Тема 4. Учение о цвете.

Цветные изображения – это лицо не только эмоциональное восприятие цвета, но и значительное повышение уровня информативности изображения. Цвет является определяющим признаком окружающих нас вещей. Отказ от цвета означает ограничение до минимума объёма информации, при этом зачастую возникает вопрос о её ценности. В круг задач учения о цвете входит познание закономерностей, связанных с ощущением, т.е. отражением отдельных свойств предметов и явлений в сознании человека.

Ощущения являются основой познания, источником сведений о внешнем мире. Среди ощущений важное место занимают зрительные и особенно цветовые, которые дают более подробные представления об окружающей действительности, чем ахроматические.

Психология цвета изучает закономерности образования цветного ощущения. Оно зависит от физических свойств излучения – спектрального состава и мощности и, кроме того, от физиологических свойств зрительного аппарата – главным образом распределения чувствительности цветочувствительных рецепторов по спектру.

Свет и цвет. Цветовое зрение.

Любое восприятие цвета связано со светом. Это действительно для цветов самосветящихся тел (цветность света), а также для всех несветящихся тел. Только в результате отражения или пропускания падающего света несветящиеся тела становятся видимыми или их можно фотографировать. Свет является электромагнитным излучением. Излучения различных длин волн регистрируются глазом как, цвета. Диапазон излучений, видимый человеческим глазом, начинается приблизительно с длины волны

Белый свет не имеет определённой длины волны. Он является результатом смешения излучений различных длин волн. При разложении белого света призмой появляется спектр. Спектр солнечного света непрерывен. Он не имеет провалов, а, его цвета плавно переходят один в другой. Излучения определённой длины волны соответствует определённому цветовому тону. Длину волны можно использовать для обозначения цвета.

Ультрафиолетовый фиолетовый	Сине-фиолетовый Синий	Сине-зелёный Зелёный Жёлто-зелёный Жёлтый	Жёлто-оранжевый Оранжевый Красно-оранжевый	К Инфракрасный расный

400 нм. 500 нм. 600 нм. 700 нм.

Длина волны (нанометр).

Например, жёлтый цвет натриевой лампы имеет длину волны λNa=589н.м.

Смешанные цвета (зеленовато-синий, жёлто-оранжевый), имеют своё место в спектральной полосе, определяемой одной характерной длиной волны. Поэтому их, как и основные цвета, называют монохроматическими. Независимо от этого большинство цветовых тонов можно получить смешением различных спектральных составляющих (дихроматическое излучение). Исключение составляют разнообразные коричневые тона (третичные цвета) и пурпурные. Все пурпурные цвета являются не монохроматическими, а дихроматическими. Они получаются исключительно в результате смешения синего красного излучений и поэтому не имеют своей координаты в спектре.

Цветовое зрение человека базируется на цветосмешении и является пред посыльной цветной фотографии и цветной печати. Глаз человека способен воспринимать несколько тысяч цветовых оттенков, из них в чистых цветах спектра – около 200. Но при этом имеется только три приемника (рецептора), отличающихся спектральной чувствительностью. Цветное изображение формируется в мозгу из трёх совмещённых изображений. Сетчатка глаза наряду с палочками для восприятия яркостей содержит 4 млк. колбочек – рецепторов цветового зрения. Из них одна группа чувствительна к синему, вторая – к зелёному, а третья – к красному излучению. При одновременном возбуждении красного и зелёного приемников в мозг передаётся информация о жёлтом цвете. Если красный светоприемник возбуждается сильнее, чем зелёный, то возникает оранжевый, если наоборот –то жёлто – зелёный. Если все, три приемника возбуждаются с одинаковой интенсивностью, то формируется белый цвет.

В сетчатке глаза человека находится светочувствительные элементы только трёх спектральных диапазонов: синего, зелёного и красного. В результате этого воспринимаются все цветовые тона и оттенки, включая белый, серый и чёрный.

Этот механизм функционирования глаза объясняет явление дихроматического излучения, при котором с одновременным возбуждением рецепторов зелёным и красным излучениями возникает жёлтый. Но такое же явление будет при смешении красного излучения с зелёным. Хотя в глаз не поступает жёлтое излучение, мозг получает информацию о желтом. Таким образом наряду с жёлтым цветом (длина волны 590нм.) Существует ещё дихроматический бинарный жёлтый, состоящий из смешения красного и зелёного излучений. Наш глаз такое различие не улавливает. Это касается также и других дихроматических излучений. Принцип функционирования глаза показывает, что большое число хроматических цветов можно свести в три основные группы. На этом принципе основаны цветной кинематограф, цветная печать и техника цветоделения. В связи с этим правомерно представить в теории спектр белого света упрощённо в виде трёх основных зон. Это три основных цвета аддитивного смешения: синий, зелёный и красный. Различные цвета света содержат различное количество энергии. Самый энергоёмкий цвет—голубой; меньше всего энергии у красного цвета.

а б в

а—свет; б—желтоватый свет; в—желтый свет.

Все явления и закономерности смешения цветов наглядно объясняются с помощью цветной шкалы.

Общие сведения о чувствительности глаза.

Под чувствительностью системы или приемника излучения подразумевается их свойство реагировать на излучение. Мера этого свойства, т.е. количественное выражение чувствительности, связана с реакцией приемника на поглощенную световую энергию. Количественно чувствительность выражается как величина, обратная мощности излучения, вызывающей определённую реакцию. Например, чувствительность фотоэлемента определяют как величину, обратную потоку излучения, вызывающему появление фототока. Чувствительность фотоплёнки есть величина, обратная экспозиции, дающей определённое почернение.

S

Следовательно, в общем случае чувствительность глаза S определяется как: где Рэ—мощность излучения, вызывающая заранее обусловленный зрительный эффект. Чувствительность, рассчитанная, по этой формуле называется абсолютной. В некоторых случаях бывает достаточным выразить чувствительность долей глаза наибольшего значения абсолютной. Эта доля называется относительной чувствительностью. Указанной долей измеряют значения спектральной чувствительности.

