Фізіологія відчуття кольору. Адитивний синтез кольору У чому полягає суть адитивного синтезу кольорів

Процес отримання різних кольорів за допомогою декількох основних (первинних) випромінювань або фарб називається синтезом кольорів. Існує два принципово різних методи колірного синтезу: адитивний та субтрактивний синтези.

В адитивному синтезі поєднуються первинні випромінювання. Як первинні можуть бути використані два, три і більше різних за кольором випромінювань, але найбільш поширений триколірний адитивний синтез. Первинні кольори і їх випромінювання називаються основними. Основні випромінювання адитивного синтезу - сині, зелені та червоні, тобто. випромінювання трьох основних зон спектра Адитивний синтез кольору – відтворення кольору в результаті оптичного змішування випромінювань базових кольорів (червоного, зеленого та синього – R, G, B). Використовується в моніторах видавничих систем під час створення кольорових зображень на екрані та на екрані телевізора.

Послідовне змішування або утворення різних кольорів при швидкій зміні випромінювань поза оком, наприклад, на диску типу дзиги або на екрані кольорового телевізора. При швидкому обертанні забарвленого в різні кольори диски кольору підсумовуються внаслідок розглянутих вище явищ інерційності зору.

Просторове змішання - це різновид адитивного методу.

Просторове змішання засноване на тому, що око не розрізняє дуже близько розташовані один до одного дрібні різнокольорові ділянки, а сприймає їх разом, як одне ціле. Якщо ці дрібні ділянки мають різне забарвлення, ми бачимо лише їх узагальнений колір - колір адитивної суміші.

Якщо ряд дуже дрібних різнокольорових цяток, що лежать близько одне від одного, розглядати на досить великому видаленні, то ці цятки окремо візуально не відрізняються. Замість різнокольорових дрібних цяток ми бачимо однакові за кольором ділянки. Наприклад, окремі піщинки на березі ми розрізняємо лише на близькій відстані. Листи паперу, злегка покриті вугільним пилом, на видаленні ми бачимо сірими, не розрізняючи на них окремих порошинок і папір, що просвічує між ними.

Змішування кольорів дрібних різнобарвлених ділянок з утворенням єдиного для них кольору відбувається за правилами адитивного синтезу, тобто оптичним змішуванням випромінювань. Це тим, що з погляду якийсь предмет його зображення безперервно переміщається сітківкою ока. Якщо окремі кольорові елементи малі порівняно з безперервними коливаннями ока, то на одні й ті ж рецептори потрапляють послідовні випромінювання від різних різнокольорових елементів, що розташовані поруч.

Просторове змішування різнокольорових дрібних забарвлених ділянок має місце при синтезі кольору на відбитках високого та офсетного (плоського) друку, на картинах живопису, особливо напрям "пуантилізм".

Французькі художники винайшли в живописі подібний до автотипного синтезу художній прийом, назвавши його пуантилізмом.

Він був винайдений для створення яскравих та чистих кольорів на полотні. Суть прийому полягає в нанесенні на полотно чітких роздільних мазків (у вигляді точок або дрібних прямокутників) чистих фарб для їх оптичного змішання в оці глядача, на відміну від механічного змішування фарб на палітрі. Винайшов пуантилізм французький живописець Жорж Сера на основі теорії додаткових кольорів.

Було помічено, що оптичне змішування трьох чистих основних кольорів:

червоний,
синій,
жовтий

та пар додаткових кольорів:

червоний зелений,
синій - помаранчевий,
жовтий - фіолетовий,

дає значно більшу яскравість, ніж механічна суміш фарб. Пуантилістична техніка допомогла створити яскраві, контрастні за колоритом пейзажі П. Сіньяку і тонко передаючі нюанси кольору полотна Ж. Сера, а також підвищити декоративність картин багатьом послідовникам, наприклад італійському живописцю Дж. Балла.)

У субтрактивному синтезі новий колір отримують накладенням одного на інший барвистих шарів – жовтого, пурпурового та блакитного. Сині, зелені та червоні випромінювання поглинаються цими фарбами (тобто послідовно віднімаються з білого світла). Тому колір пофарбованої ділянки визначається тими випромінюваннями, які проходять через усі три шари та потрапляють у око спостерігача.

Жовта, пурпурна та блакитна фарби – основні (первинні) для субтрактивного синтезу. Субтрактивний синтез кольору - одержання кольору внаслідок віднімання окремих спектральних складових з білого.

Такий синтез спостерігається при освітленні білим світлом кольору.

Світло падає на кольорову ділянку; при цьому частина його поглинається (віднімається) барвистим шаром, а решта, відбиваючись, у вигляді забарвленого потоку, потрапляє в око спостерігача. Цей синтез використовується при змішуванні забарвлених середовищ, наприклад, фарб поза машиною, для отримання потрібних кольорів або відтінків на відбитку під час друку додатковою фарбою, при накладенні шарів різних фарб на відбитку в глибокому друку, а також при накладенні різнобарвних растрових елементів на відбитку у високому та плоский друк.

Сама назва колірного синтезу вказує на принцип утворення різних кольорів.

Слово "адитивний" - доданок. Субтрактивний спосіб – віднімальний. При адитивному синтезі кольори змінюються від зміни співвідношення інтенсивності основних випромінювань, а при субтрактивному синтезі - від товщини шарів або концентрації фарбуючих речовин.

Тому крім поняття про первинні кольори та фарби для характеристики синтезу вводять поняття про кількість первинних випромінювань або фарб. Ці величини, що характеризують кількість первинних випромінювань або основних фарб, називають адитивними або субтрактивними координатами кольору.

Адитивні координати кольору вказують на відносні потужності випромінювань, що змішуються (доданків) при адитивному синтезі. Субтрактивні координати кольору вказують на відносні кількості жовтої, пурпурової та блакитної фарб, якими відтворюються всі інші кольори на відбитку.

Як і в адитивному, субтрактивному синтезі новий колір може бути утворений меншим або більшим, ніж три, числом основних фарб. Насправді для субтрактивного синтезу часто використовують більше фарб. Наприклад, до трьох кольорових додають четверту – чорну.

