Меню

За счет чего человек видит цвета



Компью А рт

Стефан Стефанов, канд. техн. наук, профессор Московского гуманитарного университета, технический директор компании «Полиграфические системы»

Что такое цвет?

Цвет — одно из свойств объектов материального мира, воспринимаемое как зрительное ощущение. Зрительные ощущения возникают под действием на органы зрения света — электромагнитного излучения видимого диапазона спектра. Диапазон длины волны зрительных ощущений (цвета) находится в пределах 380-760 мкм. Физические свойства света тесно связаны со свойствами вызываемого ими ощущения: с изменением мощности света меняется яркость цвета излучателя или светлота цвета окрашенных поверхностей и сред. С изменением длины волны меняется цветность, которая идентична с понятием цвета, ее мы определяем словами «синий», «желтый», «красный», «оранжевый» и пр.

Характер ощущения цвета зависит как от суммарной реакции чувствительных к цвету рецепторов глаза человека, так и от соотношения реакций каждого из трех типов рецепторов. Суммарная реакция чувствительных к цвету рецепторов глаза определяет светлоту, а соотношение ее долей — цветность (цветовой тон и насыщенность). Характеристиками цвета являются цветовой тон, насыщенность и яркость или светлота.

А.С.Пушкин определил цвет как «очей очарованье», а ученый Шредингер — как «интервал излучений в световом диапазоне, который глаз воспринимает одинаково и определяет как цвет словами “красный”, “зеленый”, “синий” и т.д.».

Таким образом, глаз интегрирует (суммирует) определенный интервал световых излучений и воспринимает их как единое целое. Ширина этого интервала зависит от множества факторов, в первую очередь — от уровня адаптации глаза.

Цвет как феномен зрения и объект изучения

Цвет — деяние света,
деяние и страдательные состояния.

Цвет сообщает вещам и явлениям форму, объем и эмоциональность при их восприятии. У большинства биологических видов световые рецепторы локализованы в области сетчатки глаза. Усложнение светового анализатора происходило по мере развития биологической линии. Высшее достижение природы — зрение человека.

С возникновением цивилизации роль цвета возросла. Искусственные источники света (излучатели с ограниченным спектром электромагнитного излучения энергии) и краски (чистый бесконечный цвет) можно рассматривать как искусственные средства синтеза цвета.

Человек всегда пытался овладеть способностью влиять на свое душевное состояние через цвет и использовать цвет для создания комфортной среды обитания, а также в различных изображениях. Первые способы применения цвета в ритуальной практике связаны с их символической функцией. Позже с помощью цветов стали отображать воспринимаемую реальность и визуализировать абстрактные понятия.

Наивысшим достижением в овладении цветом является изобразительное искусство, использующее экспрессивные, импрессивные и символические цвета.

Глаз и ухо человека воспринимают излучения по-разному

По гипотезе Юнга-Гельмгольца наши глаза обладают тремя независимыми светочувствительными рецепторами, реагирующими соответственно на красный, зеленый и синий цвета. Когда окрашенный свет попадает в глаз, эти рецепторы возбуждаются в соответствии с интенсивностью действующего на них цвета, содержащегося в наблюдаемом свете. Любая комбинация возбужденных рецепторов вызывает определенное цветовое ощущение. Области чувствительности трех этих рецепторов частично перекрываются. Поэтому одно и то же цветовое ощущение может быть вызвано различными комбинациями окрашенных световых излучений. Глаз человека постоянно суммирует раздражения, и конечным результатом восприятия оказывается суммарное действие. Необходимо также отметить, что человеку очень трудно, а иногда и невозможно определить, видит он источник света или объект, отражающий свет.

Если глаз можно считать совершенным сумматором, то ухо является совершенным анализатором и обладает фантастической способностью разлагать и анализировать колебания, образующие звук. Ухо музыканта без малейшего затруднения различает, на каком инструменте берется определенная нота, например на флейте или на фаготе. Каждый из этих инструментов имеет четко выраженный, свой тембр. Однако если звуки этих инструментов подвергнуть анализу с помощью соответствующего акустического устройства, то обнаружится, что комбинации обертонов, испускаемые этими инструментами, незначительно отличаются друг от друга. На основе только приборного анализа сложно безошибочно сказать, с каким инструментом мы имеем дело. На слух инструменты различаются безошибочно.

По своей чувствительности глаз и ухо значительно превосходят самые современные электронные устройства. При этом глаз сглаживает мозаичность структуры света, а ухо различает шорохи (вариации тона).

