображения, отпечаток должен быть освещен светом, включающим те длины волн УФ-излучения, которые отражали бы чернила, используемые для печати изображения. Если бы для освещения отпечатка использовался только видимый (для человека) свет, УФ-чернила не могли бы отражать УФ-свет, и насекомое не могло бы видеть УФ-компоненты света от сцены.

Обзор спектра видимого света

и диаграмма

Спектр видимого света - это часть спектра электромагнитного излучения, видимая человеческим глазом.По сути, это соответствует цветам, которые может видеть человеческий глаз. Диапазон его длин волн составляет примерно от 400 нанометров (4 x 10 -7 м, фиолетовый) до 700 нм (7 x 10 -7 м, красный). Он также известен как оптический спектр. света или спектра белого света.

Диаграмма длин волн и цветового спектра

Длина волны света, которая связана с частотой и энергией, определяет воспринимаемый цвет. Диапазоны этих различных цветов перечислены в таблице ниже.Некоторые источники довольно сильно различают эти диапазоны, и их границы несколько приблизительны, поскольку они переходят друг в друга. Края спектра видимого света переходят в ультрафиолетовый и инфракрасный уровни излучения.

902 21 590–625 902 21 565–590 902 21 520–565 902 21 435–500
Спектр видимого света
Цвет Длина волны (нм)
Красный 625–740
Оранжевый
Желтый
зеленый
Голубой 500–520
Синий
фиолетовый 380–435

Как белый свет разделяется на радугу

Большая часть света, с которым мы взаимодействуем, имеет форму белого света, который содержит многие или все эти диапазоны длин волн.Сияющий белый свет через призму заставляет волны изгибаться под немного разными углами из-за оптического преломления. Результирующий свет разделяется в видимом цветовом спектре.

Это то, что вызывает радугу, когда частицы воды в воздухе действуют как преломляющая среда. Порядок длин волн можно запомнить мнемоническим символом «Roy G Biv» для красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, индиго (сине-фиолетовая граница) и фиолетового. Если вы внимательно посмотрите на радугу или спектр, вы можете заметить, что голубой также появляется между зеленым и синим.Большинство людей не могут отличить индиго от синего или фиолетового, поэтому во многих цветовых таблицах он отсутствует.

Используя специальные источники, рефракторы и фильтры, вы можете получить узкую полосу с длиной волны около 10 нанометров, которая считается монохроматическим светом. Лазеры особенные, потому что они являются наиболее стабильным источником узконаправленного монохроматического света, которого мы можем достичь. Цвета, состоящие из одной длины волны, называются спектральными цветами или чистыми цветами.

Цвета за пределами видимого спектра

Человеческий глаз и мозг могут различать гораздо больше цветов, чем те, что представлены в спектре.Фиолетовый и пурпурный - это способ мозга преодолеть разрыв между красным и фиолетовым. Ненасыщенные цвета, такие как розовый и бирюзовый, также различимы, а также коричневый и коричневый.

Однако некоторые животные имеют другой видимый диапазон, часто простирающийся до инфракрасного диапазона (длина волны более 700 нанометров) или ультрафиолетового (длина волны менее 380 нанометров). Например, пчелы могут видеть ультрафиолетовый свет, который используется цветами для привлекают опылителей. Птицы также могут видеть ультрафиолетовый свет и иметь отметины, которые видны в черном (ультрафиолетовом) свете.У людей есть различия между тем, насколько далеко в красном и фиолетовом может видеть глаз. Большинство животных, которые видят ультрафиолет, не видят инфракрасный.

Обработка цветных изображений

Типы цветных изображений

Цветные изображения бывают трех разных форм: псевдоцветные, 24-битные изображения RGB или цветные комбинированные изображения.

Псевдоцвет

Псевдоцветное изображение имеет одноканальное (т. Е. Серое) изображение, которому приписан цвет с помощью «Look Up Table» или LUT (a.к.а. палитра, таблица цветов). Это таблица значений серого (от 0 до 256 или 4095, 8-битный или 12-битный серый) с соответствующими значениями красного, зеленого и синего цветов. Вместо отображения серого цвета изображение отображает пиксель с определенным количеством каждого цвета. Различия в цвете на псевдоокрашенном изображении отражают различия в интенсивности объекта, а не различия в цвете образца, который был отображен. О функциях псевдоцвета см. Ниже.

24-битных изображений RGB

Цвета в изображениях RGB (24-битные с 8-битными для каждого из красного, зеленого и синего каналов) используются для отображения многоканальных изображений.Цвета предназначены для отражения настоящих цветов (например, зеленый цвет на изображении RGB отражает зеленый цвет в образце). На Фиджи есть несколько функций RGB. Родные функции можно найти в Изображение ›Цвет.

Составные цветные изображения

Цветное составное изображение похоже на цветные изображения, которые можно найти в программе обработки изображений Photoshop. В Photoshop эти изображения состоят из «слоев», а на Фиджи - из «каналов». И «слои», и «каналы» - это одна и та же идея.Преимущества использования этого типа изображения вместо изображений RGB включают:

  1. Каждый канал хранится отдельно от других и может быть включен или выключен с помощью инструмента «Каналы» (Изображение ›Цвет› Инструмент «Каналы»). У вас есть возможность просматривать изображение как составное из всех или некоторых различных каналов, как отдельные каналы или как отдельные каналы в градациях серого. В нижней части окна есть кнопка с надписью «Еще», которая позволяет вам создавать композицию, преобразовывать изображение в RGB, объединять или разделять каналы, редактировать LUT изображения или выбирать новые цвета каналов из списка.
  2. Каждый исходный канал можно сохранить как 16-битный.
  3. Более 3 каналов можно объединить и сохранить отдельно. Каждый канал можно выбрать с помощью полосы прокрутки внизу окна.
  4. Контрастность и яркость отдельных каналов можно регулировать после объединения.