У кольорових репродукціях, виготовлених способом високого та плоского друку, утворення кольорів відбувається шляхом зміни відносної площі дрібних, не видимих неозброєним оком растрових елементів, зафарбованих жовтою, пурпурною та блакитною фарбами.

Колірний синтез, у якому різні кольори на запечатаних поверхнях утворюються зміною відносної площі забарвлених растрових елементів, називається автотипним (растровим) синтезом.

Автотипний синтез може бути однофарбовим, коли друк ведеться з однієї растрової друкарської форми і на папір переноситься лише одна фарба. Чорно-білі ілюстрації, виготовлені способами високого та плоского друку, - це однофарбові зображення, отримані автотипним синтезом. Для виготовлення кольорових ілюстрацій застосовується іноді двофарбовий автотипний синтез (дуплекс).

Найчастіше застосовується трифарбовий та чотирифарбовий синтез.

Найбільш поширений чотирифарбовий автотипний синтез, коли, крім трьох основних однофарбових зображень, на папір наноситься ще чорно-біле зображення.

У деяких випадках друк ведеться і великою кількістю фарб. (Останнім часом після 1995 р. практичне застосування знаходить технологія Hi - Fi.) Однак у основі всіх видів автотипного синтезу лежить принцип змішування випромінювань, відбитих від дрібних різнобарвних ділянок. Тому для з'ясування закономірності автотипного синтезу необхідно розглядати процес накладання фарб із трьох растрових зображень. При трифарбовому автотипному синтезі на папір послідовно накладаються шари жовтої, пурпурової та блакитної фарб.

Припустимо, першою друкується жовта фарба. При нанесенні пурпурової фарби на папері запечатуються не лише незабарвлені, але й пофарбовані першою фарбою ділянки. Таким чином, на одиниці площі, обмеженої поруч розташованими лініями растрової решітки, виходять не тільки жовті та пурпурні однофарбові ділянки, але також і двофарбові, отримані внаслідок перекривання деяких різнобарвних растрових елементів.

У розглянутому прикладі двобарвні ділянки в результаті накладання жовтого шару пурпурової фарби мають червоний колір. При накладанні третього растрового зображення блакитна фарба лягає на жовті, пурпурові та червоні ділянки, у результаті утворюються нові двобарвні ділянки синього та зеленого кольорів, а також трифарбові чорного кольору. Таким чином, кольори двофарбових та трифарбових ділянок утворюються субтрактивним синтезом.

Фарби для автотипного синтезу вибирають з тим розрахунком, щоб кольори при автотипному синтезі виходили не тільки насиченими, але й світлими, яскравими.

Таким чином, автотипний синтез кольору – це відтворення кольору в поліграфії на відбитках високого та плоского друку. При автотипному синтезі кольорове напівтонове зображення формується різнокольоровими растровими елементами (крапками або мікроштрихами). Растрові елементи окремих друкарських фарб на відбитку мають однакову світлоту, але різні розміри, частоти та форми, а також різний характер накладання (змішаний адитивно-субтрактивний синтез кольору).

У будь-якому кольорофотографічному процесі можна виділити три стадії: кольороподіл, проміжні (градаційні) стадії та синтез кольору.

В процесі кольороподілної зйомкикольоровий об'єкт за допомогою зональних світлофільтрів: синього, зеленого та червоного або інших прийомів можна розділити на три оптичні зображення, що містять синю, зелену та червону інформацію. На першому етапі розвитку кольорової фотографії знімання кольору проводили на чорно-білу ізопанхроматичну плівку і після її хіміко-фотографічної обробки отримували три чорнобілих кольороподілених негативу.

Коліроподіл здійснювалося декількома способами, наприклад, послідовною зйомкою об'єкта однією фотокамерою за трьома зональними кольоровими світлофільтрами. При цьому фотокамера та об'єкт мають бути нерухомими. Такий спосіб знімання кольору має недолік. тимчасовий паралаксі застосовується переважно у поліграфічній промисловості. Ще один спосіб знімання кольору — зйомка об'єкта трьома фотокамерами за

В якості зональних світлофільтрів можна використовувати кольорове скло з каталогу, що випускається промисловістю, в комбінації: синій (СС-4 товщиною 5 і СЗС-18 товщиною 2 мм), зелений (ЖС-18 і СЗС-18 товщиною 3 мм кожне), червоний ( КС-14 завтовшки 2 мм).

У цьому випадку зникає тимчасовий паралакс, але виникає інший недолік. просторовий паралакс. Тільки зйомка однією фотокамерою зі світлорозщеплюючою системою за допомогою напівпрозорого дзеркала дозволяє одночасно експонувати за світлофільтрами три негативні кіноплівки, що повністю виключає тимчасовий та просторовий паралакси. Щоправда, цей спосіб знімання кольору все ж таки має ряд недоліків: значне ослаблення світла і різні рівні експозиції в кадровому вікні кінокамери, необхідність синхронного протягування трьох плівок у фільмовому каналі, труднощі суміщення зображень через різну усадку основи кіноплівок.

Колір поділу можна здійснити, використовуючи три фотоматеріали з різною спектральною світлочутливістю до синьої, зеленої та червоної областей видимого спектру.

Однак у всіх розглянутих випадках ми маємо справу з трьома кольороподіленими негативними та позитивними зображеннями, які на певній стадії процесу необхідно поєднувати. Повністю позбутися труднощів, що виникають при поєднанні кольороділених зображень на трьох плівках, можна тільки при нанесенні трьох емульсійних шарів різної спектральної чутливості на одну прозору основу, тобто якщо провести кольороподіл за допомогою кольорової багатошарової плівки. Тут з'являються технологічні труднощі, пов'язані з виготовленням кольорових фотоматеріалів, так як товщина їх шару емульсійного повинна бути така ж, що і у чорно-білих матеріалів.

У фотографії та кінематографії існують два методи синтезу кольору: адитивний та субтрактивний.

Адитивний метод синтезу кольорупередбачає використання чорно-білих кольороподілених позитивів. При цьому поєднують не самі кольорові зображення, а їх проекції на екрані. Світловий потік у проекторах повинен бути забарвлений у той самий колір, що і світлофільтр, за яким проводилася зйомка. Отже, при адитивному синтезі використовуються чорно-білі позитивні кольороподілені зображення, а функцію отримання кольору в сумарному зображенні виконують ті ж знімальні зональні світлофільтри, які застосовувалися при кольороділильній зйомці.

Таким чином, в результаті накладання один на одного двох світлових потоків, пофарбованих у синій, зелений або червоний кольори, можна отримати в залежності від інтенсивності світлових потоків додаткові кольори різних відтінків.

Жовтий = Зелений + Червоний;
Пурпуровий = Синій + Червоний;
Блакитний = Синій + Зелений.

Два кольори називають додатковими один до одного (до синього – жовтий, до зеленого – пурпурний, до червоного – блакитний), якщо вони при адитивному синтезі дають білий

Основні кольори: синій, зелений, червоний (а) та додаткові кольори: жовтий, пурпуровий, блакитний (б)

Отже, при поєднанні трьох світлових потоків, пофарбованих у синій, зелений, червоний кольори, отримаємо білий колір

Принцип адитивного змішування основних кольорів

Набуття білого кольору при адитивному змішуванні двох додаткових кольорів.

Адитивний метод отримання кольорового зображення за рахунок змішування основних випромінювань у кінематографії широкого застосування не отримав через розглянуті вище труднощі. У фотоділі цей метод застосовується в основному для розробки різних модифікацій растрової кольорової фотографії.

При субтрактивному синтезідля отримання остаточного сумарного кольорового зображення поєднують один з одним кольорові позитиви. При цьому вони повинні бути не чорно-білими, а забарвленими в колір, додатковий кольору світлофільтрів, за якими вони були отримані, тобто в жовтий, пурпуровий та блакитний кольори

Схема отримання кольорового зображення субтрактивним методом:

об'єкт зйомки;
зональні світлофільтри;
чорно білі кольорові негативи;
пофарбовані кольорові позитиви;
цсетне позитивне зображення

Якщо при адитивному синтезі жовтий, пурпуровий та блакитний кольори утворюються за рахунок складання світлових потоків

Принцип адитивного змішування основних кольорів

пофарбованих в основні кольори (синій, зелений та червоний), то при субтрактивному синтезі, наприклад, жовтий колір виходить за рахунок віднімання з білого світлового потоку синіх променів, а пурпуровий та блакитний кольори — відповідно зелених та червоних променів.

пофарбованих в основні

Жовтий = Білий – Синій;
Пурпурний = Білий – Зелений;
Блакитний = Білий – Червоний.

Основні ж кольори при субтрактивному синтезі виходять внаслідок віднімання з білого світлового потоку двох основних кольорів. Практично це можна здійснити за допомогою накладання один на одного двозонних світлофільтрів (жовтого, пурпурового та блакитного), які розміщують у різних поєднаннях на шляху білого світлового потоку. Якщо на шляху світлового потоку поставити пурпуровий та блакитний світлофільтри, виходить синій колір, оскільки пурпурний світлофільтр затримує зелену (500-600 нм), а блакитний – червону складову видимого спектру (600-700 нм). Інші основні кольори можна отримати, використовуючи такі комбінації світлофільтрів

Отримання чорного кольору при субтрактивному поєднанні двох світлофільтрів, пофарбованих у додаткові кольори.

Принцип субтрактивного синтезу кольорів

Жовтий + Блакитний = Зелений;
Жовтий + Пурпуровий = Червоний;
Жовтий + Пурпуровий + Блакитний = Чорний.

Відчуття кольору(Колірна чутливість, колірне сприйняття) - здатність зору сприймати і перетворювати світлове випромінювання певного спектрального складу у відчуття різних колірних відтінків і тонів, формуючи цілісне суб'єктивне відчуття (хроматичність, кольоровість, колорит).

Колір характеризується трьома якостями:

колірним тоном, який є основною ознакою кольору та залежить від довжини світлової хвилі;
насиченістю, що визначається часткою основного тону серед домішок іншого кольору;
яскравістю, або світлою, яка проявляється ступенем близькості до білого кольору (ступінь розведення білим кольором).

Людське око помічає зміни кольору лише у разі перевищення так званого колірного порога (мінімальної зміни кольору, помітного оком).

Фізична сутність світла та кольору

Світлом чи світловим випромінюванням називаються видимі електромагнітні коливання.

Світлові випромінювання поділяються на складніі прості.

Біле сонячне світло - складне випромінювання, яке складається з простих кольорових складових – монохроматичних (однокольорових) випромінювань. Кольори монохроматичних випромінювань називають спектральними.

Якщо промінь білого кольору розкласти за допомогою призми в спектр, то можна побачити ряд кольорів, що безперервно змінюються: темно-синій, синій, блакитний, синьо-зелений, жовто-зелений, жовтий, помаранчевий, червоний.

Колір випромінювання визначається довжиною хвилі. Весь видимий спектр випромінювань розташований у діапазоні довжин хвиль від 380 до 720 нм (1 нм = 10-9 м, тобто однієї мільярдної частки метра).

Всю видиму частину спектра можна поділити на три зони

Випромінюванням довжиною хвилі від 380 до 490 нм називається синьою зоною спектру;
від 490 до 570 нм – зеленої;
від 580 до 720 нм – червоною.

Різні предмети людина бачить забарвленими різні кольори оскільки монохроматичні випромінювання відбиваються від них по-різному, у різних співвідношеннях.

Всі кольори поділяються на ахроматичні і хроматичні

Ахроматичні (безбарвні) - це сірі кольори різного світла, білий і чорний кольори. Ахроматичні кольори характеризуються світлом.
Решта всіх кольорів – хроматичні (кольорові): синій, зелений, червоний, жовтий тощо. Хроматичні кольори характеризуються колірним тоном, світлою і насиченістю.

Кольоровий тон- це суб'єктивна характеристика кольору, яка залежить не лише від спектрального складу випромінювань, що потрапили в око спостерігача, а й від психологічних особливостей індивідуального сприйняття.