Реакции зрительной системы на излучения могут быть разными. В соответствии с этим различают несколько типов чувствительности глаза: световую, спектральную, контрастную чувствительность к цветовому тону, к насыщенности.

Световая чувствительность.

Способность глаза реагировать на возможно малый поток излучения называется световой чувствительностью. Она измеряется как величина, обратная пороговой яркости. Пороговой называется та наименьшая яркость объекта, например светового пятна, при оно может быть обнаружено с достаточной вероятностью на абсолютно чёрном фоне (т.е. В фона=0). Вероятность обнаружения зависит не только от яркости объекта, но и от угла зрения, под которым он рассматривается (от его углового размера). С возрастанием углового размера растёт число рецепторов, на которых проецируется пятно. Практически, с увеличением угла зрения более чем на чувствительность глаза перестает изменяться. В соответствии с этим световая чувствительность Sn определяется как величина, обратная пороговой

яркости Вп, при условии, что угол зрения а . Световая чувствительность очень велика. Так, по данным Н.И. Пинегина, для отдельных наблюдателей минимум энергии, необходимый для появления зрительного эффекта, составляет 3-4 кванта. Это значит, что в благоприятных условиях палочковая световая чувствительность глаза близка к предельной, физически мыслимой.

Колбочковая световая чувствительность, обеспечивающая цветовые ощущения, намного ниже «ахроматической», палочковой. По Н.И. Пинегину, для возбуждения колбочкового зрения необходимо, чтобы на одну колбочку в среднем упало не менее 100 квантов.

Спектральная чувствительность.

Монохроматические излучения действуют на глаз по-разному. Его реакция максимальна на среднюю часть спектра. Чувствительность к монохроматическим излучениям, определяемая как относительная, называется спектральной. Реакция глаза выражающаяся в возникновении светового ощущения, зависит, во-первых, от потока излучения Фλ, упавшего на сетчатку, а во-вторых,-от той доли потока, которая воздействует на рецепторы. Эта доля есть спектральная чувствительность Кλ. Иногда для обозначения того же понятия применяется термин спектральная эффективность излучения. Произведение Кλ Фλ определяет характеристику потока излучения, связанную с уровнем его светового действия и называемую световым потоком Fλ:

Fλ=Кλ:Фλ

Следовательно, абсолютное значение спектральной чувствительности определяется отношением Кλ=Fλ:Фλ.

Тема 5

Цветные изображения.

В результате отражения, поглощения и пропускания возникают различные цветовые сигналы.

Материальным носителем цветного изображения являются цветные пигменты, закреплённые на подложке. Если она прозрачна, то изображение рассматривается в проходящем свете при условии, что краситель также прозрачный. Цветные прозрачные изображения зачастую при репродуцировании служат оригиналами. Многокрасочные оттиски являются непрозрачными изображениями. Их цветовой эффект базируются на избирательном отражении падающего света.

На непрозрачных изображениях краски могут быть кроющими или полупрозрачными. При кроющих красках подложка выполняет только механическую функцию. При прозрачных подложка, выполняет очень важную оптическую функцию, т.е. участвует в образовании цвета. Чтобы она не изменяла цвета красок, она должна быть нейтрально-белой. Чем выше её отражательная способность, тем ярче краски.

На одном изображении редко встречаются яркие и чистые цвета. Наибольшая насыщенность непрозрачных красок может быть получена за счёт добавки кроющих белил. Но такие краски создают при репродуцировании много трудностей. В тонких слоях цвет прозрачных красок имеет низкую насыщенность, так как фон белой подложки просвечивает через красочный слой.

Различное отражение света о кроющих и прозрачных красок. Для прозрачных красок подложка должна быть белой. При тонком слое краски цвет ее разбеливается. Смешение цветов играет решающую роль при образовании цветных изображений. Художник никогда не работает только тремя основными красками. Он имеет цветные краски всех тонов и оттенков. Среди них есть цвета, которые нельзя получить на многокрасочном оттиске смешением трёх основных цветов.

Цвет поверхности тела – зелёный; слева зелёная краска, справа – зелёный цвет, полученный при субтрактивном смешении цветов двух красок.

В фотографии и цветной печати необходимо по техническим причинам изготавливать составные цвета путём смешивания. Здесь субтрактивное смешение играет важную роль. Расположённые один под другим три слоя красок основных цветов – жёлтого, пурпурного и голубого – имеет каждый своё изображение, но так как краски прозрачны, падающий свет, проходя через все цветные слои, даёт какой-либо цветовой тон. За счёт различной плотности отдельных участков и изображения практически получают все смешанные цвета. В цветной растровой печати имеет место и аддитивное смешение цветов.

Смешение цветов.

Глаз, цветная фотография и цветная печать дают возможность получать цветное изображение по принципу смешения цветов. Все цвета, в том числе белый, нейтрально серый и чёрный, получается из трёх основных цветов. При этом для цветных лучей и цветных несветящихся тел действуют разные законы. Цвет светового излучения определяется его длиной волны аналогично цветам солнечного спектра. Кроме того, возможно смешение волн различной длины. Цвет несветящегося тела есть свет его поверхности или прозрачного слоя. Он является результатом отражения и пропускания падающего света. Цвет тела зависит от спектрального состава светового излучения, части которого поглощаются, отражаются или пропускаются поверхностью несветящихся тел. Образование этих цветов без освещения поверхности невозможно. При неправильном освещении они искажаются. В связи с этим в репродукции спектральный состав света играет решающую роль.

Аддитивное смешение цвета.

Цвета световых излучений смешиваются аддитивно. Основными цветами аддитивного смешения является синий, зелёный и красный. Смешанные цвета в результате такого сложения света всегда светлее чем основные цвета. Смешение трёх основных цветов в равных частях даёт белый цвет.

+ 

+ 

 

+   

При одинаковых долях двух спектральных излучений образуются смешанные цвета: голубой, жёлтый и пурпурный. При смешении одинаковых долей трёх спектральных излучений образуется белый цвет: В результате различной интенсивности составляющих излучений возникают промежуточные тона (например, жёлто-зелёный, оранжевый) а также большое количество смешанных тонов.

Сильно разбельнные цвета получают при сложении смешанных цветов.

Особого внимания заслуживает аддитивное смешение цветов в цветной растровой печати. Печатные краски, как известно, являются цветными несветящимися телами, которые аддитивно смешивать нельзя. Но это лишь кажущееся противоречие. В действительности, при определённых размерах растровых элементов на оттиске смешиваются не печатные краски, а излучения. Мелкие элементы лежат раздельно друг возле друга. Отражённый от них свет одновременно воспринимается глазом, и тем самым создаётся впечатление смешанного цвета, т.е. выполняются условия аддитивного смешения.

Субтрактивное смешение цвета.

Так как субтрактивность есть вычитание, то она по основным признакам противоположна аддитивному, смешению. Субтрактивный синтез—это смешение цветов несветящихся тел, подобное смешение красок на палитре художника. Цветные поверхности поглощают часть спектра падающего на них света. Оставшаяся часть спектра, отражённая телом, определяет его цвет.

В результате этого меняется тон поверхности несветящихся тел. Одновременно смешенный цвет становиться более темным. Цвета несветящихся тел смешивается субтрактивно. В результате смешанные цвета всегда темнее основных. Смешение трёх основных цветов в равных частях даёт чёрный.

При субтрактивном смешении цветов составной цвет темнее, чем основные цвета. С увеличением числа цветов доля поглощения возрастает, т.е. отражение уменьшается.

Субтрактивный синтез предполагается в том случае, если цветные, краски расположены одна над другой, если они поглощают последовательно одна за другой излучения частей спектра. Это имеет место при смешении художественных красок, при последовательном нанесении, красок в цветной печати и в современной цветной фотографии.

Основными цветами субтрактивного синтеза является жёлтый, пурпурный (синевато-красный) и голубой (зеленовато-синий).

Практические опыты по субтрактивному синтезу ясно показывают, что он противоположен аддитивному синтезу. Смешанные цвета аддитивного синтеза при субтрактивном синтезе выполняют функцию основных цветов, и наоборот. Правила субтрактивного синтеза цветов.

 

 

 

  

Важно понять различие между красным (красно-оранжевым) и пурпурным (синевато-красным); между синим (сине-фиолетовым) и голубым (зеленовато-голубым). Неправильно, называть пурпурную печатную краску красной, а голубую-синей.

С красным светофильтром получают цветоделённый негатив для голубой краски. Разделение пурпурного и красного, голубого и синего удобно сделать на сканерах, которые могут корректировать раздельно все шесть основных цветов, т.е. можно раздельно регулировать пурпурные и красные цвета.

Для субтрактивного синтеза справедливо всё то, что сказано для аддитивного синтеза. За счёт смешения двух основных цветов получают промежуточные тона, смешением трех основных цветов при субтрактивном синтезе получают близкие к чёрному коричневые тона.

Смешанные и дополнительные цвета.

Аддитивный и субтрактивный синтез имеют свои собственные цвета, которые называют также первичными цветами. Их нельзя получить из других цветов. Но на базе этих трёх основных цветов можно получить все другие цвета; Белый, нейтрально серый и чёрный. Смешанные цвета могут быть получены из двух или трёх основных цветов. Если смешивают по два основных цвета, то получают вторичные цвета. Они являются чистыми насыщенными цветами без заметного почернения. Смешение всех трёх основных цветов даёт третичные составные цвета. Это – смешенные цвета, среди которых много коричневых тонов. Смешанные цвета излучения всегда сильно разбелены. Смешанные цвета несветящихся тел содержат в большей или меньшей степени значительную долю чёрного цвета, т.е. имеют малую светлоту. Дополнительные цвета имеют важное значение в цветной репродукции. Специалист должен знать их законы. Название «дополнительные цвета» возникло по аналогии с названием «дополнительный угол». Два дополнительных цвета дополняют друг друга до полного спектра. Дополнительный цвет к красному – голубой. Красный цвет требует дополнения синего и зелёного, и тогда спектр будет полным. А синий цвет и зелёный дают голубой. Но так как полный спектр при аддитивном синтезе даёт белый цвет, а при субтрактивном – чёрный, то для дополнительных действует простое правило: дополнительные цвета – это пары цветов, которые при аддитивном синтезе дают белый, а при субтрактивном – чёрный цвет. Это нельзя понимать так, что существует цветовая пара, из которой возникает только белый цвет, а из другой – всегда чёрный. Любая пара дополнительных цветов может быть добавлена как к белому, так и к чёрному цвету; всё зависит от вида синтеза. Субтрактивное смешение красного и голубого в цветных плёнках даёт чёрный цвет, а аддитивное смешение красного с голубым даёт впечатление белого. Некоторые пары дополнительных цветов: пурпурный – зеленый; пурпурно – красный – синевато – зелёный; Красный – голубой; Жёлто – зелёный – пурпурно – фиолетовый; жёлтый – синий; оранжевый – сине – зелёный. Дополнительными цветами могут быть только первичные и вторичные цвета, но не третичные. Результат же смешения дополнительных цветов всегда даёт третичный цвет. Нельзя считать, что дополнительные цвета состоят всегда из первичного и вторичного цветов. При смешении печатных красок или красок для рисования никогда не получается из дополнительных цветов чёрный цвет. Краска теряет свою цветность при незначительной добавке к ней дополнительной. Большая доля краски дополнительного цвета увеличивает почернение, ведёт к появлению коричневых тонов.

Неправильное добавление при печати третьей краски загрязняет смешанные цвета коричневыми тонами. Специалист на цветоделении должен хорошо знать, дополнительные цвета, чтобы правильно найти причины искажений и сделать необходимую корректуру.

Критерии цвета.

Цветовой тон.

Цветовой тон указывает направление цветности. Он является качественным признаком.

Определение цветового тона может быть словесным: синевато – фиолетовый, желтовато – жёлто – зелёный, красновато – синий. Цветовой тон спектрального цвета определяется длиной его волны, которая определяет место цветового тона в спектральной полосе. В цветах несветящихся тел следует рассматривать излучения, которые отражаются поверхностью тела. Только пурпурные цветовые тона не имеют определённой длины волны.

F1 F2 F3 F4

▼ ▼ ▼ ▼

400 500 600 700

Длина волны ( ) определяет цветной тон.

В смешанных и коричневых цветах только цветная часть дает информацию о цветовом тоне. Красно—коричневый цвет образуется из смешения определённого красного с ахроматическим тоном, причём красный имеет вполне определённую длину волны, определенный цветовой тон.

Насыщенность цвета, разбеливание.

Насыщенность есть отношение цветной составляющей к содержанию белого. Насыщенный цвет неразбелен. Разбеливание возникает при излучении, наряду со спектральной составляющей, незначительной части белого цвета. Возрастание доли белого цвета ведёт к уменьшению цветной составляющей.

В непрозрачных красках разбеливание особенно велико, так как часть света отражается самой поверхностью тела.

100

			50
01

101

1

2

400 500 600 700

400 500 600 700

Диаграмма пропускания для насыщенного и разбеленного красных цветов:

1—доля цветных составляющих; 2—доля белого.

В сенситометрии насыщенность цвета регистрируется в виде плотности. Плотности нейтрального тона тем выше, чем меньше содержание белого и чем меньше пропускается или отражается дополнительного цвета.

Светлота.

Любой цвет независимо от его насыщенности может иметь разною светлоту, т.е. быть в большей или меньшей степени зачернён.

Зачернение не влияет на цветовой тон: например, синеватый красный остаётся синеватым красным. Цвет кажется только темнее как бы с наложением чёрного. Это свидетельствует о примеси ахроматического чёрного тона. Эффект зачернения можно продемонстрировать экспериментально, путём установки слабого серого светофильтра (завуалированной пленки) перед цветным светофильтром, или наложением его на цветную бумагу. Нейтральный тон делает цвет темнее, приглушает цвет, не влияя на цветовой тон. Причина зачернения—уменьшение излучения света в определённом диапазоне спектра. В результате этого цвет темнеет без изменения цветового тона.

В цветах несветящихся тел (краски для рисования и печатания) зачернение достигается добавлением чёрного или дополнительных цветов. Противоположный цвет смешивается субтрактивно с соответствующей частью цветной краски, способствуя зачернению. Эта часть чёрного цвета идёт за счёт цветной составляющей. Таким образом, в результате зачернения возникает третичный цвет. Все коричневые тона—зачерненные насыщенные цвета.

С З К

С З К

1 01

100

50

100

50

100

50

400 500 600 700

λ, н.м.

400 500 600 700

λ, н.м.

С З К

100

50

Почернение, непрозрачных красок: из красной образуется красно – коричневая, из жёлтой – охра, из зелёной – оливковая.

400 500 600 700

λ, н.м.

Насыщенные спектральные цвета воспринимаются глазом как разные по светлоте. Жёлтый цвет является оптически самым светлым цветом. Рядом с ним синий кажется более тёмным. В чёрно-белом изображении происходит преобразование цветов в значение тона, соответствующие естественной светлоты.

В результате разбеливания или зачернения изменяются светлота цвета. Разбеленный синий рядом с насыщенным жёлтым может называться таким же светлым. И наоборот, зачернёный жёлтый по светлоте, может быть таким же, как и насыщенный синий.

Побочное поглощение как свойство цветов несветящихся тел.

Краски оригинала и печатные краски являются цветами несветящихся тел. Их цветовое действие базируется на поглощении части излучённого цвета: жёлтый, пурпурный, голубой. Это три цвета теоретически должны поглощать по одной трети спектра. Оставшиеся две трети излучаются и аддитивно добавляются к какому либо цвету. Это относится как к прозрачным цветам, так и к непрозрачным цветом.

С З К

С З К

С З К

100

50

400 500 600 700

λ;н.м.

Пурпурный.

400 500 600 700

λ;н.м.

Голубой.

400 500 600 700

λ;н.м.

Жёлтый.

Теоретические кривые поглощения для идеальных цветов. В каждом случае поглощается треть спектра.

Практически все цвета несветящихся тел не являются спектрально чистыми. Это объясняется не недостатками в изготовлении пигментов, а свойствами цветов несветящихся тел. Кривые поглощения реальных цветов несветящихся тел показывают, что их основным спектральным не достатком является побочное поглощение. Наибольшее в голубом, а наименьшее – в жёлтом цвете. Во всех трёх цветах недостаточное отражение имеет одну и туже малую величину.

С З К

И.П—избыточное поглощение в собственных зонах спектра.

Н.П—недостаточное поглощение в средней зоне.

400 500 600 700

λ;н.м.

Голубой.

С З К

100

50

И.П—избыточное поглощение в собственных зонах спектра.

Н.П—недостаточное поглощение в средней зоне.

400 500 600 700

λ;н.м.

Пурпурный.

С З К

100

50

И.П—избыточное поглощение в собственных зонах спектра.

Н.П—недостаточное поглощение в средней зоне.

400 500 600 700

λ;н.м.

Жёлтый.

Основной причиной спектрального искажения цветов несветящихся тел является побочное поглощение, имеющее место в тех спектральных диапазонах, в которых пигмент должен полностью отражаться.

Цветовая температура света.

Общеизвестно, что без света нет цвета окружающих нас предметов. Цветные тела при освещении отражают или пропускают сигналы определённых длин волн. В теории цвета важно понять функцию спектрального состава света. Для теории цвета такие количественные критерии света, как интенсивность и световой поток, являются второстепенными. Их изучает светотехника. Для цвета важен спектральный состав излучения. Цвет предмета виден только в том случае, если излучение, которое он отражает или пропускает, имеется в падающем свете.

А) Желтоватый свет лампы накаливания; Белый средней дневной свет. В) дневной свет в тени.

а

б

в

Если в излучении источника света уменьшена интенсивность определённых длин или они вообще отсутствуют тогда соответствующий цвет нам кажется менее насыщенным или совсем чёрным.

Источники света с прерывистым спектром непригодны для цветного репродуцирования. Но источники света с непрерывным спектром применимы при условии равномерной интенсивности всех спектральных составляющих. Лампа накаливания, как и все тепловые излучатели, имеет непрерывный спектр, но недостаток голубого излучения приводит к почернению голубых тонов, т.е. она для цветной репродукции неприемлема. Правильное восприятие цвета и его воспроизведение возможно только при белом свете, т.е. при источниках света с равномерной интенсивностью излучения во всех спектральных диапазонах. Поэтому в цветной фотографии и в цветной репродукции необходима количественная оценка спектральных свойств света. Для этой цели используется понятие цветовая температура.

Цветовая температура есть мера спектрального состава света. Она измеряется в градусах Кельвина (К) цветовая температура не имеет ничего общего с тепловой энергией источника света. Например, холодные источники света могут иметь высокую цветовую температуру. Количественный показатель может быть представлен как относительная величина. Во всех тепловых излучателях (например, раскаленное железо) цвет излучения зависит от нагрева. Чем больше используется тепловой энергии, тем сильнее испускаемое излучение. Чем сильнее нагревается металл, тем выше доля синего, тем ближе излучение к белому. Любая температура соответствует конкретному спектральному составу излучения. Таким образом, у тепловых излучателей температура является одновременно точным показателем спектрального состава цвета источника. Цветовая температура используется также для оценки холодных источников света. Если этот свет приравнивается по спектральному составу к свету теплового излучателя, при определённой температуре, то для него действительна та же цветовая температура.

Некоторые приближенные значения цветовых температур, К.

Полуденный дневной свет—5600.

Дневной свет в тумане—8000.

Дневной свет в тени—>12.000

Лампа накаливания обычная—2.400.

Лампа накаливания с азотным наполнением—3.500

Ксеноновая лампа—56.000

Дуговая лампа—6000.

Белый свет имеет цветовую температуру от 5.600 до 6.000 К. Чем меньше содержания синего по отношению к общему излучению, тем ниже цветовая температура. Цветовая температура белого света не является верхним пределом. При ясно синем небе цветовая температура в тени достигает 27.000 К. Рассеивание коротковолнового света в атмосфере, приводит к избыточному синему излучению. Тот же результат можно получить экспериментально при использовании соответствующих фильтров.

Для цветного репродуцирования ксеноновая лампа приобретает всё большое значение, так как она дает белый свет.

Цветовая температура ничего общего не имеет с яркостью. Строгий синий светофильтр уменьшает световой поток. Доля почти полностью проходящего цвета возрастает по отношению к общему излучению. Цветовая температура увеличивается. Поэтому оценивать надо не абсолютное, а относительное содержание синего цвета. Эту возможность используют в цветной фотографии, применяя корректирующие фильтры или используя лампы голубого цвета. Цветовую температуру можно регулировать светофильтрами.

Идеальный субтрактивный синтез.

Схема процесса.

Ч асть излучения, проходящего через—слой вещества поглощается им. Иначе слой вещества вычитает определённую долю из излучения, направленного на него. На этом основан субтрактивный, вычитательный синтез. Этот способ сложения цветов осуществляет с помощью сред, называемых красками субтрактивного синтеза (двухзональные светофильтры, субтракторы). При субтрактивном синтезе краски обладают свойством поглощать излучение одной из зон спектра—зоне поглощения в той мере, в какой это требует значения цветовых координат синтезируемого цвета, а излучения остальных зон—пропускать. Пропускание в зоне поглощения должно быть управляемым. Средством управления служит толщина красочного слоя. С уменьшением толщины пропускание возрастает, и наоборот. Полное пропускание в двух зонах спектра и управляемое поглощение в третьей дают возможность дозировать одно из зональных излучений—красное, зелёное или синее. Красок, полностью пропускающих свет в двух зонах спектра, нет. Реально существующие среды лишь приближенно отвечают требованиям субтрактивного синтеза. Цвет краски дополнителен цвету дозируемого ею излучения. Жёлтая поглощает в нужной для синтеза степени синее излучения. Зелёным излучением управляет пурпурная краска, а красным—голубая.

Ц = 0,5 К + 0,1 З + 0,7 С. где К.З.С. – количественные характеристики составляющих излучения, направленного на систему красочных слоёв. В этом случае голубая краска должна вычитать 50 % красного излучения. Это значит, что коэффициент пропускания τ = 0,5 или что то же оптическая плотность =0,3, где верхним индексом обозначена краска, а нижнем—зона. Для пурпурной краски соответственно τ =0,1 ,или =1,0. Для жёлтой τ или =0,16.

Управление излучениями основных цветов. (Закон Бугера – Ламберта – Бера).

Связь поглощательной способности вещества с его концентрацией выражается законом Бугера – Ламберта – Бера, по которому монохроматическая оптическая плотность Dλ пропорциональна концентрации: Dλ=Хλ Сl, Хλ – удельный показатель поглощения зависящий от природы вещества; С—концентрация поглощающего вещества; ℓ - толщина слоя вещества. Произведение Сℓ имеет, размерность г и называется поверхностной концентрацией. Обозначим её Сп, тогда

Dλ = Хλ · Сп

И з формулы видно, что монохроматическая оптическая плотность веществ, в том числе красок субтрактивнного синтеза, пропорциональна их поверхностным концентрациям. Следовательно, с изменением этой величины кривая поглощения смещается.

Поверхностную концентрацию, можно варьировать изменением, как объёмной концентрации, так и толщины слоя. В практике поверхностную концентрацию выражают не в абсолютных единицах ( г/см2), а в относительных, нормируя эту величину, например, не участию красок в образовании ахроматического цвета. В этом случае поверхностные концентрации считаются равными, если цвет поля, образованный наложением красок, - серый или чёрный.