Цветные составные изображения можно преобразовать в 24-битный RGB с помощью диалогового окна «Каналы».

Недостатком типа "Составное изображение" является то, что эта относительно недавняя разработка Фиджи не поддерживается всеми существующими плагинами.Иногда композит может вернуться к многосрезовому стеку. Чтобы преобразовать его обратно в составной, вы можете использовать команду меню Изображение ›Цвет› Сделать составной.

Объединение многоканальных изображений

Многоканальные эксперименты с чередованием

Многоканальные эксперименты, полученные в некоторых системах, импортируются с чередованием разных каналов, т. Е. Срез 1 - это временная точка1-канал1, а срез 2 - временная точка1-канал2. Стек должен быть «де-чередован», прежде чем его можно будет объединить с помощью RGB.Это можно сделать с помощью Image ›Stacks› Tools ›Deinterleave и ввода количества каналов в диалоговом окне (обычно« 2 »). Вы также можете установить флажок, следует ли сохранять исходные стеки. Затем два стека можно объединить с помощью: Изображение ›Цвет› Слияние RGB.

Слияние цветов RGB

Встроенная функция Fiji Image ›Color› Merge Channels… может использоваться для объединения красных, зеленых и / или синих изображений каналов или стеков изображений.

Это уменьшает 16-битные изображения до 8-битных (на основе текущих значений яркости и контрастности), а затем генерирует 24-битное изображение RGB.

Альтернативой обычному слиянию красного и зеленого является объединение изображений на основе голубого и пурпурного, голубого и желтого цветов или любой другой цветовой комбинации.

Это может помочь визуализировать колокализацию из-за плохого восприятия красного и зеленого цветов. Плагин Colour_merge дает пользователю возможность использовать арифметическую обработку «разницы» для выбранных вами стопок изображений. Это не совсем слияние (при слиянии голубого и пурпурного они дают белый, а не желтый цвет), но облегчает визуализацию отдельных каналов (см. Demandolx and Davoust, J.Микроскопия, 1997 v185. p21 ). Вы можете выполнить настоящее слияние, если выключите опцию «Разница».

Запустите плагин и выберите два изображения для объединения. Выберите желаемые цвета из раскрывающихся опций. использует LUT, который в данный момент имеет изображение (часто это желаемый LUT). Опция «Разница» выполняет арифметическую операцию «разницы», а не «сложение». Если отмечена опция «Pre-sub 2 from 1», второе изображение вычитается из первого перед объединением.

Объединение изображений в проходящем свете и флуоресценции

Изображения светлого поля флуоресценции и проходящего света можно объединить с помощью изображения ›Цвет› Объединить каналы…. Эта инструкция позволяет вам выбрать вариант C4 (серый). Это может предотвратить "размытый" вид флуоресценции.

Это также уменьшает 16-битные изображения до 8-битных (на основе текущих значений яркости и контрастности), а затем генерирует 24-битное изображение RGB.

Объединение изображений в цветную композицию

Команда меню Изображение ›Цвет› Объединить каналы… открывает диалоговое окно для объединения серого, красного, зеленого, синего, голубого, пурпурного и желтого каналов в новое составное изображение.

Разделение многоканальных изображений

Изображение или стек RGB можно разделить на соответствующие красные, зеленые и синие компоненты изображения с помощью команды меню Изображение ›Цвет› Разделить каналы.

Иногда может потребоваться отображать объединенное изображение RGB вместе с отдельными каналами на финальном рисунке. Это можно сделать с помощью плагина «RGB to Montage».

Работает с односрезными изображениями RGB. Создается новый стек RGB, канал 1 является красным каналом; 2 зеленых и 3 синих.Четвертый срез - это объединенный срез. Если канал пуст (например, на слитом красно-зеленом изображении не будет синего), то срез не будет отображаться. Затем плагин запросит макет монтажа. У вас есть возможность изменить ширину белой границы между панелями изображений. Если опция «Псевдоцвет» отключена, каждый канал будет иметь оттенки серого. Если размер масштабной полосы установлен на ноль, масштабная линейка добавляться не будет.

Цветной композит

Композицию можно вернуть к стеку оттенков серого с помощью команды меню Изображение ›Гиперстек› Гиперстек в стек.Впоследствии каналы можно разделить на отдельные изображения с помощью команды меню Изображение ›Стеки› Укладывать в изображения.

Псевдоцветный

Разумное использование LUT может быть очень полезным для выделения желаемых характеристик изображения. Человеческий глаз может воспринимать относительно небольшое количество оттенков на одном изображении. Псевдо-раскрашивание изображений может сделать данные более заметными

Традиционная «зеленая» ЛУТ

Enhanced «Green Hot» LUT

Микротрубочки под ядром теперь более очевидны

Поиграйте и посмотрите, какая LUT помогает проиллюстрировать особенности вашего изображения.

Montage скомпилирован из стека, сгенерированного с помощью команд меню Изображение ›Цвет› Показать LUT.

Различные LUT доступны через команды меню Изображение ›Таблицы поиска.

При использовании нестандартной LUT может быть полезно добавить линейную шкалу оттенков серого, чтобы пользователь мог определить, какой цвет представляет какое значение шкалы серого. Рампа может быть добавлена ​​с помощью встроенной функции Analyze ›Tools› Calibration Bar…. Если для пандуса нет места, попробуйте увеличить холст изображения с помощью команды меню Изображение ›Настроить› Размер холста….

Анализ ›Инструменты› Калибровочная полоса…

.
Картинка спектра цветов: Attention Required! | Cloudflare

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх