Тема 8. Методы образования цвета. Законы Грассмана

Изменить спектральный состав светового излучения, а значит и наблюдаемый глазом цвет, можно только двумя способами: добавив к световому потоку некоторые новые волны или удалив из светового потока некоторых из имеющихся волн. Данные методы синтеза цвета называются соответственно «аддитивный синтез» и «субстрактивный синтез». Итак:

• Аддитивный синтез – метод синтеза, при котором образование цвета происходит в результате оптического сложения двух и более световых потоков. Пример – смешение лучей прожекторов на арене цирка.

• Субстрактивный синтез – метод синтеза, при котором образование цвета происходит вследствие избирательного поглощения части излучений из падающего на тело светового потока. Пример – смешивание красок, краска.

Метод, связанный с красками и смешиванием красок (субстрактивный ) нам более привычен, мы неоднократно встречались с таким смешиванием в обыденной жизни. Однако, для большей наглядности, рассмотрение начнем с аддитивного метода синтеза.

1. Аддитивный синтез цвета

Р ассмотрим наглядный пример – сведение на экране лучей трех цветных прожекторов: Зеленого, Красного и Синего. Далее, для краткости всюду будем обозначать цвета первыми буквами названия «З», «К», «С».

Рис. 8.1 Схема аддитивного смешивания для трех цветов

Безусловно, смешивать цвета «со сложением» можно и по-другому. Перечислим все возможные способы:

1. Одновременное смешивание

Одновременное проецирование нескольких цветов в одну область экрана (см. выше).

2. Поочередное смешивание

Попеременное проецирование нескольких цветов на экран или быстрое вращение диска с разноцветными секторами. В этом методе чередование цветов должно быть достаточно быстрым, иначе вместо однородного суммарного цвета будет наблюдаться простое мелькание цветов. Для вращающегося диска ощущение однородной окраски возникает при частоте вращения  ~ 30 сек ^–1 = 1800 мин ^-1.

3. Пространственное смешивание

На экране формирует мозаику, то есть создают множество мелких разноцветных пятнышек или полосок. С некоторого расстояния глаз теряет способность различать отдельные элементы такого изображения, они «сливаются между собой», в зрительном аппарате формируется ощущение суммарного цвета (однородно покрывающего поверхность). Пример – живопись, текстильное производство, цветное ТВ.

4. Бинокулярное смешивание

На один глаз наблюдателя воздействует световой поток одного цвета, а на другой - другого. Смешение цветов происходит в сознании, уже на этапе восприятия зрительного образа. Естественно, таким методом можно смешать только два цвета.

Как последовательно показано в работах А.В. Ходина (1876г, рассматривал бинокулярное смешивание), Б.М. Теплова и С.П. Яковлева (1935г), все методы аддитивного смешения совершенно равнозначны по отношению друг к другу и подчиняются одним и тем же законам. Рассмотрим эти закономерности – закономерности аддитивного смешения цветов.

П риближенно определить результат аддитивного смешивания нескольких цветов можно с помощью так называемого «цветового круга»:

Рис. 8.2 Цветовой круг.

Буквы К О Ж З Г С Ф обозначают соответствующие спектральные цвета. Пурпурные тона «П» лежат между фиолетовым «Ф» и красным «К». Любой цвет «А» можно представить точкой на таком круге (см. т. А).

Алгоритм сложения цветов с помощью цветового круга:

1. Поставить точки Ц₁ и Ц₂, соответствующие смешиваемым цветам.

2. Соединить точки Ц₁ и Ц₂ прямой линией. На этой прямой ставим точку Ц таким образом, чтобы длины отрезков ЦЦ₁ и ЦЦ₂ , относились друг к другу обратно пропорционально яркостям смешиваемых цветов - чем больше яркость одного из цветов, тем ближе к нему расположится точка Ц. Полученная точка Ц характеризует результирующий цвет.

3. Для определенного цветового тона из центра круга через данную точку Ц проводим прямую, до пересечения с окружностью.

4. Насыщенность цвета Ц может быть определена качественно, по положению точки внутри круга. Чем т. Ц ближе к центру круга, тем насыщенность цвета меньше и наоборот, чем дальше от центра, тем насыщенность выше.

В изображенном на рисунке примере: Ц₁ = [К], Ц₂ = [Ж], сумма цветов Ц = [О]. Данную операцию запишем так:

[К] + [Ж]→ [О] (8.1)

Ясно, что изменяя соотношение яркостей, мы будем изменять суммарный цвет Ц, от Оранжево – Красного [О – К] до Желто - Оранжевого [Ж – О]. Оранжевый цвет Ц^/ может быть получен и из другой пары цветов, так же взятых в равном количестве: (см. точки Ц₁^/ и Ц₂^/ на рисунке):

[О– К] + [Ж – О] → [О] (8.2)

Сравнивая положения точек Ц и Ц^/, мы можем заключить, что во втором случае цвет более насыщен. Данный пример иллюстрирует ещё одну общую закономерность: чем ближе по цветовому тону смешение цвета, тем выше насыщение суммарного цвета.

Однако не всегда при смешивании двух цветов будут получаться хроматические цвета. Ранее мы уже отличали, что при смешивании двух так называемых дополнительных цветов в сумме возникнет белый, точнее, ахроматический цвет. Настало время дать строгое определение дополнительным цветам:

Д ополнительным по отношению к данному называется спектральный цвет, который при аддитивном смешивании с ним, в определённой пропорции, создает у наблюдателя ощущение белого цвета.

Из рисунка 8.2. видно, что дополнительным является, например, С и О, К и Г, Ф и Ж. Для цветов от С до Ж-З дополнительных цветов нет, т.к. напротив них расположены пурпурные цвета, которых не содержится в солнечном свете (вспомните радугу).

Если необходимая пропорция не соблюдена, то при смешении двух дополнительных цветов появится хроматический цвет, являющийся суммой ахроматического («белого») и того хроматического цвета, который взят в избытке.

Следует отметить, что цветовой круг является простейшей иллюстрацией закономерности оптического смешивания цветов, поэтому указанные по нему пары дополнительных цветов и соотношение их яркостей, необходимо для достижения ахроматического цвета, является приближённым. Метод точного расчёта базируется на исполнении так называемого «цветового графика МКО», его мы рассмотрим позднее.