Субтрактивный синтез цвета идеальными красками в проходящем свете.

Субтрактивный синтез может быть осуществлён в проходящем свете если комбинация красочных слоёв или слоев красок, имеющая заданный цвет, рассматривается на просвет или проецируется на экран, и в отражённом свете, когда красочные поля последовательно наложены на белую бумагу. Физические явления, не имеют принципиальных различий.

Совместив нужные поля клиньев, их проецируют на экран. Цвет на экране образуется в результате субтрактивного синтеза Если, например =0,3 и =0,6 то цвет получается вычитанием из белого 50% синего и 75% красного, т.е. смешением основных: 100% зелёного, 50%синего и 25% красного. Он—зелёно—голубоватый средний насыщенности.

Особенности синтеза в отражённом света.

Красочный слой, регулирующий одно из основных излучений может использоваться либо на просвет, либо в отражённом свете, т.е. наложением на бумагу.

В первом случае излучение проходит через краску один раз, а во втором дважды: сначала проникает через краску к бумаге отражается от неё и вновь выходит через красочный слой. Краска наложенная на бумагу, уменьшает её коэффициент отражения. Рассматривая систему «бумага краска» принято говорить о коэффициенте отражения краски, хотя на самом деле отражает бумага.

На рисунке голубого клина показана схема регулирования зональных составляющих белого излучения.

Светорассеяние в красочном слое. Отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера.

Рассмотренный выше синтез реальными красками осложняется рядом явлений из которых набольшее значение имеет светорассеяние в красочном слое. Связь монохроматической плотности, измеренной в максимуме поглощения каждой из красок, с поверхностной концентрацией имеет следующий вид:

Максимальное значение монохроматической оптической плотности в полосе поглощения в реальном случае, стремится к некоторому пределу D пр., после достижения которого она перестаёт расти. В то же время ординаты кривых D(λ) в зонах вредного поглощения с увеличением поверхностной концентрации возрастают. Это означает что насыщенность и светлота краски падает.

Отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера связаны со светорассеянием в красочном слое. Сущность явления состоит в том, что свет проходя через частицы пигмента краски окрашивается так как эти частицы выполняют роль светофильтров. Они работают не только на пропускание, но и на отражение, имея иной показатель преломления, чем связующее.

Окрашивание и рассеивание излучения красочного слоя (пигмент и связующее) происходит при условии направления светового пучка на покрытую краской бумагу. Его составляющие (светового пучка) отражаются соответственно от поверхности красочного слоя и поверхности частицы пигмента. Поэтому они не окрашены. От внутренней поверхности указанной частицы отражается составляющая, которая в результате прохождения через пигмент приобретает слабую окраску. Другие составляющие окрашены интенсивнее потому что они прошли через две и три частицы.

Следовательно от красочного слоя, наложенного на бумагу, всегда отражается смесь неокрашенного (поверхность), слабо окрашенных (слои, близкие к поверхности) и хорошо окрашенных излучений. Неокрашенные, а также слабо окрашенные составляющие отраженного излучения снижают насыщенность цвета краски. Таким образом, светорассеяние приводят к снижению насыщенности. Рассеивающие краски также называются мутными, а нерассеивающие – прозрачными.

В мутных средах направленный пучок проникает только на некоторую глубину. Его рассеянные составляющие распространяются во все стороны, в том числе и в сторону, с которой пришёл пучок, и выходят из верхних уровней красочного слоя. Увеличение толщины слоя сверх той, на которую проникает, свет, не приводит к повышению оптической плотности.

Цвета наложений рассеивающих сред получаются иными, чем прозрачных. Мутная краска, наложенная на прозрачную, закрывает её в большей или меньшей степени. Если же верхняя рас

сеивает не полностью, то её цвет преобладает в суммарном.

Сильно рассеивающие называются кроющими. Примером служат малярные краски, которые полностью закрывает закрашенную ими поверхность, делая невидимыми, например, пятна на ней. Для субтрактивного синтеза они непригодны.

серость

λ, н.м.

На рисунке показана схема субтрактивного синтеза на примере жёлтой краски.

Смещение её спектральной кривой в соседнюю зону приводит к отклонению цветности от заданной принципами субтрактивного синтеза. Невозможность достижения больших зональных плотностей из-за светорассеяния, равноценна примеси белого – разбеленности краски. Наконец, возникновение оптической плотности в третей зоне связанное с плавностью кривой, равноценно примеси чёрного к «чистой » краске - «серости» краски.

Вследствие всех этих недостатков число цветов, воспроизводимых реальной триадой красок оказывается ограниченным. Оно называется – цветовым охватом триады. Так, красноватые краски не дают возможности воспроизводить чисто-пурпурные цветовые тона, синеватые - чисто-голубые и оранжевые - чисто-жёлтые. Разбеленность и серость красок ограничивают охват по насыщенности. Со светорассеянием в красочных слоях связана весьма существенная особенность процесса цветовоспроизведения. Рассеивающие краски не позволяют получать большие оптические плотности даже при их тройном наложении. В связи с этим теневые участки репродукции, синтезированной ими, получаются недостаточно темными. В целом она выглядит осветлённой по сравнению с оригиналом. Для устранения этого недостатка на трёх красочную репродукцию накладывают четвёртое частичное изображение – черное. Его градацию рассчитывают так, чтобы краска легла главным образом на тёмные участки изображения, не загрязняя светлые.

Закономерности восприятия цвета.

Пороги восприятия.

Для того чтобы установит связь между физическими свойствами излучения и его способности вызывать то или иное ощущение, необходимо установить количественную характеристику последнего. Сложность задачи измерения состояния состоит в том, что органы чувств не в состоянии фиксировать его уровень. Поэтому метода прямого измерения ощущения – сладости, боли, светлоты и т.д. – пока нет. В тоже время существует метод относительной оценки каждой из них. В его составе лежит понятие о порогах восприятия.