Если бы глаз был таким же анализатором, как и ухо, то, например, белая хризантема представлялась бы нам хаосом цветов, фантастической игрой всех цветов радуги. Объекты представали бы перед нами в различных оттенках (тембрах цвета). Зеленый берет и зеленый лист, которые обычно кажутся нам одинакового зеленого цвета, были бы окрашенными в различные цвета. Дело в том, что глаз человека дает одно и то же ощущение зеленого цвета от различных комбинаций исходных окрашенных световых пучков. Гипотетический глаз, обладающий аналитической способностью, немедленно обнаружил бы эти различия. Но реальный глаз человека суммирует их, а одна и та же сумма может иметь множество различных слагаемых.

Известно, что белый свет состоит из целой гаммы цветов — спектров излучения. Мы называем его белым потому, что глаз человека не в состоянии разложить его на отдельные цвета.

Поэтому в первом приближении можно считать, что объект, например красная роза, имеет такую окраску потому, что отражает только красный цвет. Какой-то другой предмет, например зеленый лист, видится зеленым потому, что выделяет из белого света зеленый цвет и отражает только его. Однако на практике ощущение цвета связано не только с избирательным (селективным) отражением (пропусканием) объектом падающего или излучаемого света. Воспринимаемый цвет сильно зависит от цветового окружения объекта, а также от сущности и состояния воспринимающего.

Цвет можно только видеть

Когда человек не имеет отношения к видению, вещи выглядят в основном одними и теми же в то время, когда он смотрит на мир. С другой стороны, когда он научится видеть, ничто не будет выглядеть тем же самым все то время, что он видит эту вещь, хотя она остается той же самой.

Цвета, являющиеся результатом действия физических световых стимулов, обычно видятся по-разному при различном составе стимула. Однако цвет зависит также от целого ряда других условий, таких как уровень адаптации глаза, структура и степень сложности поля зрения, состояние и индивидуальные особенности смотрящего. Количество возможных комбинаций из отдельных стимулов мозаичности излучений света значительно больше количества различных цветов, которое приблизительно оценивается в 10 млн.

Читайте также:  Каким цветом молозиво у коров

Из этого следует, что любой воспринятый цвет может быть генерирован большим числом стимулов с различным спектральным составом. Это явление называется метамеризм цвета. Так, ощущение желтого цвета может быть получено под действием либо монохроматического излучения с длиной волны около 576 нм, либо сложного стимула. Сложный стимул может состоять из смеси излучения с длиной волны более 500 нм (цветная фотография, полиграфия) или из сочетания излучения с длиной волны, соответствующей зеленому либо красному цветам, при этом желтая часть спектра полностью отсутствует (телевидение, монитор компьютера).

Как человек видит цвет, или Гипотеза C (B+G) + Y (G+R)

Человечеством создано много гипотез и теорий о том, как человек видит свет и цвет, некоторые из которых были рассмотрены выше.

В этой статье сделана попытка на базе изложенных выше технологий цветоделения и печати, применяемых в полиграфии, дать объяснение цветовому зрению человека. В основе гипотезы лежит положение о том, что глаз человека не является источником излучения, а работает как окрашенная поверхность, освещаемая светом, и спектр света разделен на три зоны — синюю, зеленую и красную. Сделано допущение, что в глазу человека имеется множество приемников света одного типа, из которых состоит мозаичная поверхность глаза, воспринимающая свет. Принципиальная структура одного из приемников показана на рисунке.

Приемник состоит из двух частей, работающих как единое целое. Каждая из частей содержит пару рецепторов: синий и зеленый; зеленый и красный. Первая пара рецепторов (синий и зеленый) завернута в пленку голубого цвета, а вторая (зеленый и красный) — в пленку желтого цвета. Эти пленки работают как светофильтры.

Рецепторы связаны между собой проводниками световой энергии. На первом уровне синий рецептор связан с красным, синий — с зеленым, а зеленый — с красным. На втором уровне эти три пары рецепторов связаны в одной точке («соединение звездой», как при трехфазном токе).