Світлотасуб'єктивно характеризує яскравість кольору.

Яскравістьвизначає силу світла, що випромінюється або відбивається з одиниці поверхні в перпендикулярному до неї напрямку (одиниця яскравості - кандела на метр, кд/м).

Насиченістьсуб'єктивно характеризує інтенсивність відчуття колірного тону.
Оскільки у виникненні зорового відчуття кольору бере участь не тільки джерело випромінювання та пофарбований предмет, а й очей і мозок спостерігача, слід розглянути деякі основні відомості про фізичну сутність процесу колірного зору.

Сприйняття кольору оком

Відомо, що око по пристрої є подібністю фотоапарата, в якому сітківка відіграє роль світлочутливого шару. Випромінювання різного спектрального складу реєструються нервовими клітинами сітківки (рецепторами).

Рецептори, що забезпечують колірний зір, поділяються на три типи. Кожен тип рецепторів по-різному поглинає випромінювання трьох основних зон спектру - синій, зелений і червоний, тобто. має різну спектральну чутливість. Якщо на сітківку ока потрапляє випромінювання синьої зони, воно буде сприйнято тільки одним типом рецепторів, які передадуть інформацію про потужність цього випромінювання в мозок спостерігача. Внаслідок цього виникне відчуття синього кольору. Аналогічно протікатиме процес і у разі попадання на сітківку ока випромінювань зеленої та червоної зон спектру. При одночасному збудженні рецепторів двох або трьох типів виникатиме відчуття кольору, що залежить від співвідношення потужностей випромінювання різних зон спектру.

При одночасному збудженні рецепторів, що реєструють випромінювання, наприклад, синій та зеленій зон спектру, може виникнути світлове відчуття, від темно-синього до жовто-зеленого. Відчуття переважно синіх відтінків кольору виникатиме у разі більшої потужності випромінювань синьої зони, а зелених відтінків - у разі більшої потужності випромінювання зеленій зоні спектру. Рівні за потужністю випромінювання синьої та зеленої зон викликають відчуття блакитного кольору, зелений та червоний зон – відчуття жовтого кольору, червоної та синьої зон – відчуття пурпурового кольору. Блакитний, пурпуровий та жовтий кольори називаються у зв'язку з цим двозональними. Рівні за потужністю випромінювання всіх трьох зон спектру викликають відчуття сірого кольору різної світлоти, який перетворюється на білий колір за достатньої потужності випромінювань.

Адитивний синтез світла

Це процес отримання різних кольорів за рахунок змішування (складання) випромінювань трьох основних зон спектру – синього, зеленого та червоного.

Ці кольори називаються основними чи первинними випромінюваннями адаптивного синтезу.

Різні кольори можуть бути отримані цим способом, наприклад, на білому екрані за допомогою трьох проекторів із світлофільтрами синього (Blue), зеленого (Green) та червоного (Red) кольорів. На ділянках екрана, що освітлюються одночасно з різних проекторів, можуть бути отримані будь-які кольори. Зміна кольору досягається зміною співвідношення потужності основних випромінювань. Складання випромінювань відбувається поза очима спостерігача. Це один з різновидів адитивного синтезу.

Ще один різновид адитивного синтезу – просторове зміщення. Просторове усунення полягає в тому, що око не розрізняє окремо розташованих дрібних різнокольорових елементів зображення. Таких, наприклад, як растрові точки. Але водночас дрібні елементи зображення переміщаються сітківкою ока, тому одні й самі рецептори послідовно впливає різне випромінювання сусідніх різнобарвних растрових точок. У зв'язку з тим, що око не розрізняє швидкої зміни випромінювань, він сприймає їх як колір суміші.

Субтрактивний синтез кольору

Це процес отримання кольорів за рахунок поглинання (віднімання) випромінювань із білого кольору.

У субтрактивному синтезі новий колір набувають за допомогою барвистих шарів: блакитного (Cyan), пурпурового (Magenta) та жовтого (Yellow). Це основні чи первинні кольори субтрактивного синтезу. Блакитна фарба поглинає (віднімає з білого) червоні випромінювання, пурпурова – зелені, а жовта – сині.

Для того, щоб субтрактивним способом отримати, наприклад, червоний колір потрібно на шляху білого випромінювання помістити жовтий і пурпурний світлофільтри. Вони будуть поглинати (віднімати) відповідно сині та зелені випромінювання. Такий же результат буде отримано, якщо на білий папір нанести жовтий та пурпурні фарби. Тоді до білого паперу дійде лише червоне випромінювання, яке відбивається від нього і попадає в око спостерігача.

Основні кольори адитивного синтезу - синій, зелений та червоний
Основні кольори субтрактивного синтезу – жовтий, пурпуровий та блакитний утворюють пари додаткових кольорів.

Додатковими називають кольори двох випромінювань або двох фарб, які в суміші роблять ахроматичний колір: Ж+С, П+З, Г+К.

При адитивному синтезі додаткові кольори дають сірий і білий кольори, так як у сумі випромінювання всієї видимої частини спектру, а при субтрактивному синтезі суміш зазначених фарб дає сірий і чорний кольори, у вигляді того, що шари цих фарб поглинають випромінювання всіх зон спектру.

Розглянуті принципи утворення кольору лежать і в основі одержання кольорових зображень у поліграфії. Для отримання кольорових поліграфічних зображень використовують так звані тріадні друковані фарби: блакитну, пурпурову і жовту. Ці фарби прозорі і кожна з них, як уже було зазначено, віднімає випромінювання однієї із зон спектру.

Однак через неідеальність компонентів субтактивного синтезу при виготовленні друкованої продукції використовують четверту додаткову чорну фарбу.

Зі схеми видно, що якщо наносити на білий папір тріадні фарби у різному поєднанні, то можна отримати всі основні (первинні) кольори як для адитивного синтезу, так і для субтрактивного. Ця обставина доводить можливість отримання кольорів необхідних характеристик для виготовлення кольорової поліграфічної продукції тріадними фарбами.

Зміна характеристик кольору, що відтворюється, відбувається по-різному, залежно від способу друку. У глибокій пресі перехід від світлих ділянок зображення до темних здійснюється завдяки зміні товщини барвистого шару, що дозволяє регулювати основні характеристики відтворюваного кольору. У глибокому друку утворення кольорів відбувається субтрактивно.

У високому та офсетному друку кольори різних ділянок зображення передаються растровими елементами різної площі. Тут характеристики відтворюваного кольору регулюються розмірами растрових елементів різного кольору. Раніше вже зазначалося, що кольори у цьому випадку утворюються адитивним синтезом – просторовим змішуванням кольорів дрібних елементів. Однак, там, де растрові точки різних кольорів збігаються одна з одною і фарби накладаються одна на одну, новий колір точок утворюється субтрактивним синтезом.

Оцінка кольору

Для вимірювання, передачі та зберігання інформації про колір необхідна стандартна система вимірювань. Людський зір може вважатися одним з найбільш точних вимірювальних приладів, але він не в змозі ні надавати кольорам певні числові значення, ні точно їх запам'ятовувати. Більшість людей не усвідомлює, наскільки значний вплив кольору на їхнє повсякденне життя. Коли справа доходить до багаторазового відтворення, колір, який здається одній людині «червоною», іншою сприймається як «червоно-оранжевий».

Методи, якими здійснюється об'єктивна кількісна характеристика кольору та колірних відмінностей, називають колориметричними методами.

Триколірна теорія зору дозволяє пояснити виникнення відчуттів різного кольору, світлоти та насиченості.

Колірні простори

Координати кольору
L (Lightness) – яскравість кольору вимірюється від 0 до 100%,
a - діапазон кольору за кольором від зеленого -120 до червоного значення +120,
b – діапазон кольору від синього -120 до жовтого +120

У 1931 р. Міжнародна комісія з висвітлення – CIE (Commission Internationale de L`Eclairage) запропонувала математично розрахований колірний простір XYZ, у якому весь видимий людським оком спектр лежав усередині. В якості базових була обрана система реальних кольорів (червоного, зеленого та синього), а вільний перерахунок одних координат до інших дозволяв проводити різного роду вимірювання.

Недоліком нового простору була його нерівноконтрастність. Розуміючи це, вчені проводили подальші дослідження, і в 1960 р. Мак-Адам вніс деякі доповнення та зміни в колірний простір, що існував, назвавши його UVW (або CIE-60).

Потім у 1964 р. на пропозицію Г. Вишецького було введено простір U*V*W* (CIE-64).
Всупереч очікуванню фахівців запропонована система виявилася недостатньо досконалою. В одних випадках використовувані при розрахунку колірних координат формули давали задовільні результати (переважно при адитивному синтезі), в інших (при субтрактивному синтезі) похибки виявлялися надмірними.

Це змусило CIE прийняти нову рівноконтрастну систему. У 1976 р. було усунуто всі розбіжності і світ з'явилися простори Luv і Lab, що базуються тому ж XYZ.

Ці колірні простори беруть за основу самостійних колориметричних систем CIELuv та CIELab. Вважається, перша система більшою мірою відповідає умовам адитивного синтезу, а друга - субтрактивного.

В даний час колірний простір CIELab (CIE-76) є міжнародним стандартом роботи з кольором. Основна перевага простору – незалежність як від пристроїв відтворення кольорів на моніторах, так і від пристроїв введення та виведення інформації. За допомогою стандартів CIE можуть бути описані всі кольори, які сприймає людське око.

Кількість вимірюваного кольору характеризується трьома числами, що показують відносні кількості випромінювань, що змішуються. Ці числа називають колірними координатами. Усі колориметричні способи засновані на тривимірності тобто. на свого роду об'ємність кольору.

Ці методи дають таку ж надійну кількісну характеристику кольору, як вимір температури або вологості. Відмінність полягає лише у кількості характеризуючих значень та його взаємозв'язку. Цей взаємозв'язок трьох основних кольорових координат виявляється у узгодженій зміні при зміні кольору освітлення. Тому "триколірні" вимірювання проводяться в строго певних умовах за стандартизованого білого освітлення.

Таким чином, колір у колориметричному розумінні однозначно визначається спектральним складом вимірюваного випромінювання, колірне відчуття не однозначно визначається спектральним складом випромінювання, а залежить від умов спостереження і зокрема від кольору освітлення.

Фізіологія рецепторів сітківки

Сприйняття кольору пов'язане з функцією колбочкових клітин сітківки ока. Пігменти, що містяться в колбочках поглинають частину падаючого на них світла і відбиває іншу. Якщо якісь спектральні компоненти видимого світла поглинаються краще за інших, цей предмет ми сприймаємо як пофарбований.

Первинне розрізнення кольорів відбувається у сітківці- в паличках і колбочках світло викликає первинне роздратування, яке перетворюється на електричні імпульси для остаточного формування відтінку, що сприймається в корі головного мозку.

На відміну від паличок, що містять родопсин, колби містять білок йодопсин. Йодопсин – загальна назва зорових пігментів колб. Існує три типи йодопсину:

хлоролаб («зелений», GCP),
еритролаб («червоний», RCP) та
ціанолаб ("синій", BCP).

В даний час відомо, що світлочутливий пігмент йодопсин, що знаходиться у всіх колбочках ока, включає такі пігменти, як хлоролаб і еритролаб. Обидва ці пігменти чутливі до всієї області видимого спектру, однак перший з них має максимум поглинання, що відповідає жовто-зеленої (максимум поглинання близько 540 нм.), а другий жовто-червоної (помаранчевої) (максимум поглинання близько 570 нм) частинам спектру. Привертає увагу той факт, що їх максимуми поглинання розташовані поруч. Це не відповідає прийнятим «основним» кольорам і не узгоджується з основними принципами трикомпонентної моделі.

Третій, гіпотетичний пігмент, чутливий до фіолетово-синьої області спектру, який заздалегідь отримав назву ціанолаб, на сьогоднішній день так і не знайдено.

Крім того, знайти якусь різницю між колбочками в сітківці ока не вдалося, не вдалося і довести наявність у кожній колбці лише одного типу пігменту. Більш того, було визнано, що в колбі одночасно знаходяться пігменти хлоролаб і еритролаб.

