3. Трехцветная природа цвета

Причину цвета многие ученые связывали со свойствами самого света, а не с работой глаза.

Сейчас известно, что цвет - это представление человека о видимой части спектра электромагнитного излучения. Свет воспринимается фоторецепторами, расположенными в задней части зрачка. Эти рецепторы преобразуют энергию электромагнитного излучения в электрические сигналы. Эта часть сетчатки способна воспринимать детали изображения и цвет гораздо лучше, чем остальная ее часть. С помощью глазных мускул ямка смещается так, чтобы воспринимать разные участки окружающей среды. Обзорное поле, в котором хорошо различаются детали и цвет ограничено приблизительно 2-мя градусами.

Существует два типа рецепторов: палочки и колбочки. Палочки активны только при крайне низкой освещенности (ночное зрение) и не имеют практического значения при восприятии цветных изображений; они более сконцентрированы по периферии обзорного поля. Колбочки ответственны за восприятие цвета и они сконцентрированы в ямке. Существует три типа колбочек, которые воспринимают длинные, средние и короткие длины волн светового излучения.

Каждый тип колбочек обладает собственной спектральной чувствительностью. Приблизительно считается, что первый тип воспринимает световые волны с длиной от 400 до 500 нм (условно «синюю» составляющую цвета), второй - от 500 до 600 нм (условно "зеленую" составляющую) и третий - от 600 до 700 нм (условно "красную" составляющую). Цвет ощущается в зависимости от того, волны какой длины и интенсивности присутствуют в свете.

Глаз наиболее чувствителен к зеленым лучам, наименее к синим. Экспериментально установлено, что среди излучений равной мощности наибольшее световое ощущение вызывает монохроматическое желто-зеленое излучение с длиной волны 555 нм. Спектральная чувствительность глаза зависит от внешней освещенности. В сумерках максимум спектральной световой эффективности сдвигается в сторону синих излучений, что вызвано разной спектральной чувствительностью палочек и колбочек. В темноте синий цвет оказывает большее влияние, чем красный, при равной мощности излучения, а на свету - наоборот.

Разные люди воспринимают один и тот же цвет по-разному. Восприятие цветов изменяется с возрастом, зависит от остроты зрения, от настроения и других факторов. Однако, такие различия относятся в основном к тонким оттенкам цвета, поэтому в целом можно утверждать, что большинство людей воспринимает основные цвета одинаково.

Важнейшие закономерности цветового зрения — адаптацию, индукцию, цветовую слепоту, спектральную чувствительность глаза, зависимость цвета от яркости и др. хорошо объясняет трехкомпонентная теория. Это - теория о способности поглощать части световых потоков поверхностью. Ученый выделил три компонента цвета – цветовой тон, насыщенность и светлоту. Согласно этой теории, в нашем органе зрения существуют три цветоощущающих аппарата: красный, зеленый и синий. (Приложение - рисунок А.1) Каждый из них возбуждается в большей или меньшей степени, в зависимости от длины волны излучения (света). Затем возбуждения суммируются аналогично тому, как это происходит при слагательном смешении цветов. Сумма возбуждений ощущается нами как тот или иной цвет. Авторы этой теории — М. В. Ломоносов, Т. Юнг и Г. Гельмгольц.

Свое подтверждение и дальнейшее развитие трехцветная теория получила в середине XIX века, в работах немецкого физика и физиолога, Германа Гельмгольца (1821–1894), первым давшего математическую формулировку закона сохранения энергии и английского физика, Джеймса Клерка Максвелла (1831–1879), открывшего электромагнитную природу света.

Впервые наиболее близко к объяснению трехцветной природы зрения подошел великий русский ученый М.В. Ломоносов (1711-1765) в своем сочинении «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющую» (1765г.).

Но только английский физик и врач — Томас Юнг (1773–1829) в 1802 году, впервые объяснил многообразие воспринимаемых цветов строением глаза. Юнг считал, что в глазу находятся три вида светочувствительных окончаний нервных волокон. Действие света приводит к их раздражению. При раздражении волокон каждого отдельного вида возникают ощущения красного, зеленого и фиолетового цвета. При раздражении нервных волокон всех видов возникают ощущения всевозможных других цветов, которые можно рассматривать как смеси трех цветов основного раздражения.

Юнг первый правильно назвал одну из триад основных цветов: красного, зеленого, фиолетового. Для определения сложных цветов он предложил пользоваться графиком, подобным цветовому кругу, но имеющим форму треугольника, в вершинах которого находятся точки трех основных цветов.

После Максвелла многие исследователи производили измерения для выражения всех спектральных цветов количествами трех основных. Достаточно точные данные были получены только в 1930-1931 годах, Райтом и Гилдом, которые выполняли свои измерения независимо друг от друга. При этом, в качестве излучений трех основных цветов они брали совершенно разные излучения: в опытах Райта это были однородные излучения, в опытах Гилда — сложные излучения, проходящие через светофильтры. Их опытные данные после пересчета на единую триаду основных цветов очень хорошо совпали. В 1931 году, конгресс «МОК» (Международная Осветительная Комиссия) принял эти данные в качестве основы для международных систем измерения цветов RGB и XYZ. Система XYZ остается до сего времени основной практической системой измерения цветов.

Попытки применить на практике научные открытия в области природы цвета предпринимались еще на основании работ Ньютона. Так, через три года после смерти Ньютона, в 1730 году, французский гравер Ле Блон пытался получить многоцветные гравюры, используя семь основных цветов Ньютона. Однако он убедился, что при этом можно ограничиться всего тремя цветами.

В 1855 году, Максвелл впервые указал на возможность применения принципов трехцветной теории зрения в практике воспроизведения цветных изображений. А в 1861 году, он впервые продемонстрировал цветную фотографию, полученную трехцветным способом.