Схема работает по следующим принципам:

• голубой светофильтр пропускает синие и зеленые лучи света и поглощает красные;

• желтый светофильтр пропускает зеленые и красные лучи и поглощает синие;

• рецепторы реагируют только на одну из трех зон спектра света — на синие, зеленые или красные лучи;

• на зеленые лучи реагируют два рецептора, которые находятся за голубым и желтым светофильтрами, поэтому чувствительность глаза в зеленой зоне спектра выше, чем в синей и красной (это соответствует экспериментальным данным о чувствительности глаза;

• в зависимости от интенсивности падающего света в каждой из трех связанных между собой пар рецепторов возникнет энергетический потенциал, который может быть положительным, отрицательным или нулевым. При положительном или отрицательном потенциале пара рецепторов передает информацию об оттенке цвета, в котором преобладает излучение одной из двух зон. Когда энергетический потенциал создан только за счет световой энергии одного из рецепторов, то должен воспроизводиться один из однозональных цветов — синий, зеленый или красный. Нулевой потенциал соответствует равным долям излучений каждой из двух зон, что дает на выходе один из двухзональных цветов: желтый, пурпурный или голубой. Если все три пары рецепторов имеют нулевой потенциал, то должен воспроизводиться один из уровней серого (от белого до черного) в зависимости от уровня адаптации;

• когда энергетические потенциалы в трех парах рецепторов разные, то в точке серого должен воспроизводиться цвет с преобладанием одного из шести цветов — синего, зеленого, красного, голубого, пурпурного или желтого. Но этот оттенок будет или разбеленным, или зачерненным, в зависимости от общего уровня световой энергии для всех трех рецепторов. Таким образом, воспроизведенный цвет будет всегда содержать ахроматическую составляющую (уровень серого). Этот уровень серого, усредненный для всех приемников глаза, и будет определять адаптацию (чувствительность) глаза к условиям восприятия;

• если в большинстве приемников глаза в течение долгого времени возникают небольшие энергетические потенциалы (соответствующие слабым оттенкам цвета или слабохроматическим цветам, близким к ахроматическим), то они будут выравниваться и дрейфовать к серому или к преобладающему памятному цвету. Исключением являются случаи, когда используется сравнительный эталон цвета или эти потенциалы соответствуют памятному цвету;

• нарушения в цвете фильтров, в чувствительности рецепторов или в проводимости цепей будут приводить к искажению восприятия световой энергии, а следовательно, к искажению воспринимаемого цвета;

• сильные энергетические потенциалы, возникающие при длительном воздействии световой энергии большой мощности, могут вызвать восприятие дополнительного цвета при переводе взгляда на серую поверхность. Дополнительные цвета: к желтому — синий, к пурпурному — зеленый, к голубому — красный и наоборот. Эти эффекты возникают вследствие того, что должно произойти быстрое выравнивание энергетического потенциала в одной из трех точек схемы.

Таким образом, при помощи простой энергетической схемы, включающей три разных рецептора, один из которых дублируется, и два пленочных светофильтра, можно моделировать восприятие любого оттенка окрашенного спектра света, который видит человек.

Читайте также:  Какие цвета сочетаются с пудровым розовым

В данной модели восприятия цвета человеком учитывается только энергетическая составляющая спектра света и не принимаются в расчет индивидуальные особенности человека, его возраст, профессия, эмоциональное состояние и многие другие факторы, которые влияют на восприятие света.

Цвет без света

Открыла мне моя душа и научила прикасаться к тому, что не облеклось плотью и не кристаллизовалось. И позволила она уразуметь, что чувственное есть половина мысленного и то, что мы держим в руках, — часть вожделенного нами.

Цвет возникает в результате восприятия глазом светового электромагнитного излучения и преобразования информации об этом излучении человеческим мозгом. Хотя и считается, что электромагнитное световое излучение — единственный возбудитель ощущения цвета, но цвет можно увидеть и без непосредственного воздействия света — цветовые ощущения свободно могут возникать в мозге человека. Пример — цветные сны или галлюцинации, вызванные воздействием на организм химических веществ. В абсолютно темном помещении мы видим перед глазами разноцветное мерцание, словно наше зрение вырабатывает в отсутствие внешних стимулов какие-то случайные сигналы.

Следовательно, как уже было замечено, цветовой стимул определен как адекватный стимул восприятия цвета или света, но он — не единственно возможный.

Источник

Почему мы видим цвета, если их на самом деле нет.

Почему желтая картинка, которая изображена сверху, на самом деле не желтая? Кто-то скажет, что за бред? У меня пока еще все в порядке с глазами и монитор вроде бы исправен.

Все дело в том, что как раз таки монитор, с которого вы все и наблюдаете, не воспроизводит желтый цвет вообще. На самом деле, он может демонстрировать только красный-синий-зеленый.

Но тот же лимон на экране монитора или телевизора будет изначально поддельного цвета. Оказывается, что обмануть ваш мозг довольно просто.
И получается этот желтый путем скрещивания красного и зеленого, а от естественного желтого здесь нет ничего.

Более того, все цвета даже в реальных условиях, когда вы на них смотрите в живую, а не через экран, могут видоизменяться, менять свою насыщенность, оттенки.

Большинство такое утверждение озадачивает. Как так, я же вижу книгу и прекрасно понимаю, что она красная, а не синяя или зеленая.

Однако другой человек эту же самую книгу может увидеть совсем по другому, например что она болотистая, а не ярко-красная.

Такие люди страдают протанопией.

Это определенный тип дальтонизма, при котором невозможно правильно различать красные оттенки.

Получается, что если разные люди видят один и тот же цвет по-разному, то дело вовсе не в расцветке предметов. Она то не меняется. Все дело в том, как мы ее воспринимаем.

И если среди людей такое “неправильное” восприятие цвета это отклонение, то вот животные и насекомые изначально видят иначе.

Вот например как видит бутоны цветков обычный человек.

В то же время, пчелы видят его вот так.

Для них не важен цвет, для них самое главное различать типы цветов между собой.

Поэтому каждый тип цветка для них, это какая-то разная посадочная площадка.

Важно изначально понимать, что любой свет это волны. То есть, у света такая же природа, как и у радиоволн или даже микроволн, которые используются для приготовления пищи.

Разница между ними и светом в том, что наши глаза могут видеть только определенную часть спектра электроволнового излучения. Она так и называется – видимая часть.

Эта часть начинается от фиолетового и заканчивается красным. После красного идет инфракрасный свет. До видимого спектра стоит ультрафиолет.

Мы его также не видим, но зато вполне себе можем почувствовать его присутствие, когда загораем на солнце.

Всем нам привычный солнечный свет содержит в себе волны всех частот, как видимые человеческим глазом, так и нет.

Впервые эту особенность обнаружил Исаак Ньютон, когда захотел буквально расщепить отдельно взятый пучок света. Его эксперимент можно повторить и в домашних условиях.

Для этого вам понадобятся:

    прозрачная пластина, с наклеенными двумя полосками черной ленты и узкой щелью между ними

Для проведения опыта включаете фонарик, пропускаете луч через узкую щель на пластине. Далее он проходит сквозь призму и попадает уже в разложенном состоянии в виде радуги на заднюю стенку.

Как же мы видим цвет, если это просто волны?

Для примера возьмите белый шарик. Для любого человека он является белым, потому что от него отражаются волны сразу всех частот.

Если же взять цветной предмет и посветить на него, то здесь отразится только часть спектра. Какая именно? Как раз та, которая соответствует его цвету.

Почему вы видите ее, если светили условно белым? Потому что, белый солнечный свет изначально содержит все цвета уже внутри себя.

А что будет, если на красный предмет посветить циановым цветом, или на синий – желтым? То есть, заведомо светить той волной, которая не будет отражаться от предмета. А будет ровным счетом ничего.

То есть, ничего не отразится и предмет останется либо бесцветным, либо вообще станет черным.

Подобный эксперимент можно легко провести в домашних условиях. Вам понадобится желе и лазер. Купите всеми любимые желейные мишки и лазерную указку. Желательно, чтобы цвета ваших мишек были достаточно разными.

Если зеленой указкой посветить на зеленого мишку, то все достаточно хорошо сочетается и отражается.

Читайте также:  Земляника с красными цветами ампельная

Желтый довольно близок к зеленому, поэтому здесь тоже все будет хорошо светиться.

С оранжевым будет немного хуже, хотя в нем и есть составляющая часть от желтого.

А вот красный практически потеряет свой первоначальный цвет.

Это говорит от том, что большая часть зеленой волны поглощается предметом. В итоге он теряет свой ”родной” цвет.

С волнами разобрались, осталось разобраться с организмом человека. Мы видим цвет, потому что в глазах у нас есть три вида рецепторов, которые воспринимают:

Так как они идут с достаточно большим нахлестом, то при их перечечении мы получаем все варианты цветов. Предположим мы видим синий предмет. Соответственно здесь работает один рецептор.

А если нам показать зеленый объект, то заработает другой.

Если же цвет голубой, то работают сразу два. Потому что голубой, это одновременно и синий и зеленый.

Важно понимать, что большинство цветов находятся как раз на пересечении зон действия разных рецепторов.

В итоге у нас получается система состоящая из трех элементов:

    свет, который отражается от предмета и попадает в глаза человеку

Если проблема на стороне человека, то это называется дальтонизм.

Когда проблема на стороне предмета, значит дело в материалах или в ошибках, которые были совершены при его изготовлении.

Но существует интересный вопрос, а если все в порядке и с человеком и с предметом, может ли быть проблема со стороны света? Да, может.

Давайте и с этим разберемся поподробнее.

Как говорилось выше, человек имеет только три рецептора воспринимающие цвет.

Если мы возьмем такой источник света, который будет состоять только из узких пучков спектра – красного, зеленого и синего, то при подсветке белого шарика он и останется белым.

Может быть, появится небольшой оттенок. Но что же при этом будет с остальными цветами?

А они как раз таки будут очень сильно искажены. И чем более узкой будет часть спектра, тем сильнее будут изменения.

Казалось бы, зачем кому-то специально создавать источник света, который будет плохо передавать цвета? Все дело в деньгах.

Энергосберегающие лампочки придуманы и используются уже довольно давно. И зачастую именно они имеют крайне рваный спектр.

Для эксперимента можете поставить любой светильник перед небольшой белой поверхностью и посмотреть на отражение с нее через CD диск. Если источник света будет хорошим, то вы увидите плавные полные градиенты.

А вот когда перед вами дешевая лампочка, то спектр будет рваным и вы наглядно будете различать блики.

Таким нехитрым способом можно проверять качество лампочек и их заявленные характеристики с реальными.

Если в световом потоке отсутствует или проседает часть волны, ответственная за желтый, то соответственно желтые предметы будут выглядеть неестественным образом.

Как уже упоминалось, солнечный свет содержит в себе частоты всех волн и может отображать все оттенки. Искусственный же свет может иметь рваный спектр.

Точнее говоря, чем больше цветов может отображать источник света, тем он тусклее по сравнению с аналогичным при равной потребляемой мощности.

Если речь при этом идет о какой-нибудь ночной автостоянке или автостраде, то вам реально важно, чтобы там в первую очередь было светло. И вас не особо интересует, что машина при этом будет несколько неестественного цвета.

В то же время в домашних условиях, приятно видеть многообразие цветов, что в жилых комнатах, что на кухне.

В картинных галереях, на выставках, в музеях, там где работы стоят тысячи и десятки тысяч долларов, очень важна правильная цветопередача. Здесь на качественное освещение тратятся огромные деньги.

В некоторых случаях, именно оно помогает быстрее продать те или иные картины.

Когда вы занимаетесь фото и видеосъемкой, вам также критично важно снимать с хорошими источниками.

Как же рядовому пользователю, а не специалисту понять, какой источник плохой, а какой хороший? Для этого был придуман индекс цветопередачи или как его называют сокращенно – CRI (Color Rendering Index).

Это индекс, который показывает насколько данный источник света близок по цветопередаче к обычной лампочке накаливания. Как не удивительно, именно она является эталоном.

CRI это именно сравнительная характеристика. Чтобы подсчитать CRI вам нужен:

    8 определенных плашек в цветах пастельных оттенков

Проблема в том, что в этих плашках нет насыщенных цветов. И соответственно базовый CRI вам сильно не поможет.

Поэтому специалисты придумали расширенную версию из 6-ти дополнительных цветов. Но и они решают проблему только отчасти.

Очень важно понимать, что данный индекс это некая среднестатистическая оценка по всем цветам одновременно. Допустим, у вас есть источник света, который отображает все 14 цветов одинаково и его CRI=80%.

Такого в жизни не бывает, но предположим что это идеальный вариант.

При этом есть второй источник, который отображает цвета неравномерно. И его индекс также равняется 80%. И это несмотря на то, что красный в его исполнении просто ужасен.

Что же делать в таких ситуациях? Если вы фотограф или видеооператор, старайтесь не снимать в местах, где выставлен дешевый свет. Ну или по крайней мере избегать крупных планов при такой съемке.

Если вы занимаетесь фотосъемкой дома, больше используйте естественный источник освещения и покупайте только дорогие лампочки.

У качественных светильников CRI должен стремиться к 92-95%. Это именно тот уровень, который дает минимальное количество возможных погрешностей.

Источник