Неалельні гени хлоролабу (кодується генами OPN1MW та OPN1MW2) та еритролабу (кодується геном OPN1LW) знаходяться у Х-хромосомах. Ці гени давно добре виділені та вивчені. Тому найчастіше зустрічаються такі форми дальтонізму, як дейтеронопія (порушення утворення хлоролабу) (6% чоловіків страждають на це захворювання) і протанопія (порушення утворення еритолабу) (2% чоловіків). При цьому деякі люди, які мають порушення сприйняття відтінків червоного та зеленого, краще за людей з нормальним сприйняттям кольорів сприймають відтінки інших кольорів, наприклад, кольори хакі.

Ген ціанолабу OPN1SW розташований у сьомій хромосомі, тому тританопія (аутосомна форма дальтонізму, при якій порушено утворення ціанолабу) – рідкісне захворювання. Людина, хвора на тританопію, все бачить у зелених і червоних кольорах і не розрізняє предмети в сутінках.

Нелінійна двокомпонентна теорія зору

За іншою моделлю (нелінійна двокомпонентна теорія зору С. Ременко), третій «гіпотетичний» пігмент ціанолаб не потрібен, приймачем синьої частини спектра служить паличка. Це пояснюється тим, що при яскравості освітлення достатньої для розрізнення кольорів, максимум спектральної чутливості палички (завдяки вицвітанню родопсину, що міститься в ній) зміщується від зеленої області спектру до синьої. За цією теорією колбочка повинна містити в собі всього два пігменти з рядом розташованими максимами чутливості: хлоролаб (чутливий до жовто-зеленої області спектру) та еритролаб (чутливий до жовто-червоної частини спектру). Ці два пігменти давно знайдені та ретельно вивчені. При цьому колбочка є нелінійним датчиком відносин, що видає не тільки інформацію про співвідношення червоного та зеленого кольору, але і виділяє рівень жовтого кольору в цій суміші.

Доказом того, що приймачем синьої частини спектра в оці є паличка, може бути і той факт, що при кольороаномалії третього типу (тританопія), око людини не тільки не сприймає синю частину спектра, але й не розрізняє предмети в сутінках (куряча сліпота), а це вказує саме на відсутність нормальної роботи паличок. Прихильники трьохкомпонентних теорій пояснити, чому завжди, одночасно із припиненням роботи синього приймача, перестають працювати і палички досі не можуть.

Крім того, підтвердженням цього механізму є і давно відомий ефект Пуркінье, суть якого полягає в тому, що при настанні сутінків, коли освітленість падає, червоні кольори чорніють, а білі здаються блакитними. Річард Філліпс Фейнман зазначає, що: «це пояснюється тим, що палички бачать синій край спектру краще, ніж колбочки, але колбочки бачать, наприклад, темно червоний колір, тоді як палички його зовсім не можуть побачити».

У нічний час, коли потік фотонів недостатній для нормальної роботи ока, зір забезпечують переважно палички, тому вночі людина не може розрізняти кольори.

На сьогоднішній день дійти єдиної думки про принцип сприйняття оком поки не вдалося.

У адитивний синтезпоєднуються первинні випромінювання. Як первинні можуть бути використані два, три і більше різних за кольором випромінювань, але найбільш поширений триколірний адитивний синтез. Первинні кольори і їх випромінювання називаються основними. Основні випромінювання адитивного синтезу - сині, зелені та червоні, тобто. випромінювання трьох основних зон спектра Адитивний синтез кольору- відтворення кольору в результаті оптичного змішування випромінювань базових кольорів (червоного, зеленого та синього – R, G, B). Використовується в моніторах видавничих систем під час створення кольорових зображень на екрані та на екрані телевізора.

Послідовне змішування або утворення різних квітівпри швидкій зміні випромінювань поза оком, наприклад, на диску типу дзиги або на екрані кольорового телевізора. При швидкому обертанні забарвленого в різні кольори диски кольору підсумовуються внаслідок розглянутих вище явищ інерційності зору.

Просторове змішання- це різновид адитивного методу. Просторове змішаннязасновано на тому, що око не розрізняє дуже близько розташовані один до одного дрібні різнокольорові ділянки, а сприймає їх разом, як одне ціле. Якщо ці дрібні ділянки мають різне забарвлення, ми бачимо лише їх узагальнений колір - колір адитивної суміші.

Змішання квітівдрібних різнобарвлених ділянок з утворенням єдиного для них кольору відбувається за правилами адитивного синтезу, Т. е. оптичним змішанням випромінювань. Це тим, що з погляду якийсь предмет його зображення безперервно переміщається сітківкою ока. Якщо окремі кольорові елементи малі порівняно з безперервними коливаннями ока, то на одні й ті ж рецептори потрапляють послідовні випромінювання від різних різнокольорових елементів, що розташовані поруч. Просторове змішування різнокольорових дрібних пофарбованих ділянок має місце при синтезі кольоруна відбитках високого та офсетного (плоського) друку, на картинах живопису, особливо, напрям "пуантилізм". (Французькі художники винайшли в живописі подібний до автотипного синтезу художній прийом, назвавши його пуантилізмом. Він був винайдений для створення яскравих і чистих кольорів на полотні. Суть прийому полягає в нанесенні на полотно чітких роздільних мазків (у вигляді крапок або дрібних прямокутників) чистих фарб у розрахунку на їхнє оптичне змішування в оці глядача, на відміну від механічного змішування фарб на палітрі.Винайшов пуантилізм французький живописець Жорж Сера на основі теорії додаткових кольорів.Було помічено, що оптичне змішування трьох чистих основних кольорів (червоний, синій, жовтий) і пар додаткових кольорів (червоний - зелений, синій - помаранчевий, жовтий - фіолетовий) дає значно більшу яскравість, ніж механічна суміш фарб. картин багатьом їх послідовникам, наприклад, італійському живописцю Дж. Балла.)

