Смешение цветов. Законы сложения цветов
Опыты по смешению цветов, на которых основана колориметрия, можно представить следующим образом. Треугольная призма с белыми диффузно отражающими катетными гранями образует два поля сравнения. На одно из них направляется исследуемое излучение цвета С.
Другое освещается излучениями, с которыми исследуемое сравнивается.
Экспериментально установлено, что при рациональном выборе трех излучений сравнения, имеющие цвета С1, С2 и С3, можно добиться уравнивания полей сравнения по яркости и цвету.
При этом может быть одна из двух ситуаций - либо взятые в подходящих количествах три излучения сравнения при освещении ими одного из полей сравнения (рис. 1.13-а) создают такой же цвет и яркость, как и исследуемое, либо для уравнивания необходимо одно или два излучения сравнения направить на тоже поле, которое освещается исследуемым (рис. 1.13-б).
Рис. 1.13. Разные случаи смешения цветов
Условимся выражать тождественность впечатлений, производимых на глаз человека двумя излучениями, математическим знаком равенства. Сложение цветов, соответствующее сложению (смешению) излучений, будем изображать знаком суммы.
В первом случае полученное равенство цветов можно представить в виде уравнения
С = С1 + С2 + С3.
Во втором случае соответственно
С + С1 = С2 + С3 и С + С1 +С2 = С3,
Или
С = С2 + С3 - С1 и С = С3 - С1 - С2.
Приведенные равенства можно трактовать как сложение цветов, причем как следует из двух последних, сложение нужно понимать в алгебраическом смысле.
Связь между цветами, выраженная этими равенствами, называется линейной зависимостью. Колориметрические равенства, описывающие тождественность впечатлений от исследуемого излучения и суммы цветов трех излучений сравнения, называют цветовыми уравнениями.
Законы сложения цветов:
Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов. Иначе говоря, любой цвет может быть получен при смешении в определенных количествах трех линейно независимых цветов. Три цвета называются линейно независимыми, если ни один из них не может быть получен путем смешения двух других.
При непрерывном изменении спектрального состава излучения непрерывно меняется его цвет, т.е. нет обособленных цветов, непереходящих постепенно в другие.
Цвет смеси определяется только цветами смешиваемых излучений и не зависит от их спектральных составов. Отсюда вытекает важное следствие: один и тот же цвет может быть получен при смешении излученийразных спектральных составов. Это означает, что можно оперировать со световыми потоками, учитывая их цвета и не рассматривая их спектральные составы. Цвет излучения не определяет спектральный состав излучения, но заданный спектральный состав однозначно определяет цвет излучения.
При смешении цветов их количества складываются.
Оценка цвета
Из законов смешения цветов следует, что, выбирая три каких-либо линейно независимых цвета в качестве основных, можно, смешивая их в различных количествах, получить любой реально существующий цвет.
Пусть R, G и B - основные цвета, количество которых принято за единицу; r', g' и b' - множители, указывающие, сколько взято единичных количеств каждого цвета.
Тогда любой цвет может быть определен выражением
С = r'R + g'G + b'B.
Множители r', g', b' называются координатами цвета, причем необходимо помнить, что они могут принимать и отрицательные значения.
При уравнивании цветов поля сравнения уравниваются как в количественном, так и в качественном отношении.
Количественная оценка определяется соответствующими фотометрическими величинами - Фv, Ev, Mv, Lv.
В качественном отношении цвет характеризуется цветностью, которая определяется относительными величинами, называемые координатами цветности:
r = r' / r' + g'+ b'; g = g' /r'+ g'+ b'; b = b' / r' + g' + b'.
Очевидно, что r + g + b = 1.
Легко видеть, что координаты цветности остаются неизменными при одновременном и пропорциональном увеличении или уменьшении всех трех компонент цвета и меняются при изменении их соотношения в смеси.
Иначе говоря, координаты цветности не зависят от количества (яркости) цвета, но определяют его качество.
С качественной стороны цвет можно также характеризовать цветовым тоном и чистотой цвета. Цветовой тон или доминирующая длина волны ld - длина волны монохроматического излучения, которое в надлежащей смеси с излучением белого цвета дает заданную цветность.
Чистота Р цвета определяется отношением светового потока Фl монохроматического излучения с l = ld , к смеси монохроматического излучения Фl с белым светом F E, имеющей данную цветность, то есть
Р = Фλ / (Фλ + Ф E).