Действия раздражителя (стимула) вызывает ощущение только в том случае, когда его количественная характеристика, выше некоторого значения, называемого пороговым. Тот наименьший уровень раздражения, который можно ощущать, называется порогом ощущения. Порог светового ощущения весьма невелик: для зрительного обнаружения светового излучения достаточно нескольких квантов света. По порогу ощущения определяется световая чувствительность глаза.

Для различия двух излучений требуется заведомо большая разница их энергий, чем та, которая обеспечивает обнаружение излучения. Наименьшие, едва различимое приращение ощущения, возникающие при сравнении двух излучений, носит название порога различения. Он служит мерой приращения зрительного ощущения. Пороги ощущения и различения имеют общее название порогов восприятия. Теория цвета пользуется понятиями порогов восприятия светлоты, цветового тона, насыщенности.

Метод пороговых приращений имеет две особенности. Во-первых, порог – не световая величина, а психологическая мера ощущения, мера светлоты. Во-вторых, его можно отмерить только от некоторого уровня, указав лишь приращение светлоты или другого ощущения.

Пороги связаны со световыми величинами. Эта связь даёт возможность выражать психологические характеристики через световые, которые достаточно надёжно измеряются обычными фотометрическими материалами. Полученные таким образом зависимости представляют собой наиболее важные соотношения психологии цвета. Все психологические характеристики имеют световые аналогии. Светлота цвета зависит от его яркости. Подобно этому цветовой фон можно выразить через доминирующую длину волны, а насыщенность – через колориметрическую чистоту. Восприятие яркости. Закон Вебера Фехнера.

Уровень светового ощущения – светлота – непосредственно связан с освещенностью сетчатки или, что то же со световым потоком, получаемым единицей её площади. Можно доказать, что последняя величина определяется яркостью излучения. Найдя связь светлоты с яркостью, можно перейти от психологических величин, измерение которых сложно, и результаты плохо воспроизведены, к световым. Зная эту связь, можно рассчитывать значение яркостей, обеспечивающее заданные светлоты.

Вебер, исследуя ощущение силы тяжести, нашёл, что минимально обнаруживаемое ощущение зависит от не приращения стимула (причины вызывающее ощущение) а от отношения этого приращения к первоначальному значению стимула. В приложении к световым ощущениям это означает, что минимально обнаруживаемая яркость зависит не от разности порога, АВ, а от его первоначального взятой яркости В.

Где АВ- наименьшая разность яркостей обеспечивающая зрительное отличие большей яркости В, от меньшей В.

АВ= , - В.

Иначе, разностный порог АВ связан с исходной яркостью В. Это можно представить в виде равенства

АВ= В

Первоначально предполагалось, что коэффициент постоянен и, следовательно, разностный порог АВ и яркость В находится в линейной зависимости.

Отношение дифференциальный порог, или пороговый контраст. Если дифференциальный порог постоянен, то это значит, что некоторый прирост светлоты Аω можно выразить числом R порогов

Фенгер ввёл допущение о том, что минимально обнаруживаемое приращение стимула (яркости в нашем случае) и вызываемого им ощущения (светлоты) можно рассматривать как бесконечно малые величины. Учитывая это и принимая во внимание предыдущие соотношения, получили

Интегрируя это выражение, получаем общее соотношение между световым стимулом – яркостью и уровнем вызываемого им ощущения светлотой, называемое законом Вебера-Фехнера:

В этом уравнении ω - светлота, выражаемая числом порогов.

Постоянные R и С имеют обычный смысл коэффициентов линейного уравнения. Многие исследователи считают, что в пределах соблюдения закона Вебера-Фехнера и при достаточно больших угловых размерах объекта наблюдения пороговый контраст коле бается в пределах Ψ=0,05—0,1 тогда R=25-30.

Таким образом, восприятие яркостей описывается законом Вебера-Фехнера, по которому уровень зрительного ощущения, выражаемый светлотой, пропорционален логарифму яркости. Критерием соблюдения Вебера-Фехнера служит постоянство дифференциального порога. Закон Вебера-Фехнера соблюдается в некотором интервале яркостей с точностью, достаточной для многих случаев практики.

Основы Сенситометрии.

Информация и её распространение – основная проблема технического процесса. Этим определяется всё более высокие требования к печатным средствам коммуникации, в том числе к изобразительной продукции. Проблемы, возникающие в связи с этим в технике репродуцирования, удаётся решать только благодаря внедрению современной техники и технологии, переходу на стандартизированные методы работы. Для этого в фоторепродукционных процессах вместо субъективных оценок необходимы объективные методы контроля. Основу этих методов составляет сенситометрия.

Основные понятия о сенситометрии.

Сенситометрию, зачастую отождествляют с техникой измерения. Но техника измерения лишь часть сенситометрии. Измерения не охватывают всех факторов оказывающих влияние на технологический процесс репродуцирования, но служат предпосылкой для перехода на новый качественный уровень проведения процесса. Овладение принципами сенсиметрического метода и навыками сенсиметрического контроля – основа работы современного специалиста. Сенсиметрический контроль охватывает в основном фотографический процесс. В результате записи оптического изображения на светочувствительном материале получается видимое изображение с определённой градационной характеристикой, с определёнными свойствами по тоновоспроизведению. Характеристика этого изображения может быть различной в различных случаях и определяется факторами производственного процесса. Влияние этих факторов на результат и другие зависимости определяют сенситометрия. При этом речь идёт не столько об описании явления, сколько о точной оценке и формулировке закономерностей процесса.

Сенситометрия изучает свойства фотографического изображения. Так как это изучение носит объективный характер, основные признаки изображения должны быть выделены и однозначно определены. Чтобы можно было точно оценить признаки изображения, в сенситометрии определены конкретные измеряемые величины, разработаны способы измерения, а также приборы и устройства для измерения. Характеристика фотографического изображения зависит от особенностей оригинала и от условий процесса воспроизведения. Сенситометрия даёт возможность определить и изучить эти разносторонние закономерные зависимости.