У субтрактивному синтезіновий колір отримують накладенням одного на інший барвистих шарів – жовтого, пурпурового та блакитного. Сині, зелені та червоні випромінювання поглинаються цими фарбами (тобто послідовно віднімаються з білого світла). Тому колірпофарбованої ділянки визначається тими випромінюваннями, які проходять через усі три шари та потрапляють у око спостерігача. Жовта, пурпурна та блакитна фарби - основні (первинні) для субтрактивного синтезу. Субтрактивний синтез кольору - одержання кольору внаслідок віднімання окремих спектральних складових з білого. Такий синтез спостерігається при освітленні білим світлом кольору. Світло падає на кольорову ділянку; при цьому частина його поглинається (віднімається) барвистим шаром, а решта, відбиваючись, у вигляді забарвленого потоку, потрапляє в око спостерігача. Цей синтез використовується при змішуванні забарвлених середовищ, наприклад, фарб поза машиною, для отримання потрібних кольорів або відтінків на відбитку під час друку додатковою фарбою, при накладенні шарів різних фарб на відбитку в глибокому друку, а також при накладенні різнобарвних растрових елементів на відбитку у високому та плоский друк.

Сама назва колірного синтезу вказує на принцип утворення різних кольорів. Слово " адитивний- складальний. Субтрактивнийспосіб - віднімальний. При адитивному синтезі кольори змінюються від зміни співвідношення інтенсивності основних випромінювань, а при субтрактивному синтезі - від товщини шарів або концентрації фарбуючих речовин. Тому крім поняття про первинні кольори та фарби для характеристики синтезу вводять поняття про кількість первинних випромінювань або фарб. Ці величини, що характеризують кількість первинних випромінювань або основних фарб, називають адитивними або субтрактивними координатами кольору.

Адитивні координати кольорувказують на відносні потужності змішуваних (доданків) випромінювань при адитивному синтезі. Субтрактивні координати кольорувказують на відносні кількості жовтої, пурпурової та блакитної фарб, якими відтворюються всі інші кольори на відбитку.

як і в адитивний, в субтрактивномусинтезі новий колір може бути утворений меншим або більшим, ніж три, числом основних фарб. На практиці для субтрактивного синтезучасто використовують більше фарб. Наприклад, до трьох кольорових додають четверту – чорну.

Колірний синтез, при якому різні кольори на запечатаних поверхнях утворюються зміною відносної площі забарвлених растрових елементів, називається автотипним(Растрові) синтезом.

Автотипний синтезможе бути однофарбовим, коли друк ведеться з однієї растрової друкарської форми і на папір переноситься лише одна фарба. Чорно-білі ілюстрації, виготовлені способами високого та плоского друку, - це однофарбові зображення, отримані автотипним синтезом. Для виготовлення кольорових ілюстрацій застосовується іноді двофарбовий автотипний синтез (дуплекс). Найчастіше застосовується трифарбовий та чотирифарбовий синтез. Найбільш поширений чотирифарбовий автотипний синтезколи, крім трьох основних однофарбових зображень, на папір наноситься ще чорно-біле зображення. У деяких випадках друк ведеться і великою кількістю фарб. (Останнім часом після 1995 р. практичне застосування знаходить технологія Hi - Fi.) Однак у основі всіх видів автотипного синтезу лежить принцип змішування випромінювань, відбитих від дрібних різнобарвних ділянок. Тому для з'ясування закономірності автотипного синтезу необхідно розглядати процес накладання фарб із трьох растрових зображень. При трифарбовому автотипному синтезі на папір послідовно накладаються шари жовтої, пурпурової та блакитної фарб. Припустимо, першою друкується жовта фарба. При нанесенні пурпурової фарби на папері запечатуються не лише незабарвлені, але й пофарбовані першою фарбою ділянки. Таким чином, на одиниці площі, обмеженої поруч розташованими лініями растрової решітки, виходять не тільки жовті та пурпурні однофарбові ділянки, але також і двофарбові, отримані внаслідок перекривання деяких різнобарвних растрових елементів. У розглянутому прикладі двофарбові ділянки в результаті накладання на жовтий шар пурпурової фарби мають червоний колір. При накладанні третього растрового зображення блакитна фарба лягає на жовті, пурпурові та червоні ділянки, у результаті утворюються нові двобарвні ділянки синього та зеленого кольорів, а також трифарбові чорного кольору. Таким чином, кольори двофарбових та трифарбових ділянок утворюються. субтрактивним синтезом. Фарби для автотипного синтезувибирають із тим розрахунком, щоб кольори при автотипному синтезі виходили як насиченими, а й досить світлими, яскравими.

Таким чином, автотипний синтез кольору- це відтворення кольору в поліграфії на відбитках високого та плоского друку. При автотипному синтезі кольорове напівтонове зображення формується різнокольоровими растровими елементами (крапками або мікроштрихами). Растрові елементи окремих друкарських фарб на відбитку мають однакову світлоту, але різні розміри, частоти та форми, а також різний характер накладання (змішаний адитивно-субтрактивний синтез кольору).

Паригін Владислав

Робота присвячена Міжнародному Року світла та світлових технологій. Досвідченим шляхом автор досліджував адитивний та субтрактивний методи синтезу світла та вивів їх закономірності.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб користуватися попереднім переглядом, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Попередній перегляд:

Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Дослідження закономірностей синтезу світла Автор: Паригін Владислав, 8 клас МКОУ – Плотніковської ЗОШ № 111 Керівник: Лаврентьєва Світлана Володимирівна, вчитель фізики

2015 – рік світла та світлових технологій Світло – це вирішення проблем у галузі енергетики, сільського господарства, зв'язку, освіти та медицини, нові типи джерел світла, нові способи відображення та обробки інформації в ІТ-технологіях, нові оптичні методи дослідження. Завдяки світлу ми можемо бачити навколишні предмети, орієнтуватися у просторі, отримувати інформацію про навколишній світ, бачити світ багатобарвним. Емблема Року світла та світлових технологій

Проблемні питання дослідження Чому зображення одного і того ж предмета на фотографії та на моніторі комп'ютера виглядають по-різному? Як утворюються кольори предметів та зображень? Зображення на моніторі комп'ютера Зображення на фотопапері встановити закономірності синтезу світла. Мета роботи

Завдання дослідження знайти, вивчити та відібрати необхідну інформацію про синтез світла: провести експеримент із синтезування світла; проаналізувати одержані результати: зробити висновки. Методи дослідження пошук та аналіз інформації з різних джерел; експеримент; спостереження; фотографування.

Your Text Here Завдання дослідження: 1. Знайти, вивчити та відібрати необхідну інформацію про синтез світла. 2. Провести експеримент із синтезування світла за допомогою кольорових світлофільтрів. 3. Проаналізувати отримані результати. 4. Зробити висновки. 5. Оформити звіт про результати дослідження у друкованому вигляді. 6. Для захисту дослідження підготувати мультимедійну презентацію дослідження. Частина 1. Теоретична

Історія появи поняття кольору У Х III столітті англійський філософ і дослідник природи Роджер Бекон спостерігав і описував оптичний спектр, що виходить у склянці з водою. Перше пояснення видимого випромінювання дав Ісаак Ньютон у Х VIII столітті. «Колір - це електромагнітна хвиля, яка сприймається людським оком, ділянка спектру», писав І. Ньютон у роботі «Оптика». І.Ньютон із призмою, що розкладає світло у спектр Спектр у склянці з водою

Спроби дослідження кольору були проведені Йоганном Ґете у праці «Теорія квітів». Історія появи поняття кольору М.В. Ломоносов в 1856 році висловив думку про те, що в оці є три роду світлочутливих елементів, які по-різному реагують на світло різного спектрального складу.

Історія появи поняття кольору Триколірна теорія колірного зору М.В. Ломоносова розвинена та підтверджена фактами оптичного змішування кольорів англійським фізиком Томасом Юнгом та німецьким фізиком Германом Гельмгольцем. Т.Юнг Г.Гельмгольц Насправді, всі можливі кольори можна отримати змішанням у різних пропорціях трьох взаємно незалежних кольорів - червоного, зеленого і синього.

Колірні моделі Адитивна модель Субтрактивна модель

Адитивний (від англ. add - додавати, складати) синтез створює колір, додаючи світло до темного фону. Основні кольори: синій, зелений, червоний (а) та додаткові кольори: жовтий, пурпуровий, блакитний (б).

Використання адитивного синтезу Пікселі екрана Монітор комп'ютера створює колір безпосередньо випромінюванням світла та використовує систему кольорів RGB. Поверхня монітора складається з найдрібніших точок (пікселів) червоного, зеленого та синього кольорів. Інші кольори виходять поєднанням основних.

Використання адитивного синтезу Жорж Сірка Картина Ж.Сера у стилі пуантилізм

Субтрактивний синтез світла Субтрактивний (від англ. subtract - віднімати) синтез використовує пігменти або барвники, що наносяться на білу поверхню, таким чином, віднімаючи з білого світла червоний, зелений або синій кольори. Новий колір отримують накладенням одного на інший барвистих шарів – жовтого, пурпурового та блакитного. Метод широко використовується у поліграфії для друку кольорових зображень. При парному накладенні тріадних (CMY) фарб можна отримати кольори, які є основою для адитивного синтезу.

Обладнання Прилади та матеріали: три діапроектори, екран, світлофільтри з оптичного скла, смужки кольорового паперу, харчові барвники, серветки паперові.

Дослідження адитивного синтезу кольору Складні кольори Результуючий колір Фотографія Червоний + зелений Жовтий (додатковий до синього) Синій + зелений Блакитний (додатковий до червоного) Синій + червоний Пурпуровий (додатковий до зеленого) Червоний + зелений + синій Білий

Дослідження адитивного синтезу кольору Складні кольори Результуючий колір Фотографія Смужка паперу червоного кольору поміщена в зелений світловий потік Папір здається коричневого кольору Смужка паперу синього кольору поміщена в червоний світловий потік Папір здається пурпурового кольору Колір непрозорого предмета залежить від складу світла, що падає на нього .

Закони адитивного синтезу додавання першого і другого основних кольорів дає додатковий до третього. Наприклад, додавання червоного та зеленого дає жовтий, який є додатковим до третього основного кольору – синього. колірні відтінки залежать від інтенсивності світлових потоків, що змішуються. складання всіх трьох випромінювань дає білий колір.

Дослідження субтрактивного синтезу світла Використовувані світлофільтри Отриманий колір Фотографія Жовтий + блакитний Червоний (додатковий

Дослідження за допомогою розчинів харчових барвників У місцях, де змішуються потоки різних кольорів, виходить новий колір фіолетовий помаранчевий зелений блакитний + жовтий = зелений червоний + жовтий = помаранчевий блакитний + червоний = фіолетовий Всі розчини разом = чорний

Закони субтрактивного синтезу Додавання першого та другого додаткових кольорів дає основний до третього. Наприклад, додавання жовтого та блакитного дає зелений колір, а він є основним до третього додаткового кольору – пурпурового. Додавання всіх трьох випромінювань дає чорний колір. Відтінок кольору залежить від насиченості вихідних кольорів.

Заключение У результаті дослідження ми з'ясували, що називають синтезом світла і що він буває двох видів – адитивним та субтрактивним. Досвідченим шляхом встановили закономірності адитивного та субтрактивного синтезів світла. Гіпотеза, висунута на початку роботи, частково підтвердилася: колір предмета може утворюватися не тільки в результаті додавання інших кольорів, але і в результаті їх віднімання.

Висновок Адитивним синтезом можна отримувати кольори високої насиченості. Монітори комп'ютерів і телевізорів випромінюють світло, щоб відтворити колір в адитивному режимі, у той час як принтери використовують пігменти або барвники, щоб поглинути світло та синтезувати субтрактивні кольори. Так як при передачі зображення за допомогою монітора або екрана використовується RGB-модель, а при друку на принтері - модель CMYK, зображення відрізняються один від одного, так як колір залежить як від параметрів пристроїв: якості та марки друкованої фарби, властивостей паперу, властивостей люмінофора та інших параметрів монітора, принтера або друкованого преса. монітор принтер

Дякуємо за увагу www.themegallery.com