Сенситометрия формирует общепринятые правила и зависимости, определяющие взаимную связь между результатом и процессом, с помощью которых удаётся предварительно рассчитать преобразования, дающие конкретные требуемые результаты. Этим создаются предпосылки для программирования при репродуцировании.

Светочувствительность фотографического слоя.

Светочувствительность—основное свойство фотоматериала, в первую очередь определяющее его пригодность для получения на нём изображения. Это свойство надо понимать как способность материала изменятся под действием света. В большинстве используемых сегодня фотографических способов—это результат фотомеханических изменений соединения серебра.

В фотомеханике необходимо различать два аспекта светочувствительности: общую и спектральную. В первом случае речь идёт об оценке количества световой энергии, которое вызывает определённое почернение фото слоя (количественная оценка). Во втором случае важна чувствительность слоя к излучению определённой длины волны (качественная оценка).

Оптическая плотность как мера оценки светочувствительности зависит не только от условий экспонирования, но и от условий проявления. Общая светочувствительность фотослоя тем выше, чем меньшая экспозиция требуется для получения такой же, как на сравниваемом материале, плотности или же тем выше, чем большую плотность вызывает такая же экспозиция.

Одна из основных задач сенситометрии – точное определение светочувствительности фотографических слоёв (лат. Densibel – чувствительный, metrum – изменять) и их спектральной чувствительности. Знание светочувствительности позволяет определить экспозицию, необходимую для получения заданной оптической плотности. Для определения общей светочувствительности существуют разные системы (DIN, ГОСТ,ASA).

Светочувствительность.

DIN ГОСТ ASA Относительная экспозиция

10 8 8 53

15 22 25 16

18 45 50 8

21 90 100 4

24 180 200 2

27 350 400 1

Значение относительной экспозиции даны для определения экспозиции по принципу: увеличение светочувствительности в 2 раза требует уменьшения экспозиции в 2 раза. Различие числовых значений при одной и той же светочувствительности возникает из-за того, что каждая из систем базируется на своих критериях. Для оценки светочувствительности материала самым существенным является то, какой результат можно ожидать при некоторой экспозиции. Все три системы базируются не съёмке при дневном свете, за критерии приняты малые плотности полутонового изображения. Однако при репродуцировании используют искусственное освещение. Кроме того, при растровой и штриховой съёмке нас не интересует малые плотности. Поэтому ни одна из трёх систем не применима для репродукционных процессов.

Для фототехнических материалов определяют относительную светочувствительность. Зная экспозицию для одного материала, можно определить необходимую экспозицию и для другого, так как условия съёмки при репродуцировании изменяются не часто.

Если материал Х имеет относительную светочувствительность 2, а материалУ-1/3, то первый в 6 раз чувствительнее второго. Если для плёнки Х экспозиции известна, то при тех же условиях плёнка У должна получить в 6 раз большую экспозицию.

Основные характеристики и параметры изображения.

При репродуцировании необходимо сравнивать изображения по их основным характеристикам, для чего их следует прежде всего сформулировать.

Технические данные для репродуцирования должны быть точными и однозначными. Это возможно, если характерные признаки выражены измеряемыми величинами (параметрами).

Сенситометрия определяет конкретные контролируемые параметры характеризирующие преимущественно фотографические изображения. Но эти параметры частично используют для оценки оригиналов и оттисков. При репродуцировании имеют значение и некоторые другие особенности изображения, которые трудно измерять или выразить количественно.

Основные характеристики изображения.

При репродуцировании наиболее важен способ передачи оптической плотности оригинала, а именно: штрих, полутон или растр. Понятие оптическая плотность и относится непосредственно к полутоновому изображению. Но штриховые и растровые изображения можно рассматривать как его особые случаи. Штриховое изображение пример придельного контраста, когда остаются только две ступени плотности (чёрное и белое).

Растровое изображение, как и полутоновое, имеет ступени градаций, но при этом наблюдается иная форма модуляции сигнала изображения.

Сенситометрические параметры.

Оптическая плотность почернения – важнейший параметр фотографического изображения, результат поглощения света серебром изображения, которое образуется в слое в процессе проявления. Значение плотности почернения. Определяет значение тона соответствующего участка изображения и тем самым - его светлоту. Чем больше плотность, тем темнее тон (Рис.).

D

1 2 3

D₃

D₂

D₁

а

Оптическая плотность—характеристика степени поглощения света участком изображения, зависящая от количества серебра в слое на одном участке.

Можно говорить об оптической плотности не как о характеристике изображения в целом, а только применительно к конкретной точке изображения. Данные об отдельных значениях плотности ещё ничего не говорят о характере изображения.

Градация обозначает свойство перехода тонов от светлых к темным, малыми или большими шагами (ступенями). Градацию называют плоской если плотности изменяются малыми ступенями. Изображение при этом вялое малоконтрастное. Возрастание плотностей большими ступенями даёт контрастную или жёсткую градацию, контрастное изображение (Рис.).

D

D

Градация характеризует изменение оптической плотности; слева – мягкая градация, малый контраст; справа – контрастная градация. Сравнение со ступенями (или шагами) не означает, что на изображении действительно можно увидеть отдельные плотности. Их можно увидеть только на серой шкале. Поэтому серая шкала служит основным измерительным приспособлением для определения градации.

Градация – характеристика перехода оптических плотностей изображения. Способность фотоматериала изменить контраст изображения также называется градацией. Контрастная фотобумага увеличивает ступени градации, делает изображение контрастнее компенсируя мягкую градацию негатива.

Интервал оптических плотностей.

Интервал оптических плотностей – весь диапазон плотностей, имеющихся на изображении. Это разница между максимальной и минимальной плотностями. Таким образом, интервал оптических плотностей – мера контраста изображения. В отличие от показателя «оптическая плотность» интервал плотностей характеризует градационные свойства всего изображения в целом.

1,5

1,0

0,5

1,5

1,0

0,5